5/2/2008
Gen Ekspressiyonu
Kategori: Genetik
GEN EKSPRESSİYONU VE İMPİRİNTİNG GENLER
Ahmet Okumuş
ÖZET : Karakterleri kontrol eden genlerin çalışma mekanizması, kendi üzerlerinde bulunan başka genler tarafından kontrol edilmektedir. Bu mekanizma; düzenleyici genler, promotor gen ve operon genler tarafından yönetilmektedir. Genlerin anne ve babadan aldığı özellikler yavrulara aktarılırken bazı genlerin diğeri çalışırken inaktif duruma geçtiği görülmektedir. İmprinting gen adı verilen bu genlerin çalışması canlılarda kanser olayının temelini oluşturduğu hakkında fikirler mevcuttur.
GİRİŞ : Kalıtsal materyalde, genetik bilgiyi taşıyan üniteler gen olarak bilinmektedir. Hücrelerde bulunan genlerin taşıdıkları bilginin, canlının yaşantısında gerekli olan moleküllere dönüşmesi gen ekspressiyonu olarak bilinmektedir. Genin ekspressiyonu, DNA baz dizilişinden başlayıp RNA'ya kopilenip protein molekülü oluşturmak üzere aminoasitleri biraraya getirme olayıdır. Genetik bilginin bu şekilde akışı şu şekilde özetlenebilir.
1. RNA molekülleri RNA polimeraz yardımıyla DNA replikasyonu sırasındaki reaksiyona benzer polimerizasyonda kalıp olarak DNA'nın bir segmentindeki baz diziliş segmentini kullanarak enzimatik olarak sentezlenir. Bu durum transkripsiyon olarak tanımlanmaktadır.
2. RNA, ökaryotlarda kimyasal modifikasyona uğramaktadır. Bu işlem prosessing olarak bilinmektedir.
3. Protein molekülleri, RNA nın baz dizilişi kullanılarak amino asitleri kodun düzenine göre biraraya getirerek sentez edilir. RNA baz dizilişine göre amino asit dizilişinin üretimi translasyon olarak bilinmektedir. Yapılan protein, gen ürünü olarak isimlendirilir.
PROTEİNLER ve AMİNOASİTLER
Proteinler, kimyasal reaksiyonları katalize eden (enzim), gen ekspressiyonunu düzenleyen (düzenleyici protein), hücre, doku ve virüslerin birçok yapısal özelliklerini katalize kontrol eden moleküllerdir. Protein birbirine kovalent bağla bağlı olan birçok amino asitten oluşmuştur. Amino asit zincirleri polipeptid olarak isimlendirilir. Polipeptidlede 20 farklı amino asit, farklı sayı ve düzende bulunurlar.
Herbir amino asit karboksil grubuna ait bir karbon atomu ve bir amino grubu bulunmakta R olarak isimlendirilen bir başka kimyasal gruba bağlanmaktadır. En basit R grupları glycine (_H) ve alanin(_CH3) dir. Polipeptid zincirleri bir amino asitin karboksil grubu diğer bir amino asitin amino grubuna bağlandığı zaman peptid bağ olarak isimlendirilen düzenli kovalent bağ oluşturmaktadır. Bu şekilde proteinin temel ünitesi polipeptid olup karbon atomları iskeleti oluşturmak üzere peptid gruplarında birbirlerine alternatifli olarak bağlanırlar.
Her polipeptid molekülünün iki sonu farklı olup biri serbest NH2 grubu şeklinde amino terminus olarak ikinci tarafı ise COOH şeklinde karboksil terminus olarak isimlendirilir. Polipeptidler, zincirin karboksil tarafına bağlanarak sentez edilirler. Polipeptid zincirinin aminoasitleri amino terminus tarafından başlıyarak sayılır.
Çoğu polipeptid zincirleri yüksek oranda katlanırlar. Yan zincirler arasındaki kovalent olmayan interaksiyonlar vasıtasıyla katlanma şekli amino asitlerin dizilişi ile ilgilidir. Bu şekilde her bir polipeptid zinciri sentezine bağlı olarak üç boyutlu yapıya katlanır. Bazı durumlarda protein katlanması hücre içerisinde diğer proteinlerle interaksiyon halinde oluşur. İşlem esnasında su molekülleri serbest bırakılır. Proteinlerin doğru olarak görevlerini yapmaları ancak doğru dizildikleri zaman gerçekleşir. Amino asitlerin zincirden kaybı veya yanlış düzeni enzim aktivitesinde kayıp veya azalmaya neden olmaktadır.
Enzimler, özel bir protein sınıfıdır. Yapı ve metabolizma faaliyetlerinde önemli rol oynayan farklı çeşitleri de bulunmaktadır. Yapısal proteinler, örneğin kolajen, keratin, aktin, myosin gibi hayvan vücud yapısındaki önemli komponentlerdir. Depo proteinleri, bitki tohumlarında bulunan proteinlerdir. Antibodi proteinleri hastalığa karşı savunma mekanizmasında rol oynarlar. Bazı hormonlar (insülin) organizmanın fizyoloji ve gelişmesini düzenlerler. Hemoglobin, kanda oksijen taşıyan taşıyıcı proteindir. Histon ve tubulin kromozomların yapısıyla alakalı proteinler olup mitoz ve mayoz esnasında iğ ipliklerinin oluşumundan sorumludurlar.
Son zamanlarda, proteinlerin sadece enzimlerin değil, DNA larında bulunan genlerde yer alan bilgi tarafından oluşturulduğu ortaya çıkmıştır. Bu husus bir gen bir enzim veya bir protein olarak isimlendirilerek gündeme gelmiştir. Bu durumda polipeptidlerin iki veya farklı sayıda bir araya gelmeleri, farklı yapıda protein oluşturduğu şeklinde değerlendirilmektedir. Bu husus hemoglobin proteini üzerinde açıklanmıştır. Hemoglobin bir enzim değildir. Oksijen taşıyan bir proteindir. Kanda eritrositlerde bulunur ve kırmızı rengi verir. Normal insanlarda bu 4 polipeptidden oluşmuştur. İki benzer α ve iki benzer β zincirinden oluώmuştur. Bu 4 zincir aktif proteinin dörtlü yapısını oluşturmaktadır. Yapıda 141 α ve 146 β amino asit bulunmaktadύr. Bu iki polipeptid birbiriyle bağlantılı olmayan iki farklı gen tarafından oluşturulmuştur. Bazı insanlarda hemoglobinin anormal formları, orak şekilli hücre anemisi olarak isimlendirilen kan hastalığının belirtisi olarak ortaya çıkmaktadır. Bu hastalık, genetik olarak Mendel prensiplerine göre kalıtsal özellik gösterir. Resesif homozigot yapıda kendini göstererek eritrositlerin hatalı oluşumuna sebep verir. !956 yılında Vernon Ingram isimli araştırıcı protein analizi için parmak izi tekniğiyle yaptığı analizde, farklılığın sadece bir amino asitten kaynaklandığını göstermiştir. Valin amino asidi β zincirini N-terminalinde 6. pozisyonda glumatik asit için kaybolmuştur. Bu teori, genlerin proteinlerin yapısının kontrol eden karakterler üzerinde etkide bulunduğunu ortaya koymuştur. Böylece bir gen bir polipeptid zinciri sağlamaktadır. Mutasyonlar, amino asit dizilişini değiştirdiğinden dolayı fenotiplerde farklılıklar ortaya koymaktadırlar.
Kaynaklar: R.N. Jones & A. Karp, 1990. Introducing Genetics. John Murray. Isbn 0–7195–4235–9. Chapter 14 & 17 p.186–243.
Ahmet Okumuş, Ondokuz Mayıs Üniversitesi, Ziraat Fakültesi, Zootekni Bölümü
