8.2 Gener og proteinsyntese

Fra oppskrift til produkt

I forrige kapittel lærte vi at DNA er livets oppskriftsbok. Men en oppskrift alene lager ingen kake. Noen ma lese oppskriften, samle ingrediensene og sette det hele sammen. I cellen er det proteinene som gjor det meste av arbeidet -- de er cellens kokker, murere, budbringere og vakter.

Sa hvordan gar cellen fra DNA-oppskrift til ferdig protein? Svaret er en prosess som kalles proteinsyntese, og den folger det som biologer kaller det sentrale dogme i molekylaerbiologien: informasjon flyter fra DNA til RNA til protein.

Tenk pa det slik: DNA er originaldokumentet som ligger trygt innelast i cellekjernen. Cellen lager en kopi -- kalt mRNA (budbringer-RNA) -- som fraktes ut av kjernen til cellens proteinfabrikker. Der leses kopien, og proteinet bygges.

Prosessen har to hovedsteg. Forst transkripsjon, der DNA kopieres til mRNA inne i cellekjernen. Deretter translasjon, der mRNA leses av og oversettes til protein ved ribosomene ute i cytoplasmaet. La oss se nærmere pa hvert steg.

Transkripsjon -- a skrive av oppskriften

Ordet "transkripsjon" betyr a skrive om, og det er nettopp det som skjer. Cellen lager en RNA-kopi av den delen av DNA-et som inneholder genet den trenger.

Her er hvordan det gar til: Enzymet RNA-polymerase binder seg til starten av genet, i et omrade som kalles promotoromradet -- en slags "start her"-markering. DNA-dobbelheliksen apnes, og RNA-polymerase leser av den ene DNA-traden. For hvert nukleotid den leser, setter den inn et komplementært nukleotid i den voksende mRNA-traden.

Men vent -- RNA er ikke helt likt DNA. Det finnes tre viktige forskjeller. For det forste bruker RNA basen uracil (U) i stedet for tymin (T). Sa nar RNA-polymerase leser A i DNA, setter den inn U i RNA (ikke T). For det andre har RNA sukkeret ribose i stedet for deoksyribose. For det tredje er RNA enkelttredet, ikke en dobbelheliks.

Baseparingsreglene ved transkripsjon er altsa: A i DNA gir U i RNA, T i DNA gir A i RNA, G gir C, og C gir G.

Nar mRNA-traden er ferdig, forlater den cellekjernen gjennom kjerneporer -- sma apninger i kjernemembranen -- og reiser ut til cytoplasmaet der ribosomene venter. mRNA-et er budbringeren som bringer oppskriften fra DNA-arkivet til proteinfabrikken.

Den genetiske koden -- livets ordbok

For vi ser pa neste steg, ma vi forstå noe viktig: hvordan leser cellen mRNA-et? Svaret ligger i den genetiske koden -- en slags ordbok som oversetter fra nukleotidsprak til aminosyresprak.

Koden leses i grupper pa tre baser om gangen. Hver slik trebasersgruppe kalles et kodon. Hvert kodon koder for en bestemt aminosyre -- byggesteinene som proteiner er laget av. Med fire ulike baser og tre posisjoner i hvert kodon far vi 4 x 4 x 4 = 64 mulige kodoner. Siden det bare finnes 20 ulike aminosyrer, betyr dette at flere kodoner kan kode for samme aminosyre. Denne egenskapen gjor koden degenerert -- et matematisk uttrykk som betyr "flertydig".

Det finnes noen spesielle kodoner. AUG er startkodonet -- det signaliserer bade "start lesingen her" og koder for aminosyren metionin. Tre kodoner -- UAA, UAG og UGA -- er stoppkodoner som signaliserer at proteinet er ferdig. De koder ikke for noen aminosyre.

Noe av det mest forbausende med den genetiske koden er at den er nesten universell. Fra bakterier til mennesker, fra planter til sopp -- nesten alle levende organismer bruker den samme koden. UUU betyr fenylalanin for en bakterie, en plante og et menneske. GCA betyr alanin overalt. Denne universaliteten er et av de sterkeste bevisene for at alt liv pa jorden har felles opphav.

Translasjon -- proteinets fødsel

Na er vi klare for det siste steget: translasjon, der mRNA-et oversettes til et protein. Ordet betyr "oversettelse", og det er nettopp det som skjer -- informasjonen oversettes fra nukleotidenes sprak til aminosyrenes sprak.

Translasjon skjer ved ribosomene -- cellens proteinfabrikker. Ribosomer finnes ute i cytoplasmaet, enten fritt svevende eller festet til det endoplasmatiske retikulum. Utover ribosomet og mRNA-et trenger vi en tredje hovedaktoe: tRNA (transfer-RNA). Tenk pa tRNA som en kurerstjeneste. Hvert tRNA-molekyl har to viktige egenskaper: pa den ene enden bærer det en bestemt aminosyre, og pa den andre enden har det et antikodon -- tre baser som passer til et bestemt kodon pa mRNA-et.

Slik gar translasjon: mRNA-traden binder seg til ribosomet. Ribosomet leser det forste kodonet (AUG -- startkodonet). Et tRNA med antikodon UAC ankommer, og det bærer med seg aminosyren metionin. Sa beveger ribosomet seg videre til neste kodon, et nytt tRNA med riktig antikodon ankommer og bringer sin aminosyre. Aminosyrene kobles sammen med peptidbindinger -- sterke kjemiske bindinger. Ribosomet fortsetter slik, kodon for kodon, og bygger aminosyrekjeden lengre og lengre.

Nar ribosomet nar et stoppkodon (UAA, UAG eller UGA), finnes det ikke noe tRNA som passer. Da stopper prosessen, og den ferdige proteinkjeden frigjores. Proteinkjeden folder seg sa til sin unike tredimensjonale form -- og nettopp formen bestemmer funksjonen. Et ferdig protein kan være et enzym, et hormon, et strukturprotein eller noe helt annet.

Oppsummering

I dette kapittelet har vi fulgt informasjonsfloyten fra DNA til ferdig protein -- det som kalles det sentrale dogme: DNA til RNA til protein.

Transkripsjon er det forste steget. I cellekjernen leser enzymet RNA-polymerase av DNA-traden og bygger en komplementær mRNA-trad. RNA skiller seg fra DNA ved at det bruker uracil (U) i stedet for tymin (T), har ribose i stedet for deoksyribose, og er enkelttredet. mRNA-et fraktes ut av cellekjernen gjennom kjerneporer.

Den genetiske koden er systemet som oversetter fra baser til aminosyrer. Tre baser (et kodon) koder for en aminosyre. Det finnes 64 kodoner for 20 aminosyrer, sa koden er degenerert. AUG er startkodonet (metionin), mens UAA, UAG og UGA er stoppkodoner. Koden er nesten universell -- den brukes av nesten alle levende organismer.

Translasjon skjer ved ribosomene i cytoplasmaet. tRNA frakter aminosyrer til ribosomet, der antikodonene matcher kodonene pa mRNA. Aminosyrene kobles sammen med peptidbindinger, og nar et stoppkodon nas, frigjores den ferdige proteinkjeden som folder seg til sin tredimensjonale form.