Proteinsyntes

Detta inlägg behandlar följande kursmål:

• Redogöra för principerna för informationsöverföring från DNA via RNA till protein i den eukaryota cellen, innefattande bildandet av olika slags RNA-molekyler, samt förklara hur genuttryck regleras på olika nivåer

---

“Element”/”Box”, konserverad sekvens dit proteiner binder. Befinner det sig 5’ om en gen kallas det “uppströms” och om det befinner sig 3’ om en gen kallas det “nedströms”

Promotor, icke-kodande region på DNA som initierar transkription av en specifik gen. Innehåller ofta TATA-box. Befinner sig cirka 30 nukleotider uppströms från målgenen.

TRANSKRIPTION

Transkription, information från DNA replikeras i form av RNA. Kräver att kromatinet packas upp för att gener ska bli tillgängliga för transkription.

Initiation

1. RNA-polymeras och generella transkriptionsfaktorer (GTF) bildar ett komplex vid TATA-box på promotor
2. TFIIH (helikas som subenhet) ansluter sig och separerar dubbelsträngen, samt frigör RNA-polymeras genom fosforylering

Elongation, RNA-polymeras adderar nukleotider från 5’ till 3’ och stänger DNA bakom sig. Adderar nukleotider i 3’-änden.

Termination, RNA-polymeras transkriberar en stoppsekvens (två komplementära sekvenser) och RNA-strängen bildar en “hairpin loop” som hindrar vidare transkription. Enzymer identifierar stoppsekvensen och klyver RNA från polymeraset.

Pre-mRNA modifiering, stabiliserar mRNA och gör det identifierbart, samt möjliggör kontroll om dess fullständighet. Sker i cellkärnan.

• RNA-capping, bildar en 5’-cap som består av en metylerad guaninmolekyl (7-metyl-guanosin), vilken skyddar mRNA från nedbrytning och underlättar bindning till ribosom. Sker under transkription
• Polyadenylering, addition av 50-250 adenin-nukleotider bildar en poly-A-svans på 3’-änden
• Splitsning, avlägsnar introner och sammanfogar exoner. Utförs av spliceosom som består av snRNA och proteiner. Olika exoner kan kombineras genom differentiell splitsning, vilket ökar antalet proteiner som kan produceras av enstaka mRNA. Differentiell splitsning kan vara vävnadsspecifik, dvs en typ av vävnad splitsar mRNA på ett specifikt sätt

Typer av RNA-molekyler

• mRNA (messenger), transporterar den genetiska information ut från cellkärnan till cytoplasman där den kodar för protein
• Non-coding RNA (ncRNA)
  • tRNA (transfer), fungerar som adaptor mellan mRNA och aminosyror. Varje tRNA innehåller ett antikodon, som binder till kodon på mRNA genom komplementär basparning, och en aminosyra, som adderas till aminosyrasekvensen
  • rRNA (ribosomal), bygger upp ribosomer, t.ex. 18S, 28S and 5.8S rRNA
  • Regulatoriskt RNA
    • miRNA (micro), kontrollerar mRNA stabilitet och translation
    • siRNA (small interfering), orsakar inaktivering av gener genom repression av transkription (RNAi-vägen)
    • snRNA (small nuclear), bildar spliceosom och reglerar transkriptionsfaktorer
    • snoRNA (small nucleolar), modifierar andra RNA-molekyler (rRNA, tRNA, snRNA)

RNA-polymeras, syntetiserar RNA-molekyler från RNA-nukleotider. Transkriberar i riktningen 3’ → 5’.

• RNA-polymeras I, transkriberar majoriteten av rRNA-gener
• RNA-polymeras II, transkriberar alla proteinkodande gener och vissa icke-kodande RNA (ncRNA), t.ex. miRNA
• RNA-polymeras III, transkriberar tRNA, många små RNA, och 5S-RNA-genen (kodar för rRNA)

TRANSLATION

Translation, syntes av protein genom sammansättning av aminosyror med mRNA som mall.

Ribosom, komplex bestående av proteiner och 4 st rRNA. Består av två subenheter, en liten (matchar anti-kodon på tRNA med mRNA) och en stor (katalyserar peptidbindningar mellan aminosyror). Flera ribosomer kan binda till samma mRNA och transkribera flera protein samtidigt. Finns fria i cytoplasman eller associerade till ER.

Initiation

1. tRNA med aminosyran metodin binder till P-site på subenheten, tillsammans med initieringsfaktorer, vilket bildar ett initieringskomplex
2. Lilla subenheten från ribosom binder till 5’-änden på mRNA
3. Komplexet rör sig längst mRNA (5’ → 3’) tills första AUG-kodon (startkodon)
4. Stora subenheten binder in och elongation påbörjas

Wobble-pairing, basparning mellan mRNA och tRNA beror främst på de två första nukleotiderna, vilket förklarar varför synonyma kodon, som kodar för samma aminosyror, endast skiljer sig i sista basen.

Elongation

1. tRNA binder till A-site genom komplementär basparning
2. Bindning bryts mellan tRNA i P-site och dess aminosyra, vilket frisätter energi som används för att bilda en bindning mellan aminosyran och den växande peptidkedjan
3. Translokation av den stora subenheten, vilket leder till att bundna tRNA-molekyler förflyttas till E-site respektive P-site
4. Translokation av lilla subenheten (3 baspar) och tRNA i E-site avlägsnas

Termination, translation avslutas då ett stop-kodon identifieras som ett speciellt protein (release factor) binder till. Polypeptidkedjans frisätts och ribosomens båda subenheter släpper.

GENREGLERING

Epigenetik, kontrollsystem utöver den genetiska komponenten.

Kromatinmodifiering, krävs för att möjliggöra transkribering av gen. Gener på DNA bundet till histoner kan inte uttryckas.

• Acetylering, acetylgrupp adderas till svansar på histoner, vilket dekondenserar kromatinet och underlättar transkribering. Deacetylering har motsatt effekt (kondensering).
• Metylering, sker både på histonernas svansar och på kvävebaser. Enstaka metyleringar på histonsvansar ökar genaktivitet, men 2-3 hämmar transkription och inaktiverar gener (heterokromatin). Metylering på kvävebaser har alltid en hämmande effekt.
• Fosforylering

Lokus kontroll, stora avsnitt DNA innehållande flera gener kan kontrolleras på distans.

• Enhancer, interagerar med aktivatorer, vilket orsakar DNA-molekylen att böja sig för att enhancer ska komma närmare promotor, kan därför vara placerade långt ifrån promotor
• Repressor, inaktiverar gener genom att förhindra ansamling av initiationskomplex vid promotor

DNA-bindande proteiner, binder sekvensspecifikt till DNA och rekryterar transkriptionsfaktorer, vilket regulerar transkription. Kallas även specialiserade transkriptionsfaktorer. Binder vanligtvis till major groove på DNA-helix. T.ex. helix-loop-helix (HLH), Zink-finger, Leucin-zipper.