Genetik Şifre Nedir, Özellikleri Nelerdir?

DNA’nın moleküler yapısı tüm canlılarda aynı dört çeşit nükleotitten oluşmaktadır. Canlılar arasındaki farklılık ise nükleotitlerin DNA üzerindeki sayıları ve dizilişlerinden kaynaklanmaktadır.

Bunu şu şekilde daha iyi anlayabiliriz: Alfabemizde 29 harf olmasına rağmen bu harflerle 100.000’den fazla anlamlı kelime oluşturabiliyor, bu kelimelerle de binlerce cümle kurabiliyoruz. Aynı şekilde DNA üzerindeki 4 çeşit nükleotitten çok sayıda farklı özelliğin kodu oluşturulabilmektedir.

Harflerle oluşturduğumuz kelimelerin ve kelimelerle kurduğumuz cümlelerin bir anlamı olduğu gibi DNA üzerindeki 4 çeşit nükleotidin değişik kombinasyonları ile oluşan ve nükleotit sayısının yüz binlere kadar çıkabildiği gen adı verilen parçaların da anlamları vardır. İnsan vücudunda protein kodlayan yaklaşık 21 bin çeşit gen olduğu tahmin edilmektedir. Gen bölgeleri, çok sayıda nükleotitten oluşur ve bir proteinin sentezi ile ilgili genetik şifre taşır.

Örneğin, bir gen çeşidinin taşıdığı şifre ile kasların yapısına katılan aktin proteini sentezlenebilirken başka bir gen çeşidinin taşıdığı şifre ile kanın pıhtılaşmasında görev alan fibrinojen proteini sentezlenebilmektedir.

Hücre çekirdeğindeki DNA üzerinde bulunan genetik bilgiler, sitoplazmadaki ribozomlarda gerçekleşen protein sentezine nasıl etki etmektedir? DNA’dan RNA’ya aktarılan genetik bilginin ribozomda proteine nasıl dönüştüğü 1960’lı yıllarda British Columbia (Brıtiş Kolumbia) Üniversitesinden Har Gobind Khorana (Har Gobind Korana, 1922-2011) ve Amerikan Ulusal Sağlık Enstitüsünden Marshall Warren Nirenberg (Marşal Varın Nayrınberg, 1927- 2010) tarafından çözülmüştür. Proteinlerin yapı taşları olan amino asitlerin sayısının 20 olduğu biliniyordu ancak amino asitlerin DNA üzerinde nasıl şifrelendikleri bilinmiyordu.

DNA üzerinde bulunan adenin, timin, guanin ve sitozin nükleotitlerinin her biri bir çeşit amino asit şifreleseydi sadece 4 çeşit amino asit oluşabilirdi. Nükleotitler ikişerli olarak amino asitleri şifreleseydi 4 çeşit nükleotidin ikili kombinasyonlarıyla (42) en fazla 16 çeşit amino asit oluşabilirdi. Oysa üç nükleotit bir amino asidi şifrelerse 4 çeşit nükleotidin 3’lü kombinasyonlarıyla (43) 64 çeşit amino asit elde edilebilir ki bu da mevcut 20 çeşit amino asidin şifrelenmesi için fazlasıyla yeterlidir.

Nitekim yapılan deneysel çalışmalar göstermiştir ki DNA’nın mRNA sentezi için kalıplık yapan bir ipliğindeki her üç nükleotit bir amino asit şifrelemektedir. DNA üzerindeki amino asit şifreleyen bu üç nükleotitlik parçalara genetik kod, bu kodların mRNA üzerindeki karşılıklarına ise kodon adı verilmiştir (Şekil 1.19).

DNA’daki genetik bilginin proteinlere dönüşmesinde genlerden sentezlenen mRNA molekülleri görev almaktadır. DNA’nın bir zincirinden sentezlenen ve tek zincirden oluşan mRNA, genetik şifrenin kopyasını ribozoma götürerek protein sentezine kalıplık eder. Bu sı- rada sitoplazmadaki tRNA’lar ise uygun amino asitleri uygun sıra ile ribozoma taşır.

DNA’daki her genetik kod, bir amino asidi şifrelemektedir fakat bir amino asit çok sayıda kod tarafından şifrelenebilmektedir. Örneğin, TAC (timin, adenin, sitozin) şeklindeki bir koddan AUG (adenin, urasil, guanin) şeklinde bir kodon sentezlenmekte, bu kodon da proteinin yapısındaki metiyonin amino asidine karşılık gelmektedir. Fenilalanin amino asidi hem UUU hem de UUC kodonları ile; Arjinin amino asidi ise CGU, CGC, CGA ve CGG kodonları ile şifrelenebilmektedir.

Bu durum canlının bazı mutasyonlardan korunmasını da sağlar. Örneğin, DNA üzerindeki genetik kodu AAA olan bir kod, fenilalanin amino asidini kodlamaktadır. Bu kod, mutasyona uğrayıp AAG’ye dönüşürse mRNA’daki kodon UUC olacağından sentezlenen proteinin yapısındaki amino asit, fenilalanin olarak kalacaktır ve mutasyon etkisini gösteremeyecektir.

UAA, UAG ve UGA kodonlarının ise hiçbir amino asidi şifrelemediği belirlenmiştir. Tablo 1.1’de tüm kodonlar ve bu kodonların sentezlediği amino asitler gösterilmektedir:

Tüm mRNA’lar, AUG kodonu ile başlar ve buna bağlı olarak protein sentezi sırasında kullanılan ilk amino asit metiyonin amino asidi olur. AUG kodonuna başlatma kodonu adı verilir. Amino asit şifrelemeyen UAA, UAG ve UGA kodonlarından biri ise mRNA’nın sonunda bulunur ve durdurma (stop) kodonu adını alır. Protein sentezi sırasında, durdurucu kodonlara karşılık amino asit ve tRNA gelmez. Bu nedenle 64 çeşit mRNA kodonu olmasına rağmen hücrelerde en fazla 61 çeşit antikodon yani tRNA bulunur.