Genetik Şifrenin Özellikleri

Genetik şifrenin, aşağıda anlatılan ve bir genin nükleotit dizilişinin nasıl ve hangi koşullarda okunduğunu belirleyen özellikleri vardır.

Şifre yozlaşması: Proteinlerde bulunan 20aminoasitten çoğunluğunun en az iki kodonunun bulunmasına karşı­lık, bazılarında kodon (şifre sözcüğü) sayısı 6′ya kadar çıkabilir. 2 ya da daha çok sayıda şifre sözcüğünün aynı anlama geldiği bir şifre, yozlaşmış bir şifredir. Bir ami-noasiti şifreleyecek birden çok şifre sözcüğünün (ko­don) bulunması yeteneği, genetik şifrede bulunan tripletler kadar, belirli bir aminoasit için farklı birçok tRNA’nın bulunmasını gerekli kılar. Şifre sözcükleri eş­anlamlarının sayısı ile tRNA’lar arasındaki bu uygunluk, mRNA çevirisinde, bir tRNA ile belli bir mRNA tripleti arasındaki karşılıklı çekimin (kodon ile antikodonun), uygun olması olgusuna dayanır.

Genetik şifre yozlaşmasının bir kalıbı varmış gibi gö­rünmektedir. 2,3 ya da 4 eşanlamlı kodonu bulunan bütün aminoasitler için ilgili tripletlerin ilk 2 bazları öz­deştir. Kodonların değişikliği ancak 3. kodondadır. Söz­gelimi, glisinin başlamasını şifreleyen bütün kodonlar, GG’yle başlar ve öyle gider. Değşinimin (yani çeviride­ki bir hatanın) potansiyel olarak zararlı etkilerini, büyük bir olasılıkla bu esnekliğin azalttığı düşünülmektedir.

Üst üste binmeyen şifre: Her aminoasit bir ya da daha çok triplet tarafından şifrelenmekle birlikte, birbirine komşu bazların, kodonların (şifre sözcüklerinin) oluşu­mu sırasında üst üste gelip gelmeyecekleri (örtüşüp ör-tüşmeyecekleri) sorusu doğar. Sözgelimi, AUGUGG dizilişi, üst üste binmeyen bir şifrede, iki aminoasiti şif­reler: Metiyonin (AUG); triptofan (UGG). Oysa üst üste binen bir şifrede, AUGUGG dört aminoasiti şifreleyebi­lir: Metiyonin (AUG), sistein (UGU); valin (GUG); trip­tofan (UGG). Genetik bir şifrenin üst üste binmesinden bazı ciddi sorunlar doğar. Sözgelimi, asparagin, AAU ve AAC ko-donları tarafından şifrelenir. Genetik kod üst üste bin-seydi, asparagin hiçbir zaman bir proteinde metiyonini izlemezdi, çünkü üst üste binen UGA’yla sonuçlanan kodon, sonlandırıcı bir kodondur. Bununla birlikte, bir­çok proteinde asparagin, metiyonini izler. Şifre harfleri karşılıklı olarak tekelci dizilişler oluşturan bütün amino­asitler için aynı şey geçerlidir. Bu yüzden genetikçiler, genetik şifrenin üst üste binmediği sonucunu çıkarmış­lardır.

Genetik şifre üst üste binmemekle birlikte, aynı nük­leotit bazlarının birgenden fazla bölümler oluşturduğu­na ilişkin örnekler vardır. Sözgelimi virüslerde, çeşitli vi­rüs proteinlerini bileştiren aminoasit sayısı, proteinleri şifreleyen mRNA triplet sayısını aşar. Bu gibi durumlarda, aynı baz dizilişleri, farklı başlangıç noktalarından okunmaktadır. Sözgelimi, AUGAAUGUGUGG… bir polipeptit zincirini soldaki ilk bazdan başlayarak şif­releyebilir; ama aynı zamanda, aynı baz dizisinde, ikin­ci bir polipeptit zincirini soldan beşinci bazdan baslavarak da şifreleyebilir. Bu koşullar altında, sonlandırıcı ko-donlar, mRNA’nın farklı noktalarında da ortaya çıka­caklardır. Bunun sonucu olarak oluşan protinler birbir­lerinden boyları, aminoasit bileşimleri ve işlevleri bakı­mından farklı olacaklardır. Söz konusu koşullar altında, bir genin baz dizilişi bir başkasınınkinin üstüne binebilir ya da bir gen, bir başka genin baz dizisi içinde bile yer alıyor olabilir.

Şifrenin evrenselliği: Geçmişte belirli bir kodonun bü­tün organizmalarda aynı amino asidi şifrelediği düşünü­lürken, bunun istisnaları saptanmıştır. İnsan mitokon-driyumlarında, genetik şifre tablosunun istisnaları şun­lardır: UGA term (yani sonlandırıcı) yerine frp’yi; AGA ve AGG, argyerine ferm’i; AUA, //eyerine mef\ şifre­ler. Başka türlerin mitokondriyumları, genetik kodların­da eşit sayıda az değişiklikler bulunmasına karşın, farklı­dır. Bazı kirpikli birhücrelilerde, UAAveUAG, term ye­rine g/t/yu kodlar ve yalnızca UGA, kodon işlevi görür. Genetik kodonun (şifre sözcüğünün) kökeni bilinme­mekle birlikte, organizmaların çok büyük bir bölümün­de var olması, oluşumunun günümüzden 3 milyar yıl önceye uzandığını düşündürmektedir.

Aktarım RNA’sı (tRNA) özdeşliği: Her tRNA molekülü­nün, çeviri sürecinde oynadığı çok önemli iki rol vardır: Belirli bir aminoasite bağlanması; o aminoasiti, bir pro­tein içinde yerli yerine yerleştirmesi. tRNA’da her iki iş­lev için, bu görevi yerine getirmeye yardım edecek bir tanılama yerinin bulunması gerekir. Genetikçiler bir süredir, her tRNA üstündeki antiko-donun, genetik kod içindeki aminoasitlerden birtanesini şifreleyen özel bir haberci RNA (mRNA) kodonunun tümleyicisi olduğunu bilmektedirler. Bununla birlikte, tRNA ile hangi aminoasitin eşleşeceğini kararlaştıran ta­nıma merkezinin kimliğinin belirlenmesi, bunda rol oy­nayan bir kalıbın ya da “şifre”nin görülmemesi nede­niyle kolay değildir. En etkili düzen, her iki işleve yara­yan, böylece tRNA molekülün her iki görev için kimliği­ni belirleyen bir tanıma yeri bulunması olurdu. En kes­tirme sonuç, uygun aminoasitin seçilmesi için tanıma yeri olarak da işlev yapabilen tRNA antikodonu bulun­ması olurdu. Durumun, tRNA’ların yarısı için böyle ol­duğu sanılmaktadır; bunlarda tRNA kodonundaki bir değişmeye, tRNA’ya bağlanmak için seçilen aminoasit-teki bir değişme eşlik eder. Bununla birlikte, aminoasit tanıma yerinin tRNA mo­lekülünün başka bir yerinde bulunduğu başka tRNA’lar vardır. Aminoasitler için tRNA tanıma yerlerinin şifresini çözecek “ikinci bir genetik şifre”nin aranması çekici gelmekle birlikte, böyle bir şifre bulunmamaktadır.

Değşinim: DNA zincirinin baz dizilişi herhangi bir yolla değişirse, bir ya da birkaç gen kodunun farklı okunuşu, farklı proteinlerin yapımıyla sonuçlanır. Bu değişikliğe, değşinim (mütasyon) adı verilir. Değşinim, bazen orga­nizmanın görünüşünde ya da metabolizmasında bir değişiklik oluşmasıyla sonuçlanır. Bir değşinim, küçük ve nispeten önemsiz olabilir, ya organizmada ciddi bi­çim bozukluklarına ya da metabolizma eksikliklerine yol açabilir. Öte yandan, değşinimler, kuramsal olarak, bir türde evrime yol açan değişikliklerin nedenlerinden birini oluştururlar. Bu gibi değişmelerden biri, bir bazın başka bir bazın yerine geçmesi sonucu (baz değişmesi) özel kodonun değişmesiyle sonuçlanmasıdır. Başka bir tip değşinim, bir ya da daha çok nükleotitin DNA zincirine eklenme­siyle ya da DNA zincirinden eksilmesiyle sonuçlanır; bu, bir gen içindeki nükleotit sayısını değiştirir. İskelet-değişim değşinimi, bir eklenme-eksilme değşinim tipidir. Bu değşinimde, bütün gen dizilimi boyunca yer alan bazlar, yeni tripletler oluşacak biçimde yer değişti­rir. Yer değiştirme, genin değşinime uğramış kesimin­den şifrelenen mRNA’daki farklı bir tripletler dizilişine yol açar; bu da, üretilen polipeptit zincirinden değişik bir aminoasit dizisine yansır. Bu zincir aslında değşinim geçirmemiş DNA zincirinin ürettiği polipeptitten bütü­nüyle farklı olabilir. Araştırmacılar, kesintisiz bir DNA molekülü içinde bütün (bölütlenmemiş) bir geni bulunan bakterilerin ve öbür alt yapılı organizmaların tersine, üstün yapılı orga­nizmalarda bölütlenmiş bir niteleyici gen bulunduğunu anlamışlardır. “Ekson” adı verilen DNA şifreleyici bö-lütleri, “intron” adı verilen ve o proteinin herhangi bir aminoasitini şifrelemeyen kesimlerle birbirlerine bağ­lanmışlardır. Bütün gen, DNA’dan mRNA’ya şifrelenir, ardından enzimler molekülden intron başlatan bölüm­leri ayırırlar ve ekson başlatan bölümleri birbirine bağ­larlar.

Genetikçiler bölütlerdeki genetik şifrenin, özel­likle bir baz eklendiği ya da eksildiği zaman, şifrenin bü­tün dizilişini değiştirerek geniş değşinim olasılığını azalt­tığına inanmaktadır. Bir genin intronunu temsil eden DNA kesimi içinde, ilgili olmayan bir protein şifresinin bulunabileceği de belirlenmiştir.