Amino Asidlerin Protein Sentezinde Kullanılışı Nasıl Olur

Amino asidlerin protein sentezinde kulla­nılmasında ilk aÅŸama, bunların aktivasyonunu gereksindirir. Bunu, amino asid ve ATP arasındaki bir reaksiyon husule getirir. Bu reaksiyon, bir amino asid aktîve edici enzim (E)’e (Aminoaçil-RNA sentetaza) ihtiyaç gös­terir. Bundan bir adenozinmonofosfat (AMP) -amino asid birleÅŸiÄŸi (aminoaçil-AMP-enzim kompleksi) ile birlikte bir aktive olmuÅŸ enzim kompleksi doÄŸar. Bu birleÅŸikte AMP’nin 5-fosfat grupu, amino asid’in karboksil grup’ una karışık (miks) bir anhidrid olarak baÄŸla­nır ve pirofosfat ayrılıp uzaklaşır.

Söz konusu peptid zincirinin içine inkorpore olunacak doÄŸal olarak meydana gelen amino asidlerin herbirisi için spesifik aktive edici enzimlere gerek vardır. Tanımlanacak olan, ilk defa ileri derecede saflaÅŸtırılmış amino asid aktive edici enzim, öküz pankre­asından elde olunan bir triptofan aktive edici enzimdi (Davie, 1956). Domuz pankreasından elde olunan bir tirozin-aktive edici enzim de tespit olunmuÅŸtur (Schvveet, 1958). Arjinine aid bir amino asid aktive edici enzim olan arjinil-RNA sentetaz fare karaciÄŸerinden hazırlanmış (Ailende ve Ailende 1964) ve treonin’i aktive edici enzim olan treonil-ri-bonükleik asid sentetaz enzim kompleksinin özellikleri Ailende ve arkadaÅŸları tarafından incelenmiÅŸtir (1966).

Protein sentezinde ikinci aÅŸama da amino-açil-solubl (veya transfer) ribonükleik asid sentetaz’lar denen spesifik enzimler tarafın­dan katalizi gereksindirir. Bu aÅŸama sırasın­da aktive olunmuÅŸ amino asid molekülleri nispeten küçük molekül ağırlıklı ribonükleik asid’lere transfer olunurlar. Sitoplazmik sıvı içinde serbest olarak meydana gelen’ bu nispeten kısa zincirli RNÂ moleküllerine çözünebilir (soluble) RNA (SRNA) veya, kendilerinin görevleri nedeni, ile, transfer (tRNA) delebilir. Her bir amino aside aid spesifik bir tRNA molekülü vardır; bunu, tRNA molekülü içinde, taşınacak olan ami­no asid’e aid kodon’a baÄŸlanan bir üçüz an tikodon’nun varlığı saÄŸlar. Bu, alanin tRNA ve tirozin tRNA,nın yapılarının ÅŸekillerle gösterildiÄŸi Bahis : 4,de anlatılmıştır. Aktive olunmuÅŸ amino asid’in spesifik bir tRNA molekülünü transferin’den sonra, amino asid aktive edici enzim ve AMP, Åžekil 5-2′de gös­terildiÄŸi gibi serbest hale gelirler.

Protein sentezinde üçüncü aÅŸama, daha önce tanımlanmış olan ribozoma aid RNA kalıbı olan haberci ribonükleik asid (mRNA)’! ilgilendirir. tRNA kompleksi (amino-açil-tRNA)’nin, üçüz nükleotid ÅŸifresine göre, mRNA üzerinde bulunan amino asid’e aid bir kodonla birleÅŸtiÄŸi yer burasıdır. Bu ko-don, amino asid-taşıyan tRNA molekülü üzerinde bulunan antikodon’u «tanır». So­nuç, amino asidlerin mRNA kalıbının emret­tiÄŸi özel bir dizi halinde bir sıralanışından ibarettir.

Bir proteinin primer yapısını teÅŸkil etmek üzere amino asidlerin sıralanışlarının husule gelmesinde rol oynayabilen”baÅŸlıca aÅŸamalar, ÅŸematik olarak Åžekil yukarıda gösterilmiÅŸtir (Watson, 1963). Söz konusu polipeptid zin­ciri E. Co/fde olduÄŸu gibi N-formilmetio-nil-tRNA’yı baÄŸliyan (aÅŸağıya bak.) bir zin­cir baÅŸlatıcı kodon’dan veya hayvanlarda olduÄŸu gibi bir amino asid taşımayan bir tip tRNA’yı baÄŸlayan özel bir zincir baÅŸlatıcı kodondan gelen iÅŸaretle baÅŸlar. Ondan sonra zincir, N-terminal amino asid ile baÅŸlayan bireysel amino asidlerin biribiri arkasından eklenmesi ile uzar. Büyüyen zincirin öteki ucu bir tRNA-amino asid molekülüne yapışır. Bunun amino asid taşıyan ucu bir adenozin kısmıdır. Protein sentezi sırasında, tRNA, spesifik olarak ribozomlara baÄŸlanır, fakat her bir ribozom sadece bir tRNA molekül’ü saÄŸlar, Söz konusu ribozomun kendisi, çeÅŸitli kon-santrasyonlardaki iki deÄŸerli katyonlar (mutad olarak Mg+ + kullanılır) aracılığı ile biribirinden ayrılabilir altünitelerden (su-bünitelerderi) oluÅŸmuÅŸtur. Ribozoma aid alt-üniteler kendilerinin sedimantasyon sabite­lerine göre sınıflandırılırlar; örneÄŸin E. Coli’ de ribozom’lar 30 S ve 50 S altüniteleri’ne ayrılabilirler. Bir 30 S alt ünitesinin bir 50S alt ünitesi ile yaptığı aggregat, protein sen­tezinde aktif olan 70 S ribozomunu teÅŸkil eder tRNA molekülünü yaklaşık olarak 30 nûkleotid’lik bir mesafe boyunca baÄŸlayan, 70 S ribozom’unun bu 30 S alt-ünitesidir, ve büyümekte olan polipeptid zincirinin ken disine’bir molekül tRNA aracılığı ile baÄŸlan dığı kısım ise 50 S alt-ünitesidir.

,H 2N-AA ı diye adlandırılan N-terminal a mino asid, E. Co/i”de zincir baÅŸlatıcı olarak hareket eden N-formilmefionin; hayvan hüc releri içinde, herhangi bir baÅŸka zincir baÅŸ latıcı (belkide valin veya baÅŸka özel tRNA baÅŸlatıcı) olacaktır. tRNA’a baÄŸlanmış bulunan C-terminal AA4. söz konusu ribo zom’un 50 S alt-ünitesi ile birleÅŸmiÅŸ ve AAS diye adlandırılan yeni gelen amino asid 30 S alt ünitesine baÄŸlanmış olacaktır.

Belli bir aralıkta, fonksiyon yapan herbir ribozom, sadece bir tane büyümekte olan po lipeptid zinciri taşır. Bu zincir büyüdükçe amino terminal uç, yukarıda kaydolunduÄŸu gibi tRNA molekülünün birleÅŸtiÄŸi yerde bulunan yeni amino asid’lerin

eklendiÄŸi nok­tadan uzaÄŸa göçer. Bu tRNA molekülünün kendisi, söz konusu ribozom’un 30 S alt-üni-tesine baÄŸlanmıştır. Ribozom üzerinde pep-tid bağı teÅŸekkülünün meydana gelebildiÄŸi sa­dece bir özel yer bulunduÄŸu bilinmektedir. Bu nedenle ribozomlann.tRNA kalıbı boyun­ca, bu kalıp üzerinde bulunan bir sonraki ÅŸif­reli

trinükleotid yerini ribozom üzerinde, büyümekte olan peptid zincirine eklenecek bir sonraki amino asidin tRNA kompleksini kabul edebilecek pozisyona getirecek ÅŸekilde göçtükleri kabul olunur. Bu tarzda tek bir mRNA molekülü bir kaç ribozoma hizmet edebilir (her bir mRNA molekülüne aid 6-8′e varacak kadar çok 70 S ribozom’u polizomlar veya ergozom’lar denen yapıları teÅŸkil eder­ler). Bundan, ribozom’Iarın daha önceden üzerinden geçmiÅŸ bulundukları RNA kalıbı­nın uzunluÄŸuna uyarak polipeptid zincirlerinin, biribirini izleyen ribozora’ların bir son­rakinde, ondan önceki ribozomdan gittikçe daha uzun olmaları gerektiÄŸi de anlaşılacak­tır.

Haberci RNA molekülleri sonsuz ÅŸekilde fonksiyon yapmazlar. Bakterilerden ibaret bir sistemde, yeni mRNA’nın sentezi, akti-nomisin D (daktinomisin) denen antibiyotik’in eklenmesi ile bloke olunabilir. Bu deneysel yaklaşımı kullanarak Levinthal (1962) bak­terilere aid (bakteriyel) RNA kalıbının, or­talama olarak sadece 10-20 defa fonksiyon yaptığını tespit etti. Fare karaciÄŸerinden izo­le olunan ribozom’lar da daha önceden sağ­lam hayvana aktinomisin D enjekte olunma­sından etkilenmiÅŸlerdi. Bu ribozom’ların, mRNA’nın degradasyonu ve aktinomisin D tarafından yeni mRNA sentezinin önlenmesi yüzünden, alt-ünitelere parçalandıkları tespit olunmuÅŸtu (Staehelin ve arkadaÅŸları, 1963). RNA kalıbının teÅŸekkülü aslında nükle-üs’e aid DNA tarafından saÄŸlanan bilgiye bağımlı olduÄŸundan, DNA’nm deÄŸiÅŸikliÄŸe uÄŸraması veya yok olması, protein sentezinin durmasına yol açar, çünki yıkılan RNA ka­lıplarının yerini alacak yeni RNA kalıpları teÅŸkil etme olanağı yoktur. Bu soruna bir kaç deneysel yaklaşım sayesinde, gerçekten, ribo-zoma aid (ribozomal) kalıpların, aynı zaman­da görev gören DNA bulunmaksızın, çok sınırlı bir period dışında, görev görmedikleri sonucuna varılmıştır.

Birçok   antibiyotikler,   protein   senteziniçeÅŸitli aÅŸamalarda bozarlar. Mitomisin, DNAlifleri arasında çift deÄŸerli olarak baÄŸlanmış apra :-baÄŸlantı ar husule getirir; böylece, liflerin, hücre bölünmesinin gidiÅŸinde, DNA’nm kopya olunması için gerekli olan, birbirlerin­den ayrılmalarını önler. Bunun bir sonucu ola-Tak hücrelerin bölünmesi önlenir, fakat haberci RNA teÅŸekkülü ve protein sentezinin daha son­raki safhaları hâlâ_husule gelebilir. Daha önce kayd olunduÄŸu gibi aktinomisin D (daktinomi­sin, kosmojen) haberci RNA teÅŸekkülünü önler. Kendisi  bazı   malin  tümörlerin  büyümesini kontrol altına almak amacı ile kullanılmıştır. Aktinomisin D, deneysel olarak, protein te-sekkülündeki deÄŸiÅŸikliklerin mRNA teÅŸekkü­lü oranındaki deÄŸiÅŸikliklere baÄŸlı oluÅŸ derece­sini tayin etmekte de deÄŸerlidir, çünkü ak­tinomisin daha fazla mRNA teÅŸekkülünü ön­ler; fakat varolan mRNA kullanılarak pep-tid’lerin üretilmesi üzerinde bu  antibiyotikin pek az etkisi vardır. Tetrasiklin, streptomisin ve kloramfenikol, ribozomlara aid aktiviteyi inhibe   eden   antibiyotiklerin    örnekleridir­ler.   Tetrasiklin,   aminoaçil   tRNA’ın   ribo-zom’un 30 S alt-ünitesi üzerindeki baÅŸlatıcı (initiator) yer ile birleÅŸmesini önlemek sureti, ile, aminoaçil tRNA’nm mRNA’ya baÄŸlan­masını inhibe eder. Streptomisin ribozomla-rın 50 S alt-ünitelerine baÄŸlanarak protein­lerin sentez oranında bir azalmaya ve ayni zamanda mRNA kodonlarının yanlış okun­masına baÄŸlı olarak hatall proteinlerin husule gelmesine neden olur.   Kloramfenikol, bak­terilere aid ribozomların üzerinde bulunan yerler için bir haberci RNA ile yarışa girebilir. Neomisin B, aminoaçil tRNA’nın*mRNA-ri-bozom kompleksleri   üzerine   baÄŸlanmasını bozar.

Puromisin, tRNA  üzerinde amino asid-leri  baÄŸlayan  yerlere  benzeyen bir  birleÅŸiktir. Bu antibiyotik, içinde, kendisine büyümekte olan bir peptid zincirinin bağ­lanabileceÄŸi serbest bir amonyum gru pu ba taşır. Bununla beraber bu kompleks, kendisini ribozom’a baÄŸlamak için gerekli olan diÄŸer enzimlerle birleÅŸmiÅŸ hale gelemedi­ği için, geliÅŸmekte olan peptid zinciri ribo zomdan ayrılır ve böylece bu zincirin daha fazla büyümesi önlenir. Puromisin, prote inlerin sentezinin bu fazının sadece son saf halarında peptid sentezini önlemek üzere ey leme geçtiÄŸi için, kendisi belli bir fizyolojik deÄŸiÅŸikliÄŸin yeni proteinin teÅŸekkülüne ba ğımlı olup olmadığını denemek hususunda deneysel bakımdan faydalı bir birleÅŸiktir. ÖrneÄŸin, eÄŸer gözlenen bir deÄŸiÅŸiklik puromi sin’in eklenmesinden ileri gelir, fakat akti nomisin’in eklenmesinden ileri gelmezse, bu deÄŸiÅŸikliÄŸin, önceden-var olan mRNA’dan protein teÅŸekkülü oranı üzerindeki bir etkiye baÄŸlı olduÄŸu ve yeni mRNA teÅŸekkülü oranı üzerindeki bir etkiye baÄŸlı bulunmadığı ka bul olunur. Puromisin, deneysel olarak, en zim aktivitesindeki bir artış gibi bir olayın protein sentezine bağımlı oluÅŸ derecesini de nemek amacı ile kullanılmıştır. Bu tekst için de baÅŸka yerde enzim husule getirme olayına deÄŸinliecektir. Bu terim, bir subtratın, o sub strat’a spesifik enzimin aktivitesinde adap tasyona baÄŸlı bir artış husule getirme yete neÄŸim gösterir. Hayvan dokularında buna bir örnek, triptofan tarafından triptofan pirolaz aktivitesinin husule getiriliÅŸidir. Bu, yetiÅŸkin hayvanda olduÄŸu kadar yeni doÄŸmuÅŸ hayvanda da gösterilebilir. Puromisin, yeni doÄŸmuÅŸta bu enzimde geliÅŸmeye baÄŸlı (deve-lopmental) normal artışı tamamen engeller (bloke eder) ve yetiÅŸkinde bunun dışında gözlenen adaptasyona baÄŸlı artışın yaklaşık olarak %70′ini inhibe eder. Bu nedenle’ ye­ni doÄŸmuÅŸta pirolaz aktivitesinde meydana gelen artışın tamamen yeni proteinin teÅŸek­külüne bağıl olduÄŸu, halbuki yetiÅŸkinde göz­lenen artışın kısmen yeni proteinin sentezine ve kısmen daha önceden varolan bir protein ön-maddesinin (prekursor) aktivasyonuna baÄŸlanabilir nitelikte olduÄŸu sonucuna varıl­mıştır .

Amino Asidlerin Protein Sentezinde Kullanılışı Nasıl Olur