RNA Sentezi (Transkripsiyon)
advertisement
RNA Sentezi (Transkripsiyon) Prof.Dr.Tülay Akçay Sistron genetik ekspresyon’un(ifadenin) en küçük birimidir.Tek bir mRNA birden fazla protein transle ediyorsa polisistronik mRNA dır. Operonlar ve polisistronik mRNA bakterilerde vardır,ökaryotlarda yoktur. DNA’yı oluşturan deoksiribonükleotidlerin dizimi organizmanın genetik planını oluşturur RNA,DNA’nın çalışan bir kopyasıdır. Transkripsiyon’un özellikleri: 1- Çok seçici olması 2- RNA transkriptinin çeşitli modifikasyonlara uğraması 1-Çok seçici olması: DNA’nın bazı bölgelerinde (ekstiron) transkripsiyon yapılır Diğer bölgelerde transkripsiyon yapılmaz(intron) Bu seçiciğilin nedeni,kısmen DNA nın nükleotid dizisinde saklıdır. DNA dizimi, traskripsiyonun nerde başlayacağını ve nerede duracağı bilgisini RNA polimeraza verir. Transkripsiyonel işlemin seçiciğili,farklı dokuların biyokimyasal farklılığını oluşturur. 2-RNA transkriptinin çeştli modifikasyonlara uğraması: a) Terminal ilaveler, b) bazların modifikasyonu, c) iç kısma ait belli bir bölgenin uzaklaştırılması ve d) birleştirme, inaktif primeri ,fonksiyonel moleküle dönüştürür. Prokaryotik Genlerin Transkripsiyonu RNA Polimerazın Özelliği Çok sayıda alt birimden oluşur DNA zincirinin başlangıç (promotör) bölgesini tanır. DNA kalıbının tamamlayıcı RNA kopyasını yapar DNA üzerindeki diziye göre sentezlenecek RNA dizisinin sonlanma bölgesini belirler. RNA Sentezinin Aşamaları Bir E.coli geninin transkripsiyon aşamaları transkripsiyonu Sentezin Başlaması DNA üzerinde promotor polimerazın bağlanması, başlamasını sağlar. ve bölgeye RNA transkripsiyonun Genel olarak, RNA polimeraz tarafından tanınan başlangıç bölgesinin karakteristik nükleotid dizisi bulunur . RNA polimerazın başlangıç bölgesini tanıyabilmesi için δ alt birimi gerekir. Bir kaç fosfodiester bağı oluştuktan sonra alt birim, sentezin tamamlaması için çekirdek polimerazdan ayrılır. RNA polimerazın hareketi transkripsiyon kabarcığının ön tarafında pozitif süper sarmal, arka tarafında da negatif süper sarmal oluşturur. Transkripsiyon esnasında yeni RNA zinciri ile DNA kalıbı geçici olarak kısa uzunlukta RNA-DNA hibrit çift heliksi oluşturur. DNA zincirinin doğru okunması için gerekli olan bu işlem sonrasında oluşan RNA, kısa bir süre sonra bu yapıdan ayrılır . Bilinen herhangi bir gen ürünü için transkripsiyonunun başlaması düzenlenebilir. Hücrenin protein ihtiyacının karşılanabilmesi için her bir genin transkripsiyonu dikkatle kontrol edilir. Başlangıç dizisindeki farklılıktan ötürü RNA polimerazın başlangıç bölgesine olan ilgisinde gözlenen değişiklikler bir tür kontrol mekanizmasıdır. Zincir Uzaması Başlangıç bölgesi tanındığında RNA polimeraz, DNA dizisinin transkripsiyonuna başlar. RNA polimeraz, DNA polimeraz gibi bir öncüye ihtiyaç göstermez. Endonükleaz veya ekzonükleaz aktivitesi yoktur. DNA kalıbına enzimin bağlanması DNA heliksinin lokal katlanmasının açılması ile sonuçlanır. Katlanmayı açıcı enzim ve heliks destabilize proteine ihtiyaç yoktur. RNA, 5’→3’ yönünde DNA kalıbına ters yönde paralel olarak sentez edilir. Kalıp, DNA sentezinde olduğu gibi kopya edilmektedir. DNA üzerindeki G, RNA yapısındaki C bazına, C ise G bazına, DNA yapısındaki T, RNA molekülündeki A bazına ve kalıptaki A bazı, RNA yapısındaki U bazına (T yerine) özgüdür. RNA zincirinin uzaması sonlanma işlemine ulaşılıncaya kadar devam eder. Sentezin Sonlanması RNA sentezinin sonlanması iki türlü olur. 1- RNA polimeraz, belli bir mesafede yer alan DNA kalıbındaki sonlanma bölgesini tanır (ρbağımsız sonlanma), 2- RNA ürünün ve RNA polimerazın serbestleşmesi için ilave olarak ρ faktöre gerek vardır (ρ-bağımlı sonlanma). RNA sentezini inhibe eden bazı antibiyotikler hücre büyümesini önlerler. -Rifampisin,bakteri RNA polimerazın β alt birimine bağlanarak ilk fosfodiester bağın oluşumu önler, transkripsiyonun başlamasını engeller.(tüberkiloza karşı) -Actinomisin D, bakterilerde ve ökaryotlarda DNA kalıbına bağlanır, DNA üzerinde RNA polimerazın hareketini engeleyerek, uzama aşamasını inhibe eder. -Aktinomisin D,RNA sentezine bağımlı hücresel işlevlerin araştırılmasında kullanılır. -Akridin de benzer şekilde RNA sentezini baskılar. Amanita phalloides mantarında bulunan αamanitin hayvan hücrelerinde RNA polimeraz II’ye bağlanarak m-RNA oluşumunu engeller. Yüksek derişimlerde RNA polimerazIII’ü de etkiler. Ne RNA polimeraz I ne de phalloides’in kendi polimeraz II enzimi α-amanitinden etkilenmez. Aflatoksin, güçlü kanser yapıcı maddedir. -DNA replikasyon ve transkripsiyonu inhibe eder. -İyi kurumamış hububat ve fıstık küfünde bulunur. Eukaryotik RNA Polimerazlar Tip Fonksiyon α-amanitin etkisi I Ribozomal RNA sentezler etkilemez II mRNA sentezler düşük konsantrason bile çok etkili (10-8 -10-9 mol/L) III tRNA ve bazı özel RNA ları sentezler Yüksek konsantrasyon etkili Transkripsiyon Sonrası RNA Modifikasyonları Primer transkript adını alan yeni sentezlenmiş RNA moleküllerinin çoğu olgun yapı ve fonksiyonlarına ulaşmak için transkripsiyon sonrası modifikasyonlara uğrarlar. Bazı RNA dizileri primer RNA transkriptinden uzaklaştırılmakta ve kalıptan bağımsız olarak bazı RNA dizileri eklenmektedir. Bazı bazlarda kovalent modifikasyonlar oluşmaktadır. Primer RNA transkriptinin olgun RNA molekülüne dönüşümünü sağlayan tepkimeler “RNA işlemleme” veya “posttranskripsiyonel modifikasyon” olarak isimlendirilmektedir. Prokaryotik tRNA ve rRNA molekülleri ve ökaryotik RNA moleküllerin tümü için transkripsiyon sonrası modifikasyon gerekir. Haberci RNA Primer transkript mRNA molekülü, genellikle heterojen nükleer RNA (hnRNA) olarak isimlendirilir. Transfer RNA Prokaryotik ve ökaryotik transfer RNA molekülleri, düzenlenmesi gereken daha büyük öncül moleküllerden, fazla nükleotidlerin uzaklaştırılması ile oluşurlar. Diğer posttranskripsiyonal modifikasyonlar, 3’ ucuna CCA dizisinin ilavesi ve “az rastlanan baz” oluşturmak üzere özel kısımlardaki bazların modifikasyonunu kapsar. Pekçok hücrede 40 ila 50 farklı tRNA molekülü bulunmaktadır. “Self-spilicing” intronlar ve RNazP, “ribozymes” isimli, biyolojik katalizlerin yeni bir sınıfını oluştururlar. Bu katalizörler RNA molekülünün hidrolitik bölünme ve transestirifikasyon tepkimelerini sağlar. Primer tRNA molekülü iki farklı posttranskripsiyonal işleme daha uğrayabilir. tRNA molekülünün karekteristiği olarak 3’ ucuna CCA trinükleotidi, tRNA nükleotidil-transferaz ile eklenir. Ribozomda uzamakta olan polipeptid zincirine amino asitin eklenebilmesi için tRNA 3’ ucundaki adenilat eki özel bir amino asite kovalent olarak bağlanır. Bir defada üç fosfadiester bağının oluşumunu sağlayan benzersiz bir enzim olan tRNA nükleotidil transferaz, RNA polimerazın kullandığı mekanizmadan farklı bir mekanizma ile çalışır. tRNA modifikasyonunun son aşaması bazı bazların metilasyonu, deaminasyonu veya indirgenmesini kapsar . Bu geliştirilmiş bazların bazıları bütün tRNA moleküllerinin karakteristik pozisyonlarında görülür . Ribozomal RNA Prokaryotik ve ökaryotik hücrelerin ribozomal RNA molekülleri “preribozomal RNA” molekülleri olarak isimlendirilen uzun öncül moleküllerden transkripsiyon sonrası modifikasyon ile oluşurlar. Prokaryotlardaki 23S, 16S ve 5S ribozomal RNA molekülleri tek 30SrRNA öncül molekülünden meydana gelirler. Özel kısımlarında metillenen bu öncül moleküllerin parçalanması ile istenilen ribozomal RNA büyüklüğü elde edilmektedir. Ökaryotik RNA benzer metilasyon basamakları ve enzimatik parçalanmalar ile oluşmaktadır . İnsan İmmun Yetmezliği Virüsü (HIV) HIV; Kazanılmış immun yetmezliği sendromuna (AIDS) sebep olur. Standart retroviral gen + pek çok diğer az rastlanmış gen + RNA genomuna sahiptir. Virüsteki env geni geri kalan genom ile birlikte hızlı bir şekilde mutasyona maruz kaldığından etkili aşının geliştirilmesini zorlaştırmıştır. Rivörs transkriptaz inhibitörü, HIV enfekte olmuş bireylerin tedavisinde geniş olarak kullanılan ilaçların temelini oluşturur. AIDS ile mücadelede HIV rivörs transkriptaz inhibitörü; AZT (3´-azido- 2´, 3´-deoksitimidin) deoksitimidin analoğudur. AZT, T lenfositleri tarafından alınır ve AZT trifosfata dönüştürülür. HIV rivörs transkriptazın dTTP’den çok AZT trifosfata afinitesi vardır. AZT trifosfatın enzime bağlanması dTTP’nin bağlanmasını inhibe eder.AZT’nin 3´ hidroksil grubu da olmadığı için RNA’nın uzaması sonlanır, viral RNA sentezi durur. AZT, T lenfositleri için toksik değildir. Hücrenin DNA polimerazının AZT’ye, dTTP’den daha az afinitesi vardır. AZT, 1-5 μM konsantrasyonunda etkilidir. Bu konsantrasyon HIV rivörs transkriptaz’ı için yeterli olmasına karşın DNA replikasyonunda etkili değildir. AZT ilerlemiş AIDS hastalarının yaşam sürelerini ∼1 yıl arttırabilir. HIV enfeksiyonunun erken dönemindeki bireylerde AIDS’in başlamasını geciktirdiği görülmüştür. Bazı yeni ilaçlar örneğin; dideoksiinozin benzer mekanizmayla etki etmektedir.
