DNA till protein

Vad är en kromosom?

Kromosomerna kan betraktas som den mest tätpackade formen av DNA.

Prokaryoter har vanligtvis endast en kromosom, som ofta har cirkulär form. Strukturen hos denna kromosom är enklare än hoseukaryoter.

Hos eukaryoter består varje kromosom av en DNA-tråd som är lindad kring proteiner av olika typer som kallas histoner. Den exakta formen för hur DNA-tråden är lindad och packad varierar under cellens olika faser. Vid mitosen är DNA:t maximalt packat och det är vid denna fas som kromosomerna kan urskiljas i mikroskop – en relativt vanlig laboration i högstadieskolor är att titta på kromosomerna i rottrådarna hos en lök. DNA:t och proteinerna, i dess olika former av kondensation, brukar med gemensamt namn kallas för kromatin. Varje ände på en kromosom avslutas med en telomer, och i mitten sitter en centromer som också förenar de två kromatiderna i kromosomen. I akrocentriskakromosomer sitter centromeren inte i mitten, utan nära ena änden.

Bakterier: Polyaminer? 

Cellen behöver alltså polyaminer för att proliferera, men man vet inte vad polyaminerna har för funktioner. I ett forskningsprojekt utreder vi polyaminernas funktion i prolifererande celler.

Man vet bland annat att polyaminerna stabiliserar DNA-molekylen. Man vet också att DNA bryts ner vid programmerad celldöd. Kanske är det så att nedbrytningen av polyaminer har en reglerande funktion vid programmerad celldöd. Denna möjlighet undersöker vi i ett annat projekt.

Cellen behöver alltså polyaminer för att proliferera, men man vet inte vad polyaminerna har för funktioner. I ett forskningsprojekt utreder vi polyaminernas funktion i prolifererande celler.

Man vet bland annat att polyaminerna stabiliserar DNA-molekylen. Man vet också att DNA bryts ner vid programmerad celldöd. Kanske är det så att nedbrytningen av polyaminer har en reglerande funktion vid programmerad celldöd. Denna möjlighet undersöker vi i ett annat projekt.

DNA's struktur:

 DNA-dubbelhelixen är uppbyggd av 4 olika sorters nukleotider. En nukleotid består av en fosfatenhet, en pentosenhet och en kvävebas (A,T,G,C).

Nukelotiderna kopplas samman genom att 3´kolets hydroxylgrupp kopplas till nästa nukleotids fosfatgrupp (som sitter på 5´kolet). Det bildas en diesterbrygga mellan deoxiriboserna.




DNA-strängen byggs alltid i 5´till 3´riktning.

Ryggraden i kedjan är hydrofil. Fosfatgrupperna är vid biologiskt pH negativt laddade och DNA agerar som en syra. De negativa laddningarna är vanligtvis neutraliserade genom joninteraktioner med positiva proteiner, metalljoner och polyaminer.

I DNA-dubbelhelixen är kvävebaserna specifikt sammankopplade genom vätebindningar mellan A-T och G-C, vinkelrätt mot helixens sträckning. 

För att få plats i cellkärnan är DNA-strängen lindad runt histoner (kärnproteiner). Ca 140 baspar viras runt en kärna av 8 histoner som tillsammans bildar grupper kallade nukleosomer. Nukleosomerna bildar kompakta spiralvridna tjockare trådar, kromatinfibrer. DNA har då packats så tätt att kromatinfiberns längd bara är ca 1/30 av DNA-molekylens totala längd. Vid celldelning replikeras DNA och kromatinfibrerna bildar kompakta kroppar som kallas kromosomer, som delas till två kromatider.

Skelett med socker och fosfat..med nukleotider ATCG

Består av deoxinukleotider.

RNA's struktur:

Ribonukleinsyra, som förkortas RNA (av engelskans ribonucleic acid), är en makromolekyl som finns i alla levandeorganismer. Hos levande celler finns det genetiska materialet i form av den besläktade, mer stabila molekylen dna, medan RNA återfinns i mer kortlivade molekyler. En del virus har sitt genom uppbyggt av ribonukleinsyra, exempelvis hiv.

Molekylen är uppbyggd som en kedja av sammankopplade nukleotider. Varje nukleotid består av en sockermolekyl, ribos, en fosfatgrupp och en kvävebas som kan vara av fyra olika slag. I RNA betecknas kvävebaserna med första bokstaven i namnen: A för adenin, U för uracil, G för guanin och C för cytosin. RNA-molekylen är oftast enkelsträngad, till skillnad från dna-dubbelspiralen som består av två kedjor.

Olika typer av RNA har olika biologiska funktion. De vanligaste formerna av RNA är:

1. mRNA, budbärar-rna, på engelska messenger-RNA. Såndant rna är ett steg på vägen i informationsöverföringen frången till protein. Budbärar-rna överför informationen om hur proteinet ska byggas upp från cellkärnans arvsmassa tillribosomerna ute i cytoplasman, där proteinerna tillverkas.
2. rRNA, ribosom-rna, som tillsammans med olika proteiner bygger upp ribosomerna.
3. tRNA, transport-rna, som kopplar sig till aminosyrorna och transporterar dem till proteintillverkningen i ribosomerna. Det finns en transport-rna-variant för varje typ av aminosyra.
4. RNAi, rna-interferens, är en typ av RNA som verkar ha betydelse för reglering av genernas aktivitet genom att förena sig med budbärar-rna och hindra den genetiska informationen att nå ribosomerna och proteinsyntesen där.

Vad är ett genom?

Hela arvsmassan- alla möjliga varianter

Genom är inom genetiken beteckningen på en organisms ärftliga information kodad i DNA, det vill säga den fullständiga DNA-sekvensen i en uppsättning av organismens olikakromosomer (eller vad gäller vissa virus, RNA-sekvens). Hos människan och andra högre organismer motsvarar detta det genetiska materialet i alla celler utom könscellerna. 

Vad är en gen?

Genen är en enhet för information om ärftliga egenskaper, som ärvs från föräldrar till avkomman. En biologisk gen är en sekvensav DNA, som i allmänhet kodar för ett visst protein; genen är ett slags recept på ett visst protein. Människan har ungefär 30 000 olika gener i varje cell. En gen består av en viss sekvens nukleotider som genom den genetiska koden beskriver en sekvens avaminosyror, vilka i sin tur bygger upp ett protein. Informationen i DNA-molekylen översätts, transkriberas, till olika former av RNAsom styr tillverkningen, syntesen av proteinet i cellens ribosomer. Ibland räknas även vissa DNA-sträckor som har regulatoriska funktioner, det vill säga bestämmer när det ska tillverkas protein och hur mycket, till genen.

Hos vissa virus består generna ibland av RNA-segment istället för DNA. Dessa RNA-gener utgör antingen direkt ett underlag förproteinsyntesen i värdcellen som viruset infekterat, eller så, som hos retrovirus, måste informationen i virusets RNA först översättas till DNA innan det kan användas för proteintillverkning. I vissa fall är inte genens slutprodukt ett protein, utan det stannar på RNA-stadiet. Detta förekommer främst i RNA-molekyler som ingår i enzymer som kallas ribozymer, och i vissa av cellens organeller såsom ribosomerna.

Några typer av RNA som bildas från gener:

mRNA, rRNA, tRNA, spliceRNA osv.

1. mRNA, budbärar-rna, på engelska messenger-RNA. Såndant rna är ett steg på vägen i informationsöverföringen frången till protein. Budbärar-rna överför informationen om hur proteinet ska byggas upp från cellkärnans arvsmassa tillribosomerna ute i cytoplasman, där proteinerna tillverkas.
2. rRNA, ribosom-rna, som tillsammans med olika proteiner bygger upp ribosomerna.
3. tRNA, transport-rna, som kopplar sig till aminosyrorna och transporterar dem till proteintillverkningen i ribosomerna. Det finns en transport-rna-variant för varje typ av aminosyra.
4. RNAi, rna-interferens, är en typ av RNA som verkar ha betydelse för reglering av genernas aktivitet genom att förena sig med budbärar-rna och hindra den genetiska informationen att nå ribosomerna och proteinsyntesen där.

Beskriv den genetiska koden:

Bastripletter som kodar för aminosyra

Den genetiska koden beskriver hur en sekvens av nukleotid-baser i en DNA-molekyl eller RNA-molekyl skall översättas till en sekvens av aminosyror i ett protein. Nästan alla organismer använder samma översättningstabell vid tillverkningen av proteiner, och i de fall som avvikelser finns är dessa endast av mindre omfattning.

Start för replikation : ORI

Start för Transkription- TATA-box

Start för Translation- AUG

Vad är en mutation?

förändring på en gen/DNA 

Vad är ett protein?

kedjor av aminoryror- alfahelix m.m- kan se ut hur som helst

Proteinets Uppgifter?

Substrat, stöd, transport, kanal enzym m.m

Vad är en lipid?

Lipider är inom kemin ett samlingsnamn på en stor grupp ämnen bestående av fetter och fettliknande ämnen. Själva definitionen av en lipid är otydlig och vag men det omfattar vanligtvis ämnen från levande organismer som är lösliga i opolära lösningsmedel och olösliga i vatten. Det är således främst ämnets fysiska egenskaper och biologiska förekomst som avgör huruvida ämnet är en lipid eller ej.

Uppgifter:

Isolera, energi, membran, hormon, kolesterol,----INTE ENZYM

Replikation:

Replikation eller replikering är den process som dubblerar DNA-molekylen vidcelldelningen så att en kopia av molekylen kan hamna i varje dottercell. På så sätt förs den genetiska informationen vidare från cellgeneration till cellgeneration.

Replikationen är en omfångsrik och komplex process. Flera olika enzymer deltar i reaktionerna för att duplicera DNA-molekylerna. I dessa reaktioner krävs både snabba och exakta metoder vilket uppfylls genom att en rad olika enzymer verkar tillsammans.

DNA-molekylen ligger normalt som en dubbel helix med de två strängarna i spiralen hopkopplade med vätebindningar. För att replikation ska kunna ske, måste dubbelhelixen först rätas ut och vätebindningarna mellan nukleotiderna i de båda kedjorna, strängarna (på engelska strand), brytas. Detta sker under inverkan av enzymethelikas. Det bildas då en öppning i dubbelhelixen, en "replikationsgaffel" (replication fork) uppstår. För att de separerade nukleotid-sekvenserna inte åter ska bindas samman, verkar proteinet SSB (Single Stranded Binding protein).

Vid replikationsgaffeln är det då möjligt för enzymerna DNA-polymeras och DNA-primasatt börja skapa den nya dottersträngen. Enzymet DNA-primas skapar en primer som blir en utgångspunkt för DNA-polymeraset. Primern fungerar som riktmärke för att DNA-polymeras ska kunna binda nukleotiderna som bygger dottersträngen, på föräldrasekvensen. Den plats där replikationen börjar kallas ori ("origin of replication") och kring varje ori separeras de två strängarna och en replikationsbubbla bildas. Enzymet DNA-polymeras ser till så att de nukleotider som byggs ihop till den nya nukleotid-kedjan matchar de som finns på den redan existerande kedjan, så att det bildas en komplementär kopia.

DNA-polymeraset kan bara bygga nukleotid-strängar i en molekylär riktning, från 5'-änden till 3'-änden. Med detta menas att fosfatgruppen bunden till kolatom 5’ i den existerande nukleotiden bildar en fosfodiester-bindning med kolatom 3’ i nukleotiden som läggs till. De två strängarna i DNA-spiralen är motriktade, antiparallella, så att den ena har 5'-änden där den andra har 3'-änden. Man säger att DNA-polymeras läser av den befintliga strängen i riktningen 3’ till 5’. Eftersom den nybildade strängen är antiparallell mot den gamla byggs den i riktningen från 5’ till 3’.

Detta gör att DNA-polymeras på den ena strängen kan arbeta kontinuerligt mot replikationsgaffelns delningspunkt och flytta fram i den takt strängarna delar sig. Men på den andra strängen arbetar DNA-polymeras i riktning bort från replikationspunkten. Därför måste polymeraset vänta tills ett litet avsnitt av DNA frilagts. Då kan det börja kopiera. Men snart kommer polymeraset tillbaka till det avsnitt som kopierades tidigare. Då upphör kopieringen av detta avsnitt.

Kopieringen av denna andra kedja (som på engelska kallas "the lagging strand", till skillnad från första som kallas "the leading strand") sker alltså i bitar och delvis parallellt genom att flera RNA-primas och DNA-polymeras arbetar samtidigt. Dessa DNA-bitar, som hos eukaryoter kan vara 100 till 200 nukleotider långa och hos prokaryoter 1000 till 2000 nukleotider långa, kallas Okazakifragment. Fragmenten byggs inte sammanhängande av DNA-polymeras utan sammanfogas i ett senare steg av ett DNA-ligas.

Efter replikation korrekturläses kopian mot originalet, och flera olika system, t.ex. Base excision repair och Mismatch repair, finns för att korrigera eventuella felaktigheter.

[redigera]Eukaryot replikation

Eukaryot replikation är kopplad till cellcykeln och avslutas innan celldelningsfasen (mitosen). Det eukaryota genomet har flera tiotusentals "origin of replication" (ori) varifrån replikationen startar genom att ett origin of recognition complex binder och initierar etableringen av två replikationsgafflar. Cdc6 och cdt1 laddar MCM-helikas som smälter strängarna. Ett RFC-clamp-loader-protein attraherar processivitetsfaktorn PCNA som har formen av en torus. RPA stabiliserar singelsträngarna. På "leading strand" bygger DNA-polymeras α en RNA-primer på 20 nukleotider varvid DNA-polymeras ε tar vid och börjar DNA-syntesen. På "lagging strand" sker syntesen i okazaki-fragment, snuttarna syntetiseras av DNA-polymeras δ som hoppar fram och tillbaka i den ögla som bildas på den sträng som diskontinuerligt syntetiseras i riktning 3'-5'. δ och ε ges processivitet av PCNA. FEN-1 ersätter RNA-primerna med DNA och ligas 1 fogar ihop dem.

[redigera]Prokaryot replikation

Prokaryot replikation är kopplad till bakteriens tillväxt. Den initieras av proteinet dnaA som binder till en nonamerregion i ori. För start krävs att den har atp påkopplat, det vill säga att den är aktiverad. Väl på ori bildar den en hexamer. En 13-mer region i ori består av A-T-kvävebaspar och har svagare basparning vilket underlättar replikationsstart. Ett helikas,dnaB laddas på av dnaC. Efter smältning av DNA:t stabiliserar SSB enkelsträngarna. Leading strand (5'-3') syntetiseras kontinuerligt och lagging strand (3'-5') i Okazaki-fragment, liksom hos eukaryoter. Primas gör en primer, och syntes sköts av DNA-polymeras 3 som bland annat består av de syntesaktiva subenheterna α, θ och ε. β² fungerar som processivitetsfaktor (jämför PCNA hos eukaryoter). DNA-polymeras 1 ersätter primern med DNA och ligas fogar ihop.

REPLIKATIONEN BÖRJAR I ORI!!!!!!!

DET KRÄVS ENERGI FÖR ATT REPLIKATIONEN SKA KUNNA GENOMFÖRAS!!!

CAPPING!!!

Transkriptionen:

Transkriptionen är kemiskt en ganska likartad process som replikationen av DNA. Vid transkriptionen tillverkas en RNA-molekyl, som är komplementär till den ena DNA-strängen.
Tre olika RNA-molekyler tillverkas:
1. messenger RNA (mRNA)
2. transfer RNA (tRNA)
3. ribosomalt RNA (rRNA).
1. mRNA används som mall (templat) för translationen vid proteinsyntesen.
2. tRNA hämtar de rätta amninosyrorna, som behövs för translationen vid proteinsyntesen.
3. rRNA bildar tillsammans med proteiner ribosomer, som fungerar som motorer för translationen.

         

Översätt bild: transkriptionens riktning
Enzymet RNA-polymeras vecklar ut korta stumpar av DNA-dubbelhelixmolekylen och använder den ena strängen som templatsträng (= mall) för syntes av en RNA-molekyl. Den DNA-sträng, som används som templatsträng, kallas (-)-sträng och den kodande strängen kallas (+)-sträng (i den kodande strängen är basordningen samma som i den blivande RNA-molekylen). Till skillnad från DNA-polymeras, behöver RNA-polymeras ingen primer utan kan starta RNA-syntesen direkt med hjälp av DNA och nukleotiderna (A, U, C, G). RNA-polymeras behöver emellertid speciella DNA-sekvenser, promotorer, där polymeraset binds.

Transkriptionen regleras av en mängd olika transkriptionsfaktorer. På detta sätt förmår cellen producera de rätta RMA-molekylerna i de rätta mängderna och vid den rätta tidpunkten. Transkriptionen fortgår tills RNA-polymeras möter en DNA-sekvens, som får polymeraset att lossna från DNA-strängen. RNA-molekylens sekundärstruktur är i vissa fall ansvarig för att den lossnar från DNA-strängen. Den förlångsammar nämligen polymerasets aktivitet.

Efter transkriptionen omvandlas RNA-molekylerna vidare. I eukaryota celler innehåller RNA-molekylerna, som behövs för proteinsyntesen, speciella introner= icke kodande områden, som klipps bort genom splitsning innan proteinsyntesen kommer i gång.

Det område som vi berör här är transkription av proteinkodande sekvenser hos eukaryota organismer.  Den absolut vanligaste reglermekanismen för transkription sker vid initieringen. Reglerande transkriptionsfaktorer binder ofta in till områden som ligger långt ifrån den del av genen som skall transkriberas. Den reglerande delen av en gen kallas för promotor och innehåller oftast en sk TATA-box till vilken TATA-bindande proteiner (TBP och TAF:s) binder.

Ett flertal regulatorer av denna inbindning kan antingen aktivera eller inhibera initieringen av transkription. När det TATA-bindande komplexet är på plats kan RNA-polymeras II binda in och transkriptionen börja. Att transkriptionen väl börjat innebär inte att transkriptions-kontrollen upphör.

Det finns exempel på kontroll av fortsatt transkribering (Drosophila hsp70 genen) där en reglerande faktor måste binda in till DNA-område utanför promotorn för att transkriptionen skall fortgå. Binds inte sådana faktorer in så avstannar transkriptionen (i detta exempel efter ca 25 nukleotider). Så trots att transkriptionen av en viss gen är i full gång så kan andra signaler få till effekt att translationen avstannar (attenuering) eller fortsätter (antiterminering). Dessa mekanismer finns väl beskrivna hos Escherichia coli - en tarmbakterie.

Termineringen av eukaryot transkription är mindre känd men ett exempel på RNA-bindande proteinkomplex som möjliggör fortsatt transkription är HIV Tat-proteinet. HIV som saknar genen för detta protein kan inte få värdcellen att transkribera virusets alla gener medan icke muterade virus (som har denna Tat-gen kvar) kan få värdcellen att producera fullständiga virus. För prokaryota organismer (då speciellt E. coli) så finns två typer av terminering. Den ena kräver inga proteiner andra än RNA-polymeras, medan den andra typen av terminering kräver en transkriptionsterminerings-faktor (Rho). Redan tidigt under transkriptionen av RNA så kopplas en 5´-mössa (5´-cap) på. Denna "mössa" består av 7-methyl-guanylate vilken kopplas på det första exonets första nukleotid (guanyl). När väl transkriptionen av genen är klar så skall den nybildade RNA-kopian - den primära transkriptionsprodukten - modifieras.