Genetik Şifre (Genetik Kod) Nedir

mRNA lifi üzerindeki pürin ve pirimidin bazlarinin, ilk defa nükleüse aid DNA’dan kopya olunan biIginin tayin ettiÄŸi sırası, pro­teinlerin sentezinde, amino asidlerin siralan­masına (yani primer yapıya) ait emirleri ve­rir.  mRNA Uzerinde taÅŸinan bu bilgi, tek bir nükleotid üzerinde deÄŸil, fakat onun yerine 3 nükleotid’den yapih bir dizi üzerinde otu­rur. Bu nedenle “genetik—şifre denen yapı> biribiri lie kesiÅŸmeyen bir üçüz bazdan olu­şur. mRNA içinde biribirinden farkli, yani içinde adenin, guanin, sitozin veya Urasil taÅŸiyan, 4 nükleotid varoldugu göz önüne alınınca, bir amino asid’i sifrelemek icin eger bunlann birbiri ile kesismeyen herhangi 3 tanesinden yapih bir dizi gerekiyorsa, 64 (4³) kombinasyonun meydana gelebilmesi olanagi vardir. 64 uciiz (triplet) ‘den 61′nin, gercekten, proteinlerin sentezinde gereken amino asidi sifreledikleri tespit olunmustur. Bunun bir sonucu olarak, belli bir amino asid icin bir’den daha fazia sifre kelimesi ve-ya kodon bulunabilir. Buna sifrenin «dejenere olmasi» denir. 64 «ucuz»’ un 3′ii herhangi bir amino asidi sifrelemez. Bunlar, onun yerine, bir polipeptid zincirini o noktada sonlandinci bir isaret (sinyal) o-larak (eskiden bunlara aniamsiz ticuz’ler de-nirdi) fonksiyon yaparlar. Bu fonksiyonun bir sonucu olarak, bu ucuzlere simdi zincir-sonlandinci üçüzler denir.

Nirenberg ve Matthaei (1961), sadece uridin poliniikleotid (poliuridilik asid)’den olusmus bir sentetik polinukleotid’in sadece icinde fenilalanin buiunan bir polipeptid’den ibaret bir biyolojik sistem icinde sentez icin bir kalip olarak hizmet edebilecegini bulduklan zaman, sifrenin dogasi hakkmda bilgi kesfeden ilk arastmcilar oldular. Amino asid sifresi’nin dogasi uzerindeki bu deneysel in-celemeler, ribozomlar (Escherichia Coli adii bakteriden hazirlanmis)’i yukanda anilan po­liuridilik asid (poll U) gibi belli bir sentetik trinukleotid ile birlestirmek sureti ile yapil-misti. Bu. bir in vivo sistemde meydana gel-digi gibi mRNA (yukandaki deneyde Poli U)’mn ribozomlara baglanmasini stimule eder. Kendisine sentetik kalip baglanmis bu-lunan ribozomlardan hazirlanmis preparat-lara, herbirisi, C¹⁴ ile isaretlenmis kendi spe-sifik amino asidini tasiyan transfer RNA (tRNA) molekulleri (bunlar da E. Co/fden hazirlanmisti) ekienmisti. Bu deneyin sonucu, bir poli U preparatinm sadece fenilalanin bagladigim ve bu nedenie tamamen fenilala-ninden olusmus bir polipeptid (polifenilala-nin) sentezini yonetmeye hizmet ettigini gos-terecek nitelikte idi. Fenilalanin’e aid bir kodon’un UUU, .yani 3 uridin nukleotidi’ nden ibaret bir dizi oldugu sonucuna vanlmisti.

Buna benzer deneylerde, GUU seklinde icinde guanin veya iirasil tasiyan sentetik trinukleotid   preparatlan, icinde tamamen valin tasiyan polipeptidlerin sentezini yonet-tiler. Daha sonraki incelemelerde UGU’nun sisteini ve UUG’nin losin’i sifreledikleri tes pit olunmustu.

Bir ucuz sifrenin ilk 2 nukleotidi ucuncu nukleotid’den daha spesifiktir. Bu nedenle AUU, AUA ve AUC’nin hepsi izolosin’i sifrelerler ve poli AC preparatlan prolin, treonin veya histidinin alinip tutulmasmi sag-larlar. Bu, bir üçüz sifrenin 3 nukleotidinden 2′sinin bilginin en buyuk kismim tasidigim gosterir. Bu, sadece ucuncu nukleotid ba-zinda bir degisiklik husule getiren bir mutas-yonun, bir protein’in primer yapisini (amino asid dizisini) yoneten bir genetik mesajin, ha-la tarn dogru çevirisine izin verdiÄŸini de gös terir. Yukanda sozu edilen, bir iicuz sifrede-ki ucuncii bazm fleksibi olusu ve bundan ötürü illc 2 nukleotidin yaptigi etkinin aynim yapmayisi olayina «sendeleme – wobble» denir.

Ocuz sifrenin dogasmi aydinlatmak ama-cina yonelik incelemeler, ribonukleotidlenn «blok kopolimer»’leri denen maddeler kul lanilarak yapilmisti. Bunlar, tekrarlanan 2 veya 3 baz dizilerinden ibaret olan sentetik polinukleotidlerdir; ornegin AGAGAG ve ya AAGAAGAAG gibi. Bir polipeptid sen tez edici sistemde mRNA olarak kullanil digi zaman, AGAGAG kopolimeri biribiri ni izleyen arjinil ve glutamil artiklarnidan ibaret olan bir polipeptid’in sentezini yonetti. Bu sonuc, sentetik haberci (messenger)’ nin AGA (arjinin’e aid kodon) ve GAG (glutamik asid’e aid kodon) birbirini zileyen uciizleri olarak «okunmus” bulunduguna, yani AGA. GAG.AGA. GAG vb. delil ola rak yorumlanir. Tersine AAGAAGAAG sen tetik «messenger», icinde sadece glutamil veya arjinil veya lizil aruklanni tasiyan peptidlerin, yani poliglutamik asid, poliar jinin veya polilizin’inin sentezini yonet ti. Bu sonuc, habercinin biribirinden farkli baslangic noktalannda okunmus bulunmasi kabul olunarak izah olunur. ÖrneÄŸin, eger okuma AAG halinde (nokiasmda) baÅŸladı ise sadece 1 lizin inkorpore olmus bulunacak tir; eger onu izleyen bazda basladi ise, o za man ucuz dizi AGA.AGA v.b. olarak okun mus olacaktir, bu takdirde arjinin inkorpore olunacaktir; eger ucuncii niikleotid’de baÅŸ ladi ise ticuz dizi GAA.GAA v.b. olarak o kunabilecektir; bu, glutamik asidi sifreler. AAG kopolimeri ile ahnan bu sonuclar aÅŸa gida gosterilmistir.

Tekrarlanan AAA ucuzlerinden ibaret olan ve AAC ile sonlanan bir kopolimerin, zin cirin karboksil ucunda asparajin ile sonlanan;tekrarlanan lizil artiklanndan ibaret olan bir polipeptidi   sifreledigi tespit olunmustur. AAA’nin lizine aid bir kodon oldugu ve AAC nin asparajini sifreledigi bilindiginden mRNA mesajinm soldan saga dogru okundugu so nucuna vanlmistir. Yani amino asidlerin si ralamsinda N-terminal amino asid’e aid haberci sifrelerin kodonu solda ve C-terminal amino asid’e aid olanmki sag uctadir.

Hem kopolimerler ve hem de Nirenberg grupu tarafindan kullanilan trinukleotid tRHA baglayici sistemlerle yapilan daha bir cok incelemelerin bir sonucu olarak, bir peptidin icine inkorpore olunacak butun amino asidler’e aid RNA kodon atanmalan (genetik sifre), en azindan gecici bir sure i cin, simdi Tablo 5-1′de gosterildigi gibi ya pilmi^tir. 1)9 amino asid’in 6 kodonu 5′inin 4 kodonu ve 10′unun 2 kodonu vardir. UAA, UAG ve UGA, bir peptid zincirinin o nok tada bitmesi gerektigini gosteren zincir sonlandinci üçüzler’dirler.

Peptid zinciri sonlanışına aid kodonlara ek olarak, bir peptid zincirinin baÅŸlaması igin varligi gereken kodonlann da bulundugu aniasiliyor. E. Coli ekstraktian kullamlarak, bir metionin transfer RNA’a baglanmis bu lunan metioninin, formil verici (donor’u) olarak hizmet eden f^-tetra hidrofolat (f¹⁰ -FH4)’dan bir formil grup’unun N-formil metioninil-tRNA teskil etmek uzere meti onin uzerindeki amino grupuna transferini katalize eden bir enzimin yardimi ile kolayca formillenebilecegi tespit olunmustur. Baska amino asid-tRNA birlesikleri formillenme mislerdir. Bu gozlemin aniami, E. Coli tara findan sentez olunan butun proteinlerde N-terminal amino asid artigi olarak N-for milmetionin bulundugu gozlendigi zaman acikhk kazanmsiti. Protein zincirinin sentezi tamamlandiktan sonra, gozlenen spesifik protein’e bagimli olarak, metionin tiimu ile olmasa da, formil grup’u hidroliz yolu ile ortadan kaldinhr. Halen E.Coli’ye kisitli olan yukandaki bulgulara dayanilarak, bir peplid zincirinin baslamasmin N-formil me tionil RNA’mn ribozomlara baglanmasina bagimli oldugu telkin olunmustur. Ondan sonra diÄŸer amino asidler, mRNA kalıbı üzerin­deki kodon’ların amino asid taşıyan tRNA’ nm antikodonları ile iliÅŸkisine uygun olarak (göre) eklenirler. Söz konusu zincir, ondan sonra, yukarıda anılan zincir-sonlandırıcı kodonlardan birisi tarafından ulaÅŸtırılan me­sajla sonlanır.

BelirtildiÄŸi gibi , AUG, bir polipeptid zincirini baÅŸlatıcı bir iÅŸaret (zin­cir baÅŸlatıcı kodon) olarak hizmet edebilir; halbuki bazı diÄŸer üçüzler (UAA, UAG ve UGA), bir zincirin o noktada sonlanması gerektiÄŸini göstermeye yararlar. Bununla be­raber, bir zincir baÅŸlatıcı üçüz’ün, AUG’nin, bir zincir-sonlandırıcı kodonu doÄŸrudan doğ­ruya (direk olarak) izlememesi ilginçtir. O nun yerine, çevrilmeyen sistron’lar arasında (spesifik bir protein polipeptid zincirine aid mRNA ÅŸifreleme bölgeleri) üçüz dizileri bu­lunabilir. Bu «sistronlar arası (intersistronik) diziler», bir sistron’un bir zincir sonlandırıcı kodonu ile onu izleyen sistronun zincir baş­latıcı kodonu arasında bir polisistronik mRNA’nın gidiÅŸi boyunca tespit olunabilir­ler. Bunların fonksiyonu açıkça belli deÄŸildir.

Metionin’e aid kimliÄŸi tayin olunmuÅŸ tek kodon AUG’dir. Bu trinükleotid hem tRNA-metionini ve hem de tRNA-formil-metionini ribozomlara baÄŸlayacak ÅŸekilde hareket edecektir. Bunun sonucu olarak AUG sadece metionine aid bir kodon olarak deÄŸil fakat aynı zamanda zincir-baÅŸlatıcı (CI) bir kodon olarak ta adlandırılmıştır. Valini ÅŸifreleyen GUG trinükleotidi’nin hayvanlarda bir zincir-baş­latıcı kodon olarak ta fonksiyon gördüğü anlaşılıyor; E. Co/fde zincir baÅŸlatıcı olarak fonksiyon yapan N-formilmetionini ilgilen­diren mekanizmanın, hayvanlarda da iÅŸgörmekte olduÄŸunu gösterme çabalan baÅŸarılı olmamıştır. Hayvanlarda zincir baÅŸlatıcı kodon’un, amino asidleri taşımayan ve sade­ce ribozomların, mRNA molekülü’nün baş­langıcında bir araya gelmelerini saÄŸlamak için kullanılan özel tRNA tiplerini baÄŸlaya­bileceÄŸi de telkin olunmuÅŸtur.

Yeni teşekkül etmiş peptid zincirlerinin ribozomlardan salıverilişi, kısmen saflaştırıl

mış olan bir «salıverici faktör»’ün varlığına, aynı zamanda zincir sonlandırıcı kodon’a bağımlıdır. Salıverici faktör Capecchi (1967) tarafından keÅŸf olunmuÅŸtu. Caskey ve arka­daÅŸları (1968), baÅŸlatıcı ve sonlandırıcı kodon’ ların, biribiri arkasından, Nformil metionil-tRNA’inin ribozomlara baÄŸlanmasını ve «sa­lıverme faktörü» varolunca, aracı-ribozom’ dan serbest N-formilmetioninin salıveriliÅŸini stimüle ettiklerini göstermiÅŸlerdir.

Tek bir amino asid’in substitüsyonu (mo­leküldeki hidrojen atomu yerine baÅŸka atom veya atom gruplarının konması) yolu ile bir anormal protein molekülünün teÅŸekkülü, ilk defa, orak hücre (sickle cell)’de bulunan globin, normal yetiÅŸkin globini ile karşılaÅŸtırı­lınca varlığı anlaşılan anormalliÄŸin aydınlatıl­ması sırasında tanımlanmıştı. Åžimdi, basitçe bir amino asid yerine bir baÅŸka amino asidin konması yolu ile anormal bir proteinin te­şekkülüne neden olan bu tür birçok birbirin­den farklı genetik mutasyonlar tanımlanmış bulunmaktadır. Genetik ÅŸifre hakkında bu­gün bilinenler sayesinde bu mutasyonların en büyük kısmı, bir ÅŸifreleyici üçüz içinde yer alan sadece tek bir baz deÄŸiÅŸikliÄŸinin so­nucu olarak yorumlanabilir. Bunun sonucu olarak bir amino aside aid bir kodon bir baş­ka amino aside aid kodon haline deÄŸiÅŸir. Bu­na bir («missense mutant-yanlış anlamlı mu­tan») denir.

Terzaghi ve arkadaşları (1966). üçüz şifre kavramını destekliyen ve aynı zamanda amino asid sübstitusyonları aracılığı ile, baz sırasında husule gelen değişikliklerin, mutasyonların meydana gelmesi üzerine et­kileri hakkında daha da ileri bilgi veren aşa­ğıdaki aydınlatıcı deneyi yayınlamışlardır. Bir bakteriyofaj bir akridin boyası ile muame­le olunarak bir purin veya pirimidin bazı, bir DNA lifinin iç dizisinden ya çıkarılabilir veya onun içine sokulabilir. Bunun bir so­nucu olarak DNA üzerinde taşman genetik mesajın, çıkarılan veya sokulan bazın sağ ta­rafında başlayan bu iç dizinin bulunduğu fazın dışına kaymış bulunması, beklenilir (mRNA şifresinin biribirini izleyen 3 bazdan yapılmış diziye bağlı olduğunun ve soldan sağa okunduğunun hatırlanması gerekir). Böylece bir mutasyon husule gelir; çünkü proteinin, ha­bercinin değişikliğe uğramış kısmından ge­len bilgiye göre sentez olunan kısmı anormal bir amino asid dizisine sahip bulunacaktır.

Terzaghi ve arkadaÅŸları, hücreler tara­fından, kendilerine bakteriofaj T-4′un normal bir duÅŸu enjekte olunduktan sonra, sentez olunan bir enzimin, lizozimin, eÄŸer 2 mutan fajdan (phages) biri veya diÄŸeri enjekte olu­nursa, artık yapılamadığını tespit ettiıer. Akridin ile muameleden sonra husule gelen bir mutan, «delation mutant-cıkarma mutanı» denen bir mutan; diÄŸeri bir «sokma mutanı ınsertion mutant» denen mutan idi; yani bir DNA lifinden bir baz çıkarılmıştı veya onun içine bir baz sokulmuÅŸtu. Bu mutan’lar biribiri ile çaprazlaÅŸtırılınca, DNA içinde birinci mutandaki çıkarış ve ikinci mutandaki sokuÅŸ ara­sında bir çaprazlaÅŸma meydana geldi; bu, yeni bir hibrid faj husule getirdi; bu faj, bir lizozim üretebiliyordu: yalnız yeni husule gelen enzim proteini, enzimatik bakımdan normal enzimin sadece yarısı kadar etkili idi. O halde bu 2 enzimin yapılarını karşılaş­tırmak ilginç olacaktı. Lizozimin normal (vahÅŸi-wıld) tipinde aÅŸağıda gösterilen tarz­da bir amino asid dizisi bulunan bir peptid vardır:

…Treo-Liz-[Ser-Pro-Ser-Lö-Asn-]-AIa-Âla-Liz

Mutasyona uğramış lizozim, peptid zin­cirinin (yukarda parantez içinde gösterilen) normal enzime uyan bölgesi dışında onun aynı idi. Peptid zincirinin sözü geçen bölge­sinde zincir şöyle idi:

….Treo-Liz-[-Val-His-His-Lo-Met-]-AIa-ÂIa-Liz

Parantez içindeki amino asid dizilerinin mRNA kodonlarma çevriliÅŸi, normal enzim’ de ÅŸunu verir:

• AGU.CCA. UCA. CUU. AAU

Eğer bunun ilk bazı (A) çıkarılır ve sonu­na G sokulursa, aşağıda gösterilen biçimde

yeni bir kodon dizisi husule gelir.

.GUC. CAU. CAC. UUA. AUG. ki bu da şöyle çevrilir:

Val-His-His-Lö-Met-

Bu, mutasyona uğramış lizozimde meyda­na geldiği tespit olunanın tam ayni idi.

Genetik Åžifre (Genetik Kod) Nedir