DNA sentezinde olduğu gibi transkripsiyonda da RNA sentezi 5 → 3doğrultusunda ilerler. Yani, eski polimer 3 → 5doğrultusunda okunur; yeni, tümleyici polimer 5 → 3 doğrultusunda oluşur.
DNAda bulunan bilgi işlevsel protein veya RNA ürünlerinin sentezini sağlar. Bu işlevsel ürünleri kodlayan DNA dizilerine gen, bunların oluşumuna da "gen ifadesi" denir. DNAdaki bilginin RNA olarak yazılmış haline "transkript" denir. Ribozomların protein sentezi yapmak için okuduğu RNA molekülü "mesajcı RNA"dır. Prokaryotlarda RNA polimerazın ürettiği RNA ile ribozomların okuduğu mRNA aynı moleküldür. Ökaryotlarda ise transkript bir takım işlemlerden geçtikten sonra olgun mRNA olur. Bu bakımdan, işlem görmemiş mRNAya "öncül mRNA", "prekürsör mRNA" veya "pre-mRNA" da denir.
Aşağıda ökaryotik ve prokaryotik organizmalardaki transkripsiyonun benzer ve farklı yönleri ele alınarak konuya genel bir bakış verilmektedir. Arkelerin transkripsiyon mekanizması ökaryotlarınkine benzer. Ayrıntılar için prokaryotik transkripsiyon ve ökaryotik transkripsiyon maddelerine bakınız.
Gen ifadesinin düzenlenmesi
Bir genin okunmaya başlandığı noktanın hemen yukarısındaki bölgenin adı "promotör"dür ("Yukarı" ve "aşağı" terimleri transkripsiyon yönüne bağlı olarak kullanılır: transkripsiyon yönü aşağıdır, transkripsiyon yönünün tersi yukarıdır.). Promotör bölgesinde genlerin ifadesini kontrol eden DNA dizileri yer alır. Ökaryotlarda promotör bölgelerden başka, "hızlandırıcı" (İngilizce enhancer) adı verilen DNA bölgeleri de gen ifadesine etki eder. Bu hızlandırıcılar transkripsiyon başlama noktasından çok uzakta olsalar da üç boyutlu uzayda ona yakındırlar. Promotörlere ve hızlandırıcılara bağlanan bazı transkripsiyon faktörleri RNA polimerazla etkileşerek onun çalışmasını engeller veya onu uyarırlar.RNA polimeraz
Ökaryotik transkripsiyonda üç farklı RNA polimeraz vardır, bunlar farklı sınıf genleri okumaktan sorumludur.| RNA Polimeraz I | 45S ribosomal RNA (rRNA) genleri |
| RNA polimeraz II | Mesajcı RNA (mRNA) genleri |
| RNA Polimeraz III | Taşıyıcı RNA (tRNA), 5S rRNA ve bazı başka küçük RNA genleri |
Prokaryotik transkripsiyonda bütün genler tek bir RNA polimeraz tarafından okunur. Arkelerin de bir RNA polimerazı vardır ama çalışma mekanizması ökaryotik RNA polimerazlarınki gibidir. Çok alt birimli olan bu RNA polimerazların yanı sıra SP67 ve T7 gibi fajların ve mitokondrilerin kendilerine has, tek alt birimli RNA polimerazları vardır.
Prokaryot polimerazı dört alt birimden (α2, β, β ve ω) oluşur. "Sigma (σ)" olarak adlandırılan bir diğer protein ise RNA polimerazın belli promotörlere bağlanmasını sağlar ama RNAnın sentezi için gerekli değildir. Sigmanın birkaç çeşidi vardır ve hangi genin okunacağı RNA polimeraza bağlı olan sigma alt biriminin türüne bağlıdır. Ökaryotik polimerazların daha fazla sayıda alt birimi vardır. }
Bir prokaryot olan E. coli''nin RNA polimerazı en çok ökaryot RNA polimeraz IIye benzer ve bunların evrimsel olarak ortak bir geçmişe sahip oldukları muhtemel görülür.
RNA polimeraza yardımcı olan çeşitli kofaktör proteinler vardır. Tüm promotörlerden yapılan yazılmada rol oynayan bu proteinlere genel transkripsiyon faktörleri denir. Bunların hata kontrolü veya DNA tamiri gibi yardımcı işlevleri vardır. Diğer kofaktörler RNA polimerazın belli bazı genleri ifade edip etmeyeceğini belirler; bunlara sadece transkripsiyon faktörü denir. Gen ifadesini engelleyici transkripsiyon faktörlerine "represör", kolaylaştırıcı olanlara "aktivatör" denir. Bu sayede bir genin farklı metabolik şartlarda veya farklı dokularda uygun düzeyde ifadelenmesi mümkün olur.
Mekanizma
Prokaryot ve ökaryotlarda transkripsiyon mekanizmalarının ayrıntıları farklılık gösterir. Prokaryotların çekirdek zarları olmadığı için, oluşmakta olan RNAnın aynı anda ribozomlar tarafından da okunup çevrimi yapılabilir. Oysa ökaryotlarda, RNA çekirdek içinde oluştuktan sonra ribozomların bulunduğu sitoplazma ve endoplazmik retikuluma taşınır. Dolayısıyla transkripsiyon ve translasyon farklı mekan ve zamanlarda gerçekleşir.Transkripsiyon üç aşamadan oluşur: başlama, uzama ve sonlanma. Buna ek olarak ökaryotlarda bir işlenme aşaması vardır.
Başlama
'Prokaryotlar': Prokaryot promotörlerinde iki önemli DNA dizisi vardır: biri, transkripsiyon başlama noktasınından 10 nükleotit yukarıda (-10 konumunda) olan TATAAT dizisi; öbürü de -35de bulunan TTGACA dizisi. Prokaryotlarda RNA polimeraz DNAya bağlanır, sonra bir promotör bulana kadar onun üzerinde ilerler. Sigma altbirimi -35 dizisini tanıyıp RNA polimerazın daha sıkı bağlanmasını sağlar. Sonra sigma ayrılır ve geriye dört alt birimli çekirdek enzimi birakır. A-T baz çiftleri G-C baz çiftlerine kıyasla daha zayıf oldukları için -10 dizisinde DNA zincirleri birbirlerinden ayrılırlar. İki DNA zincirinin birbirinden ayrıldığı bölge "transkripsiyon kabarcığı" olarak tabir edilir. RNA polimeraz uygun noktadan itibaren RNA sentezine başlar.'Ökaryotlar': Ökaryotlarda -30da TATAAA veya benzeri bir dizi (TATA kutusu) ve -80 civarında bulunan GGCCAATCT dizisi (CCAAT kutusu) vardır.
Ökaryotlardaki TATA kutusuna önce TATA Bağlanma Proteini (TBP) bağlanır. Bu başlama kompleksi RNA polimerazı promotöre seferber eder ve oradan transkripsiyon sürecini başlatmasını sağlar. Bu proteinler temel düzeyde bir transkripsiyon için yeterlidirler. Daha yüksek seviyede transkripsiyon elde etmek için başka transkripsiyon faktörleri gereklidir.
Promotör ve ökaryotlarda hızlandırıcılara bağlanan düzenleyici proteinler, RNA polimerazın DNAya bağlanmasına engel olarak veya bağlanmasını kolaylaştırarak transkripsiyonun seviyesini düzenlerler.
Uzama
Uzama, prokaryot ve ökaryotlarda benzer şekilde gerçekleşir. Uzayan RNA zincirinin 3 ucuna nükleotitler eklenir. Yani, gelen nükleotidin 5 fosfat grubu ile RNA zincirindeki 3 hidroksil grubu arasında bir fosfodiester bağı oluşur. İki DNA zincirinden sadece biri, kendisini tümleyici bir RNA iplikçiğinin sentezi için kullanılır; buna "şablon zincir" denir. Sentez sırasında geçici bir DNA-RNA ikilisi oluşur ama sonra RNA DNAdan ayrışır ve ilerleyen enzimin gerisinden DNA tekrar kapanıp normal çift sarmallı haline geri döner.Sonlanma
'Prokaryotlar': RNA polimeraz bir sonlanma sinyaline rastlayınca RNA sentezi sona erer. Prokaryotik genlerde iki tip sonlanma vardır: "ro" adı verilen sonlanma proteininin gerekli olup olmadığına göre, roya bağlı ve rodan bağımsız sonlanma. Bunların sinyalleri farklıdır. Rodan bağımsız sonlanmada sık G/C nükleotitli bir bölgeyi izleyen sık A/Tli bir bölge bulunur. G/Cli kısım RNAya yazılınca, oradaki nükleotitler firkete görünümlü bir şekil alırlar ve bu RNA polimerazı yavaşlatır. Bunu izleyen sık A/Tli kısımda ise polimeraz duraklar ve DNAdan kopar.
Roya bağlı sonlanmada ise DNAda sık Cli bir bölge olur. Transkripsiyon sırasında ro proteini büyümekte olan RNAya bağlanıp, onun üzerinden polimeraza doğru ilerlemeye başlar. Polimeraz sık Cli bölgeye gelince duraklar, bu sayede ro polimeraza yetişir ve yeni sentezlenmiş RNAyı ondan kopartır.
'Ökaryotlar': Ökaryotlarda prokaryotlardaki gibi belirgin sonlanma sinyalleri yoktur. RNA polimeraz mRNAnın biteceği yerden 1000-2000 nükleotit daha ileriye kadar okumaya devam eder. Bu RNA sonradan işlenerek fazla uzamış kısmı çıkartılır.
İşlenme
Prokaryot RNAlar sentezlendikten sonra herhangi bir işlemden geçmeden ribozomlar tarafından okunarak protein sentezinde kullanılırlar; hatta bir RNAnın sentezi bitmeden bir ribozom onun çevirisini yapmaya başlar.Ökaryotlarda en son mRNAnın oluşması için sınıf II RNA polimeraz okumaları (transkriptleri) bir takım işlemlerden geçer. Bu işlemler arasında ''''başlık takılması'' (İngilizce capping), ''poliadenilasyon' ve 'intron çıkarılması'' (uç birleştirme; İngilizce splicing) vardır. Ribozomal ve taşıyıcı RNAlar da işlenir, ama ne başlık alırlar ne de poliadenile olurlar.
Başlık RNAnın 5 ucunda olur. RNAya 5-5 fosfodiester bağlantısı ile metilli bir guanin nükleotidi eklenir. Bu "başlık", mRNAnın çeviri sırasında ribozomlar tarafından tanınması için önemlidir.
Poliadenilasyonda RNAnın ucu kesilerek doğru olan 3 uç ortaya çıkar ve buna bir dizi adenin nükleotiti eklenir. 3 ucun konumu RNA içinde bulunan bir nükleotit dizisi tarafından belirlenir. Bu dizi, AAUAAA, poliadenilasyon sinyali olarak adlandırılır. Gerekli enzimler bu diziyi tanıyınca RNA bu sinyalden 10 - 30 nükleotit aşağıda kesilir ve sonra ona bir dizi adenin eklenir. Bu adeninlerin eklenmesinde bir şablon kullanılmaz; Alar sadece peşpeşe RNAnın 3 ucuna eklenir. Bu poli(A) kuyruğu ortalama 200 nükleotit uzunluğunda olur ve RNAyı yıkımdan korur.
İntronlar, uçbirleştirme (ing. splicing) işlemi sonucu prekürsör RNAdan çıkartılan bölümlerdir, kalan kısımlar ekson olarak adlandırılır. Çıkartılma mekanizmasına bağlı olarak iki tip introndan söz edilir. Tip I intronlarda RNAnın katalizör özelliği vardır; kendi kendini kesip birleştirme yeteneğine sahiptir. Tip II intronlarda bu işlemden sorumlu olan splisozom (İngilizce spliceosome) adlı büyük bir RNA/protein kompleksi vardır. Splisozom, intron-ekson sınırını tanıyıp RNAyı o noktada keser, sonra da bitişik eksonları birleştirerek ergin mRNAyı meydana getirir.
Ters transkripsiyon
Bazı virüsler (örneğin AIDS hastalığına neden olan HIV) RNAyı DNAya yazar. Bu tür yazılma ters transkriptaz adlı enzim tarafından gerçekleştirilir. HIVda ters transkriptaz, viral genomdan bir tümleyici (komplementer) DNA iplikçiği (cDNA) sentezler. Başka bir enzim, ribonükleaz H, RNA iplikçiğini sindirir. Ardından ters transkriptaz, cDNAyı tümleyici bir DNA iplikçiği daha sentezleyerek çift sarmallı bir DNA oluşturur. Bu viral DNA, entegraz adlı bir enzim aracılığıyla konak hücrenin genomuna dahil olur. Bu sürecin sonucunda konak hücre yeni virüslerin oluşumu için gerekli olan viral proteinleri ve RNA iplikçiğini üretmeye başlar. Ardından hücre programlanmış ölüm mekanizmasıyla (apoptoz) imha olur.Tarihçe
RNA polimerazın in vitro olarak RNA sentezlediği çeşitli laboratuvarlarda 1965te gösterilmiştir. Roger Kornberg ökaryotik transkripsiyon mekanizmasının moleküler ayrıntıları üzerinde yaptığı çalışmalardan dolayı Nobel Kimya Ödülünü kazanmmıştır.Kaynakça
- Molecular Cell Biology. 4th ed. Lodish, Harvey; Berk, Arnold; Zipursky, S. Lawrence; Matsudaira, Paul; Baltimore, David; Darnell, James E. New York: W. H. Freeman & Co.; c2000.
- Molecular Biology of the Cell 4th ed. Alberts, Bruce; Johnson, Alexander; Lewis, Julian; Raff, Martin; Roberts, Keith; Walter, Peter. New York and London: Garland Science; c2002
- The Cell - A Molecular Approach. 2nd ed. Cooper, Geoffrey M. Sunderland (MA): Sinauer Associates, Inc; c2000.
- Lehninger Principles of Biochemistry, 4th edition, David L. Nelson & Michael M. Cox
- Principles of Nuclear Structure and Function, Peter R. Cook
- Essential Genetics, Peter J. Russell
.png)
