Proteinsyntesen - vejen fra DNA til protein

Introduktion til og forklaring af proteinsyntese

For at forstå, hvad proteinsyntesen er, er det en god idé at starte med at forstå ordet proteinsyntese.

Det kan deles op i begreberne protein og syntese.

Hvad er proteiner?

Proteiner er lange kæder sat sammen af aminosyrer, og i dagligdagen møder vi dem ofte, når vi taler om at spise nok protein til at bygge store muskler. Proteiner har dog mange flere funktioner i kroppen.

Eksempler på proteiner som vi ofte møder, uden at tænke over det, kunne fx være laktase, der er grunden til, at vi kan tåle mælk, insulin der regulerer blodsukkeret og testosteron der er kønshormonet for mænd.

Hvad er en syntese?

I den naturvidenskabelige verden, er en syntese en reaktion eller proces der skaber et produkt - her i vores tilfælde, er produktet et protein.

DNA og RNA

Kort fortalt, er proteinsyntesen delt ind i to skridt, transskription og translation.

Her sker der en transskription af DNA til RNA og en translation af RNA til protein - dette kaldes det centrale dogme. DNA er bygget op af nukleotiderne A, T, C og G, hvor A & T laver baseparring, og C & G laver baseparring, hvilket kaldes baseparringsprincippet. Af al menneskets DNA, er det kun 2% der bruges til at lave vores 20.000 gener.

RNA minder meget om DNA, forskellen ser vi ved, at DNA er dobbeltstrengen, og RNA er enkeltstrenget, samt nukleotiderne i RNA er bygget op af ribose. I RNA et basen T thymin udskiftet med basen U uracil, begge laver baseparring til A adenin.

Når DNA er brudt op til to enkeltstrenge, kan RNA binde sig til det enkeltstrenget DNA.

Transskription

Ved en transskription af DNA til RNA, skal kun den ene DNA streng bruges. Som tidligere nævnt, er DNA dobbeltstrenget, og består desuden af en kodende streng og en skabelonstreng.

Under transskription benyttes skabelonstrengen til at lave en komplementærstreng til skabelonstrengen, hvilket vil svare til den kodende streng, ergo den komplementære RNA streng = den kodende DNA streng.

*Husk dog på, at thymin er udskiftet med uracil i RNA.

Transskriptionen forløber ved, at enzymet RNA-polymerase aflæser skabelonstrengen, og på den vis laver komplementærstrengen. For at RNA-polymerase kan starte transskriptionen, kræver det, at transskriptionsfaktorer, som kan beskrives som hjælpe-proteiner, binder sig til promotorområdet på DNA’et. På den måde hjælper transskriptionsfaktorerne RNA-polymerasen med at finde det område på DNA’et, hvor genet der skal udtrykkes, sidder placeret.

Efter RNA-polymerasen har bundet sig til genregionen, brydes hydrogenbindingerne mellem den kodende- og skabelonstreng. For enden af genet, sidder der en terminator, hvilket fortæller RNA-polymerasen, at genet er slut, hvorefter RNA-polymerasen frigiver sig fra DNA’et. Nu er der lavet præ-mRNA.

Hætter og haler

Inden vi kan lave proteiner, skal vores præ-mRNA ændres til mRNA. Det første skridt i denne proces kræver, at præ-mRNA’et bliver transporteret ud af cellekernen, og ud i cytoplasmaet.

Cytoplasmaet kan dog være et farligt sted for uvedkommende, derfor beskytter kroppen præ-mRNA’et ved at påsætte en hætte og hale.

Hætten består af en guanin nukleotide, der bliver påsat i 5’-enden af præ-mRNA’et. Halen er lavet en læng kæde adenin nukleotider, og bliver kaldt en poly-A hale - den bliver sat på i 3’-enden. Præ-mRNA’et består af en masse ikke protein-kodende dele, kaldet introns, og de protein-kodende dele, kaldet exons.

Introns bliver fjernet vha. et enzym der kaldes spliceosomer. Nu er mRNA’et klar til translation.

Translation

Efter hætten og halen er sat på mRNA’et, kan det komme ud i cytoplasmaet. Her er det klar til at blive oversat til et protein. Når mRNA’et skal oversættes til protein, læses det altid 3 baser ad gangen, hvilket kaldes triplets eller codons, hvor hvert codon koder for en aminosyre.

Idet der findes 4 baser i RNA, AUCG, og codons aflæses tre ad gangen, må der findes $4^3$ forskellige codons, ergo 64 stk, hvoraf 61 af dem koder for aminosyrer. Der findes dog kun 20 aminosyrer, hvilket betyder, at forskellige kombinationer koder for de samme aminosyrer.

Fælles for alle proteiner er, at de starter med det samme codon, nemlig AUG, hvilket koder for aminosyren methionin, hvliket kaldes for et start-codon. Fælles for alle ender af proteiner er, at der sidder et stop-codon, hvilket kan bestå af koden UAA, UAG eller UGA - disse tre codons koder ikke for aminosyrer. Alle disse codons kaldes for den genetiske kode.

Ved transskriptionen var det RNA-polymerase der stod for at aflæse DNA’et, ved translationen er det ribosomet der klarer opgaven.

Et ribosom består af en stor og lille del, hvor den lille del starter translationen ved at binde sig til start-codon’et, AUG. Herefter kommer et transport-RNA, tRNA, med den tilsvarende aminosyre, hvilket i det første tilfælde altid er methionin.

Et tRNA er opbygget af baser, og hænger på den måde sammen vha. baseparringsprincippet. Det første tRNA skal altid transportere AUG, da det er forudbestemt pga. reglen om start-codon, tRNA’ets bindingssted har derfor AUG bundet her. For at tRNA kan binde sig til mRNA, består tRNA’et også af et såkaldt anti-codon til den aminosyre tRNA’et transporterer. Dette anti-codon vil derfor bestå af UAC, da det er den komplementære genetiske kode til start-codon’et AUG.

Efter den lille del af ribosomet har bundet sig til AUG, start-codon, og tRNA har transporteret den første aminosyre, methionin, binder den store del af ribosomet sig.

Nu er processen i gang, og det næste tRNA kommer med den næste aminosyre, hvorefter alle aminosyrerne bliver bundet sammen i kronologisk rækkefølge. Denne proces fortsætter indtil ribosomet møder et af de tre stop-codons. Nu er en lang række af aminosyrer sat sammen, hvilket kaldes en polypeptidkæde.

Inden proteinet er helt færdigt, sker der ofte lidt ændringer til polypeptidkæden. Det kunne eksempelvis være, at flere identiske polypeptidkæder sættes sammen til en kvarternærstruktur, at polypeptidkæden får bundet lipider eller carbohydrater, hvilket ville danne lipoproteiner og glycoproteiner eller at dele af polypeptidkæden klippes væk, som er tilfældet for insulin. Vi har nu gennemgået, hvordan man går fra DNA til protein, hvilket kaldes proteinsyntesen.

Er du interesseret i at vide mere om proteinsyntese, kan du se nedenstående video fra Restudy.

Du kan også altid få lektiehjælp i de naturvidenskabelige fag af den dygtig mentor.