Protein Sentezi (Translasyon)

1
Protein Sentezi(Translasyon)

• Dr. Hatice Mergen

2
Protein Metabolizmasi

• Proteinler birçok informasyon yolunun son
  ürünüdür. Tipik bir hücrede binlerce farkli
  protein vardir. Bu proteinler hücrenin
  ihtiyaçlarina göre sentezlenir ve uygun hücresel
  hedeflere yönlendirilirler.
• Protein biyosentezi en kompleks biyosentetik
  islemdir. Ökaryotik protein sentezine 70in
  üzerinde ribozomal protein, 20 veya daha fazla
  aktive olmus amino asit öncülü, bir düzineden
  daha fazla yardimci enzim ve faktör baslama,
  uzama ve polipeptid sonlanmasi için gereklidir.

3
Protein Metabolizmasi

• Ayrica, farkli proteinlerin final islenmesi için
  ek olarak 100 kadar enzim gereklidir.
• Sonuç olarak, 300den fazla sayida farkli
  makromolekül protein sentezinde görev alir.
• Protein biyosentezi hücredeki tüm biyosentetik
  reaksiyonlarda kullanilan enerjinin 90ini
  kullanir.
• Tipik bir bakteri hücresinde 20.000 ribozom,
  100.000 iliskili protein faktörü ve enzim,
  200.000 tRNA hücrenin kuru agirliginin 35inden
  fazlasini olusturur.
• Olayin karmasikligina ragmen proteinler oldukça
  hizli sentez edilirler. Bir E. coli hücresinde
  100 amino asitlik bir polipeptit yaklasik 5
  saniyede sentez edilir.

4
Ribozomlar ve Endoplazmik Retikulum
5
Genetik Kod

• Amino asidler, amino açil-tRNA sentetaz enzimi
  ile aminoaçil-tRNAlari olustururlar.
• Crickin adaptör molekülü hipotezinde adaptör
  molekül bir uçta amino asidleri baglarken diger
  uçta amino asit ile iliskili mRNA dizisi ile
  baglanti kurar.
• Bilgi böylece 4 bazli nükleik asit dizilerinden
  20 amino asitli proteinlere çevrilir
  (Translasyon).

6
Crickin adaptör hipotezi
Amino asidler kovalent olarak tRNAnin 3' ucuna
baglanir. tRNAdaki üçlü kodon, mRNAdaki bazlar
ile komplementer olarak hidrojen bagi ile
baglanir.
7
Genetik kod sentetik mRNAlar kullanilarak
çözülmüstür

• Dört nükleotidin ikili olarak degisik sekillerde
  bir araya gelme olasiligi 4216
• Dört nükleotidin üçlü olarak degisik sekillerde
  bir araya gelme olasiligi 4364
• Kodon Spesifik bir amino asidi kodlayan üç
  nükleotidten olusan dize
• Baslama (initiasyon) kodonu (AUG), tüm hücrelerde
  bir polipeptidi baslatan sinyal kodonu (Bir
  polipeptidin içinde sinyal ayrica Meti kodlar)
• Sonlanma-DUR (terminasyon) kodonlari (UAA, UAG ve
  UGA), hiçbir amino asidi kodlamazlar. Bu kodonlar
  polipeptid sentezinin bittiginin sinyalini
  verirler (Stop veya nonsense kodonlar)
• Dejenerasyon Bir amino asidin birden fazla kodon
  ile kodlanmasidir.

8
mRNA amino asit kodlari
9
Genetik kodun dejenerasyonu
10
Kodon ve antikodon eslesmesi
11
Kodon ve antikodon eslesmesi
tRNAda bulunan inosinat (I), U, C ve A ile
hidrojen bagi yapabilir
12
Wobble bazi

• Wobble bazi tRNAlarin birden fazla kodonu
  tanimalarini saglar
• Antikodon tRNAda mRNAya karsilik gelen kodon.
• Antikodondaki ilk baz (5' ? 3' yönünde) wobble
  bazdir.

13
Wobble Hipotezi

1. Bir mRNA kodonundaki ilk iki baz, tRNAdaki
   antikodon ile her zaman güçlü Watson-Crick baz
   eslesmesi yapar.
2. Antikodondaki ilk baz (5' ? 3' yönünde okunur)
   kodondaki 3. bazin karsisindaki bazdir. tRNA
   tarafindan taninan kodonlarin sayisini belirler
   (Bkz. Tablo)
3. Tüm 61 kodonun translasyonu için minumum 32 tRNA
   gereklidir.

14
Antikodondaki Wobble bazi tRNAnin taniyabildigi
kodon sayisini nasil belirler
15
Genetik koddaki dogal degisiklikler
16
Protein Sentezi için

• mRNA
• Ribozomlar
• tRNA
• Aminoasitler gereklidir

17
Ribosomes are necessary for translation
Fig.14.1
18
Ribozomal altüniteler
S (Svedberg ünitesi)
19
Bakteriyel rRNA
20
tRNAnin karakteristik yapisal özellikleri bulunur

• Birçok tRNAnin 5' ucunda guanilat (PG) rezidüsü
  ve 3' ucunda, CCA (3') sekansi vardir.
• Aminoasit kolu spesifik bir amino asidi tasir.
• Antikodon kolu, antikodon içerir.
• T?C kolu, ribotimidin (T), pseudouridin (?)
  içerir.
• D ve T?C kollari tRNAnin katlanmasi için
  önemlidir.

21

• tRNA contains unusual bases

Fig.14.2
22
Tüm tRNAlarin genel yonca yapragi seklinde
sekonder yapilari
23
Cloverleaf Model of tRNA

• Transcribed as large precursor
• cleaved to 4S
• 5-Gp
• pCpCpA-3
• stem and loop structure

TyC
dihydrouracil
Fig.14.3
24
Maya tRNAAlanin nükleotid sekansi
25
3-D Structure of tRNA
Fig.14.4
TyC
26
Maya tRNAPhenin 3 boyutlu yapisi
27
Maya tRNAPhenin 3 boyutlu yapisi
28
Protein Sentezi

1. Amino asidlerin aktivasyonu
2. Initiasyon
3. Elongasyon
4. Terminasyon ve salinim
5. Katlanma ve posttranslasyonel islemler

29
Protein Sentezi
30
Her bir amino asit için özgül amnioaçil-tRNA
sentetaz enzimi vardir

• Her bir tRNAya dogru aminoasitin taninip,
  baglanmasi gerekir. Ayrica, bu süreç enerji
  gereksinen bir sentez sürecidir. Bu nedenle, her
  hücrede her bir aminoasite özgü aminoaçil tRNA
  sentetaz enzimleri bulunur.
• Enzim katalizli tepkimede ATP hidrolizi ile
  aktive edilen amino asit, tRNAnin 3 ucundaki
  adenin bazina ait riboz sekerin 3-OH grubuna
  baglanir.

31
Amino açil tRNAlarin genel yapisi
32
Protein Sentezinde Amino asitlerin aktivasyonu
Iki tip amino açil tRNA sentetaz enzimi bulunur.
Her amino asidin karbonil grubu peptid bagi
olusumunu kolaylastirmak için aktive edilir. Her
amino asit ile sifrelenen bilgi eslestirilir. Bu
enzimin hata düzeltme görevi de vardir.
33
tRNA dogru aminoasiti tanimalidir

• aminoacyl tRNA synthetases tarafindan
  katalizlenir
• amino asitler aktive edilir (aminoacyladenylic
  acid)
• ATP gerekir

Mg 2 Amino acid tRNA ATP
?aminoacyl-tRNA AMP PPi
Fig. 14.5
34
N-formilmetionin
35
Protein Sentezinin Basamaklari

• Baslama (Initiation)
• Zincir Uzamasi (Elongation)
• Zincir Sonlanmasi (Termination)

36
Protein Sentezinin Basamaklari-Baslama

• Sentezin baslamasi için GTP, IF1, IF2, IF3
  gereklidir.
• Ilk olarak
• SSU rRNA (16S) özgül DNA dizilerini bulur
  Shine-Dalgarno sequence (AGGAGG)

37
Baslama için gerekli protein faktörler
38
Shine-Dalgarno dizesi
(5') AUG ile initiasyon mRNAda Shine-Dalgarno
dizesi ile dogru pozisyondan baslatilir.
39
Shine-Dalgarno dizisi
40
Sentezin baslamasi
Bakteriyel ribozomda amino açil tRNAlarin
baglandigi üç bölge vardir Amino açil veya A
bölgesi, P bölgesi, E (çikis) bölgesi 1. Ilk
olarak mRNA baslama faktörleri ile birlikte (IF1,
2, 3) küçük alt birime baglanir. 2. Baslatici
fMet-tRNA P bölgesindeki mRNA kodonuna baglanir
IF3 ayrilir. 3. Büyük alt birim komplekse
baglanir IF1 ve IF2 ayrilir EF-Tu, tRNAya
baglanarak, A bölgesine girisi kolaylastirir.
41
Zincir uzamasi Ilk basamak (ikinci amino açil
tRNAnin baglanmasi)

• Ikinci yüklü tRNA, EF-Tunun yardimi ile A
  bölgesine girer uzamanin ilk basamagi baslar.

42
Uzama, Ikinci basamak Peptid bagi olusumu
A bölgesinde Dipeptit bagi olusur (Peptidil
transferaz aktivitesi) Yüksüz tRNA, E
bölgesine hareket eder ve ribozomu terk
eder. Yeni olusan dipeptit P bölgesine hareket
eder. mRNA 3 baz kayar EF-G translokasyon
basamagini kolaylastirir, uzamanin ilk basamagi
tamamlanir.
43
Uzama, üçüncü basamak translokasyon
EF-Tu GTP tRNA A bölgesine yerlesir, EF-Tu
girisi kolaylastirir Peptid bagi olusumu ile
tripeptid elde edilir. yüksüz tRNA, E bölgesine
hareket eder. mRNA 3 baz kayar EF-G
translokasyon basamagini kolaylastirir, uzamanin
ilk basamagi tamamlanir.
44
Bakterilerde protein sentezinin terminasyonu
Basamak 1- DUR kodonlarina gelindiginde, GTP
bagimli salinma faktörlerine harekete geçme
sinyali verilirve polipeptit zinciri ile tRNA
arasindaki bagi kirarak zincirin translasyon
kompleksinden ayrilmasini saglar. Basamak 2- Bu
kirilmadan sonra tRNA ribozomdan salinir ve
ribozom alt birimlerine ayrilir.
45
Polizom
Hem ökaryotik, hem de prokaryotik hücrelerde
protein sentezinde 10 ile 100 ribozom ayni anda
aktiftir. Bunlara polizom denir.
46
Polizom Elektron mikroskobu
47
Bakteride transkripsiyon ve translasyonun
eslesmesi
48
(No Transcript)
49
Ökaryotlarda Protein Sentezi

• Daha komplekstir
• mRNA stoplazmaya tasinir
• mRNA 1-2 saatte yikilir
• Kozak sequence 5-ACCAUGG..
• AUG Met kodlar
• Daha fazla sayida ribozom görev alir
• Ribozomlar E.Ra tutunur.

50
Ökaryotik initiasyon kompleksinin olusumundaki
protein kompleksler
51
Polipeptitteki aminoasitlerin linear dizilimi
primer yapiyi verir.
Fig. 14.16 R-groups (radical)
52
Amino asitler N terminalden C-terminale dogru
peptid bagi ile birlestirilirler
53
Sekonder yapida, polipeptit zincirinde birbirine
komsu olan amino asitlerin olusturdugu, düzenli
ve tekrarlayan bir konfigürasyon bulunur.
54
Proteinin tersiyer yapisi zincirin uzaydaki 3
boyutlu konformasyonunu ifade eder. Bu yapi
uzayda ..

• Sisteinler arasindaki disülfid baglari
• Hidrofilik polar R gruplari
• Hidrofobik nonpolar R gruplari ile stabilize
  edilir

55
Quaternary Structure

• Birden çok polipeptit zincirinin biraraya gelmesi
  ile kuaterner yapi olusur.

56
(No Transcript)
57
Translasyon Sonrasi Modifikasyonlar

• N-ucu ve C-ucundaki a.a ler çogunlukla
  uzaklastirilir yada degisime ugrar.
• Bazen tek bir a.a degisime ugrayabilir.
• Bazen karbohidrat yan zincirleri takilabilir
• Polipeptit zincirlerinde kirpilma yapilabilir.
• Sinyal dizileri proteinden uzaklastirilir.
• Polipeptit zincirleri çogu kez metallerle
  kompleks yapar
• Folding chaperonins

58
Post-translasyonel modifikasyonlar

• Amino terminal ve karboksi terminal uçta
  modifikasyonlar Tüm polipeptidler bakterilerde
  N-formilmetionin, ökaryotlarda ise metionin ile
  baslar. Formil grubu, bu amino asidler final
  peptidden uzaklastirilir.
• Ökaryotik proteinlerin 50sinde amino terminal
  uçtaki amino grubu N-asetillenir.

59
Post-translasyonel modifikasyonlar

• Bazi amino asitlerin modifikasyonu Ser, Thr ve
  Tyr rezidülerinin hidroksil gruplarinin enzimatik
  olarak ATPile fosforillenmesi. Böylece diger
  moleküllerle iyonik bag yapabilen eksi yüklü a.a
  ler olusur.
• Bazi proteinlerde Glu rezidüsüne ekstra karbonil
  grubu eklenmesi (Örn.protrombinde K vitamininin
  rolü)
• Bazi kas proteinlerinde ve sitokrom cde
  monometil ve dimetillizin rezidüleri (Örn.
  calmodulinde trimetil lizin rezidüsü bulunmakta)

60
Amino asid rezidülerinde modifikasyonlar
61
Amino asid rezidülerinde modifikasyonlar
62
Amino asid rezidülerinde modifikasyonlar
63
Post-translasyonel modifikasyonlar

• Karbohidrat yan zincirinin eklenmesi Polipeptid
  zincirinin sentezi sirasinda veya sonra
  glikoproteinin karbohidrat yan zinciri eklenir.
  Bazi glikoproteinlerde karbohidrat yan zinciri
  enzimatik olarak Asn rezidülerine baglanir
  (N-linked oligosakkaridler), digerlerinde Ser ve
  Thr residülerine baglanir (O-linked
  oligosakkaridler).
• Birçok protein ekstrasellüler olarak fonksiyon
  görür.

64
Post-translasyonel modifikasyonlar

• Sinyal sekansinin kaybi Amino terminal uçtaki
  15-30 rezidülük kisim proteinin hücre içi
  hedeflere yönlendirilmesinde önemli rol oynar.
  Daha sonra bu kisim çikartilir.

65
Post-translasyonel modifikasyonlar

• Polipeptitlerin metallerle kompleks olusturmasi
  Proteinlerin tersiyer ve kuaterner yapilarinda
  metal atomlari vardir ve bu yapilari kazanmalari
  çogu bu kez metallere baglidir.

66
Post-translasyonel modifikasyonlar

• Prostetik gruplarin eklenmesi Birçok protein
  aktiviteleri için kovalant bagli prostetik
  gruplara gereksinim duyarlar. Örn. Asetil-CoA
  karboksilazin biyotin molekülü ve sitokrom cnin
  hem grubu
• Proteolitik islemler Birçok protein sentez
  sonrasi kisaltilir. Örn. Insulin
• Disülfid çapraz baglarinin olusumu Iki sistein
  rezidüsü arasinda çapraz bag olusur. Bu proteini
  hücre içinde ve disinda etkilerden korur.

67
Protein Sentezinin Inhibisyonu
68
Peptid bag olusumunu promisin ile blokaji
Translokasyona ugramadigi için polipeptid
sentezinde erken terminasyon
69
Peptidil promisin
70
Tetrasiklin
Tetrasiklin, bakterilerde protein sentezini
ribozomun A bölgesini bloke ederek saglar.
71
Siklohekzimid
Sikloheksimid, 80 S ökaryotik ribozomlarda
peptidil transferaz aktivitesini bloke eder fakat
70 S Bakteriyel (ayrica mitokondrial ve
kloroplast) üzerine etkis yoktur.
72
Kloramfenikol
Bakterilerde protein sentezini peptidil
transferaz blakaji ile yapar. sitozolik ökaryotik
protein sentezi üzerine etkisi yoktur.
73
Streptomisin
Basit bir trisakkaridtir. Düsük
konsantrasyonlarda genetik kodun hatali okunmasi,
yüksek dozda ise initiasyonun inhibisyonuna sebep
olur.
74
Toksinlerle protein sentez inhibisyonu

• Difteri toksininin, ökaryotik elongasyon faktörü
  üzerine etkisi vardir.
• Risin, ökaryotik ribozomlarda 60 S alt üniteyi
  inaktive eder (23S rRNAda spesifik bir
  adenozinin depurinasyonu ile).