Kontakta författare

Proteinsyntes

En översikt över de två stadierna i proteinproduktionen: Transkription och översättning. Liksom så många saker i biologi, är dessa processer både fantastiskt enkla och fantastiskt komplicerade

Vad är proteiner?

  • Vad är proteiner? (Del 2 av 3 Att göra och bryta proteiner)
    Vad är en polypeptid? Vad är den degenererade triplettkoden?
  • Vad är proteiner? (Del 3 av 3 struktur)
    Hur är form relaterad till funktion? Hur påverkar primärstrukturen tertiär struktur?

Proteinproduktion

Proteiner är grundläggande för livet på jorden. De kontrollerar alla biokemiska reaktioner, tillhandahåller struktur till organismer och transporterar viktiga molekyler som syre och koldioxid och försvarar till och med organismen som antikroppar. Processen för att avkoda instruktionerna i DNA för att framställa RNA, som i sin tur avkodas för att skapa ett specifikt protein är känt som den centrala dogmen i molekylärbiologi.

Den här artikeln tittar på hur denna centrala dogma spelar ut. Om du inte är bekant med triplettkoden eller med strukturen hos proteiner kan du titta på länkarna.

Proteinuttryck

Det finns mer än 200 olika celltyper i våra kroppar. Skillnaderna mellan celler i en multicellulär organism uppstår skillnader i genuttryck, inte från skillnader i cellernas genom (med undantag av antikroppsproducerande celler).

Under utvecklingen skiljer celler sig från varandra. Under denna process finns det ett antal regleringsmekanismer som slår på och stänger av gener. Som gener kodar för ett specifikt protein, genom att slå på och stänga av gener, kan organismen kontrollera proteinerna som tillverkas av dess olika celler. Detta är mycket viktigt - du vill inte ha en muskelcell som utsöndrar amylas och du vill inte att dina hjärnceller ska börja skapa myosin. Denna reglering av gener styrs av cell-cellkommunikationer

Denna analogi kan hjälpa: Tänk dig att du målar ditt hus på natten - du behöver mycket ljus så slå på alla lamporna i ditt hus. När du är färdig med målningen vill du titta på TV i loungen. Ditt syfte har nu förändrats och du vill att belysningen (genuttryck) ska passa ditt syfte. Du har två alternativ:

  1. Stäng av lamporna med ljusbrytare (ändra genuttrycket)
  2. Skjut ut lamporna du inte behöver (ta bort gener och mutera DNA)

Vilken skulle du välja? Det är säkrare att stänga av lamporna, även om du aldrig vill sätta på dem igen. Genom att skjuta ut ljuset riskerar du skador på huset; genom att ta bort en gen du inte vill riskerar du att skada gener du vill.

Transkription

En sammanfattning av alla processer som utgör Transkription |

Nyckelord

Aminosyra - byggstenarna för proteiner; det finns 20 olika typer

Codon - en sekvens av tre organiska baser i en nukleinsyra som kodar för en specifik aminosyra

Exon - Kodningsregion för eukaryot gen. Delar av genen som uttrycks

Gen - en DNA-längd som består av ett antal kodoner; koder för ett specifikt protein

Intron - Icke-kodande region av en gen som separerar exoner

Polypeptid - en kedja av aminosyror förenade med en peptidbindning

Ribosom - en cellulär organell som fungerar som en proteinbearbetande arbetsbänk.

RNA - ribonukleinsyra; en nukleinsyra som fungerar som en budbärare som bär information från DNA till ribosomerna

Förlängning av en RNA-sträng. Transkription är väl igång: du kan tydligt se hur kompletterande basparparregler dikterar sekvensen för baser i den växande RNA-strängen.

Transkription

Proteinproduktion står inför ett antal utmaningar. Huvudsakligen bland dessa är att proteiner produceras i cytoplasma i cellen, och DNA lämnar aldrig kärnan. För att komma runt detta problem skapar DNA en budbärarmolekyl för att leverera sin information utanför kärnan: mRNA (messenger RNA). Processen att tillverka denna messenger-molekyl kallas transkription och har ett antal steg:

  1. Initiering: Den dubbla spiralen av DNA avviks av RNA Polymeras, som dockar på DNA i en speciell sekvens av baser ( promotor )
  2. Förlängning: RNA-polymeras rör sig nedströms och avlindar DNA: t. När den dubbla helixen avrullar, fäster ribonukleotidbas (A, C, G och U) sig vid DNA-mallsträngen (strängen som kopieras) genom komplementär basparning.
  3. RNA-polymeras katalyserar bildningen av kovalenta bindningar mellan nukleotiderna. I kölvattnet av transkription rekyler DNA-strängar in den dubbla helixen.
  4. Avslutning: RNA-transkriptet frisätts från DNA, tillsammans med RNA-polymeraset.

Nästa steg i transkriptionen är tillsatsen av en 5'-keps och en poly-A-svans. Dessa delar av den färdiga RNA-molekylen översätts inte till protein. Istället:

  1. Skydda mRNA från nedbrytning
  2. Hjälp mRNA att lämna kärnan
  3. Förankra mRNA till ribosomen under översättning

Vid denna tidpunkt har en lång RNA-molekyl gjorts, men detta är inte slutet på transkriptionen. RNA-molekylen innehåller sektioner som inte behövs som en del av proteinkoden som behöver tas bort. Det här är som att skriva alla andra stycken i en roman i wingdings - dessa avsnitt måste tas bort för att berättelsen ska vara meningsfull! Även om förekomsten av introner verkar otroligt slösande kan ett antal gener ge upphov till flera olika proteiner, beroende på vilka sektioner som behandlas som exoner - detta kallas alternativ RNA-skarvning. Detta tillåter ett relativt litet antal gener att skapa ett mycket större antal olika proteiner. Människor har knappt dubbelt så många gener som en fruktfluga, och kan ändå göra många gånger fler proteinprodukter.

Sekvenser som inte behövs för att framställa ett protein kallas introner ; sekvenserna som uttrycks kallas exoner . Intronerna skärs ut av olika enzymer och exonerna splitsas samman för att bilda en komplett RNA-molekyl.

Det andra steget av proteinöversättning - förlängning. Detta inträffar efter initiering, där startkodonet (alltid AUG) identifieras på mRNA-kedjan. |

Översättning

När mRNA har lämnat kärnan riktas det till en ribosom för att konstruera ett protein. Denna process kan delas upp i 6 huvudstadier:

  1. Initiering: Ribosom fäster vid mRNA-molekylen vid startkodonet. Denna sekvens (alltid AUG) signalerar början av genen som ska transkriberas. Ribosomen kan omsluta två kodoner åt gången
  2. tRNA: er (överför RNA) fungerar som kurirer. Det finns många typer av tRNA, var och en komplementär till de 64 möjliga kodonkombinationerna. Varje tRNA är bundet till en specifik aminosyra. Eftersom AUG är startkodonet, är den första aminosyran som ”kureras” alltid metionin.
  3. Förlängning: stegvis tillsats av aminosyror till den växande polypeptidkedjan. Nästa aminosyra-tRNA binds till det intilliggande mRNA-kodonet.
  4. Bindningen som håller tRNA och aminosyran samman bryts och en peptidbindning bildas mellan de intilliggande aminosyrorna.
  5. Eftersom Ribosomen bara kan täcka två kodoner åt gången, måste den nu blandas ner för att täcka ett nytt kodon. Detta släpper det första tRNA som nu är gratis att samla in en annan aminosyra. Stegen 2-5 upprepas längs hela mRNA-molekylens längd
  6. Avslutning: När polypeptidkedjan förlängs, skalar den bort från ribosomen. Under denna fas börjar proteinet vikas in i dess specifika sekundära struktur. Förlängningen fortsätter (kanske för hundratals eller tusentals aminosyror) tills ribosomen når en av tre möjliga stoppkodoner (UAG, UAA, UGA). Vid denna punkt dissocieras mRNA från ribosomen

Detta verkar vara en lång utdragen process, men som alltid biologi hittar en lösning. mRNA-molekyler kan vara extremt långa - tillräckligt långa för att flera ribosomer ska fungera på samma mRNA-sträng. Detta innebär att en cell kan producera massor av kopior av samma protein från en enda mRNA-molekyl.

Post Translational Modifications

Ibland behöver ett protein lite hjälp för att fälla in den nödvändiga tertiära strukturen. Modifieringar kan göras efter translation med enzymer såsom metylering, fosforylering och glykosylering. Dessa modifieringar tenderar att ske i Endoplasmic Reticulum, med några få i Golgi Body.

Post-translationell modifiering kan också användas för att aktivera eller inaktivera proteiner. Detta tillåter en cell att lagra ett visst protein, som bara blir aktivt när det krävs. Detta är särskilt viktigt i fallet med vissa hydrolytiska enzymer, vilket skulle skada cellen om det lämnas att göra upplopp. (Alternativet till detta är förpackning i en organell som en Lysosom)

Modifieringar efter översättning är domänen för eukaryoter. Prokaryoter behöver (till stor del) inte någon störning för att hjälpa deras proteiner att vikas in i en aktiv form.

Proteinproduktion på 180 sekunder

Var nästa? Transkription och översättning

  • DNA-RNA-Protein
    Nobelprize.org, Nobels pris officiella webbplats, förklarar översättning genom en serie interaktiva diagram
  • Översättning: DNA till mRNA till protein | Lär vetenskap på Scitable
    Gener kodar för proteiner, och instruktionerna för att tillverka proteiner avkodas i två steg. Scitable-teamet ger återigen en fantastisk resurs som är lämplig upp till undergradsnivå
  • DNA-transkription | Lär vetenskap på Scitable
    Processen att göra en ribonukleinsyra (RNA) -kopia av en DNA-molekyl (deoxyribonucleic acid), kallad transkription, är nödvändig för alla livsformer. En djup undersökning av undergradsnivå av transkription

© 2012 Rhys Baker