læringsmål

hovedmål

  • Forklar den proces, hvormed en celle bygger proteiner ved hjælp af DNA-koden

Ved udgangen af dette afsnit vil du være i stand til at:

  • Forklar, hvordan den genetiske kode inden for DNA bestemmer de dannede proteiner
  • beskriv transkriptionsprocessen
  • Forklar oversættelsesprocessen
  • Diskuter ribosomernes funktion

det blev tidligere nævnt, at DNA giver en “plan” for cellestrukturen og fysiologien. Dette henviser til det faktum, at DNA indeholder de oplysninger, der er nødvendige for, at cellen kan opbygge en meget vigtig type molekyle: proteinet. De fleste strukturelle komponenter i cellen består i det mindste delvist af proteiner, og stort set alle de funktioner, som en celle udfører, udføres ved hjælp af proteiner. En af de vigtigste klasser af proteiner er ensymer, som hjælper med at fremskynde de nødvendige biokemiske reaktioner, der finder sted inde i cellen. Nogle af disse kritiske biokemiske reaktioner inkluderer opbygning af større molekyler fra mindre komponenter (såsom hvad der sker under DNA-replikation eller syntese af mikrotubuli) og nedbrydning af større molekyler i mindre komponenter (såsom ved høst af kemisk energi fra næringsstofmolekyler). Uanset hvilken cellulær proces der måtte være, er det næsten sikkert at involvere proteiner. Ligesom cellens genom beskriver dets fulde komplement af DNA, er en celles proteom dets fulde komplement af proteiner. Proteinsyntese begynder med gener. Et gen er et funktionelt segment af DNA, der giver den genetiske information, der er nødvendig for at opbygge et protein. Hvert enkelt gen tilvejebringer den kode, der er nødvendig for at konstruere et bestemt protein. Genekspression, som omdanner Informationen kodet i et gen til et endeligt genprodukt, dikterer i sidste ende strukturen og funktionen af en celle ved at bestemme, hvilke proteiner der fremstilles.

fortolkningen af gener fungerer på følgende måde. Husk at proteiner er polymerer eller kæder af mange aminosyre byggesten. Sekvensen af baser i et gen (det vil sige dets sekvens af A, T, C, G nukleotider) oversættes til en aminosyresekvens. En triplet er et afsnit af tre DNA-baser i træk, der koder for en specifik aminosyre. For eksempel specificerer DNA-triplet CAC (cytosin, adenin og cytosin) aminosyren valin. Derfor giver et gen, der er sammensat af flere tripletter i en unik sekvens, koden til at opbygge et helt protein med flere aminosyrer i den korrekte sekvens (figur 3.4.1). Mekanismen, hvormed celler omdanner DNA-koden til et proteinprodukt, er en totrinsproces med et RNA-molekyle som mellemprodukt.

dette diagram viser translationen af RNA til proteiner. En DNA-skabelonstreng er vist at blive en RNA-streng gennem transkription. Derefter gennemgår RNA-strengen translation og bliver proteiner.
figur 3.4.1-den genetiske kode: DNA indeholder alle de genetiske oplysninger, der er nødvendige for at opbygge en celles proteiner. Nukleotidsekvensen af et gen oversættes i sidste ende til en aminosyresekvens af genets tilsvarende protein.

fra DNA til RNA: transkription

DNA er anbragt i kernen, og proteinsyntese finder sted i cytoplasmaet, således skal der være en slags mellemliggende messenger, der forlader kernen og styrer proteinsyntese. Denne mellemliggende messenger er messenger RNA (mRNA), (figur 3.29), en enkeltstrenget nukleinsyre, der bærer en kopi af den genetiske kode for et enkelt gen ud af kernen og ind i cytoplasmaet, hvor det bruges til at producere proteiner.

der er flere forskellige typer RNA, der hver har forskellige funktioner i cellen. Strukturen af RNA ligner DNA med nogle få små undtagelser. For det første, i modsætning til DNA, er de fleste typer RNA, inklusive mRNA, enkeltstrengede og indeholder ingen komplementær streng. For det andet indeholder ribosesukkeret i RNA et yderligere iltatom sammenlignet med DNA. Endelig indeholder RNA i stedet for basetymin basen uracil. Dette betyder, at adenin altid vil parre sig med uracil under proteinsynteseprocessen.

genekspression begynder med processen kaldet transkription, som er syntesen af en streng af mRNA, der er komplementær til genet af interesse. Denne proces kaldes transkription, fordi mRNA er som et transkript eller en kopi af genets DNA-kode. Transkription begynder på en måde, der ligner DNA-replikation, idet en region af DNA afvikles, og de to tråde adskilles, men kun den lille del af DNA ‘ et vil blive delt fra hinanden. Tripletterne i genet på dette afsnit af DNA-molekylet anvendes som skabelon til transkribering af den komplementære streng af RNA (figur 3.4.2). Et codon er en tre-basesekvens af mRNA, såkaldt fordi de direkte koder for aminosyrer. Ligesom DNA-replikation er der tre trin til transkription: initiering, forlængelse og afslutning.

i dette diagram vises RNA-polymerase, der transkriberer en DNA-skabelonstreng til dens tilsvarende RNA-transkription.
figur 3.4.2-transkription: fra DNA til mRNA: i den første af de to faser af fremstilling af protein fra DNA transkriberes et gen på DNA-molekylet til et komplementært mRNA-molekyle.

i den første af de to faser af fremstilling af protein fra DNA transkriberes et gen på DNA-molekylet til et komplementært mRNA-molekyle.

Trin 1: initiering. En region i begyndelsen af genet kaldet en promotor—en bestemt sekvens af nukleotider—udløser starten på transkription.

Trin 2: forlængelse. Transkription starter, når RNA-polymerase afvikler DNA-segmentet. En streng, kaldet kodningsstrengen, bliver skabelonen med de gener, der skal kodes. Polymerasen justerer derefter den korrekte nukleinsyre (A, C, G eller U) med sin komplementære base på den kodende streng af DNA. RNA-polymerase tilføjer nye nukleotider til en voksende streng af RNA. Denne proces bygger en streng af mRNA.

Trin 3: opsigelse. Når polymerasen har nået slutningen af genet, koder en af tre specifikke tripletter (UAA, UAG eller UGA) et “stop” – signal, som udløser ensymerne til at afslutte transkriptionen og frigive mRNA-transkriptionen.

transkriptionsprocessen reguleres af en klasse af proteiner kaldet transkriptionsfaktorer, som binder til gensekvensen og enten fremmer eller hæmmer deres transkription. (Flyt figur 3.35 her).

før mRNA-molekylet forlader kernen og fortsætter til proteinsyntese, modificeres det på en række måder. Af denne grund kaldes det ofte et pre-mRNA på dette stadium. For eksempel indeholder dit DNA og dermed komplementære mRNA lange regioner kaldet ikke-kodende regioner, der ikke koder for aminosyrer. Deres funktion er stadig et mysterium, men processen kaldet splejsning fjerner disse ikke-kodende regioner fra præ-mRNA-transkriptet (figur 3.4.3). Et spliceosome—en struktur sammensat af forskellige proteiner og andre molekyler-binder sig til mRNA ‘ et og “splejser” eller skærer de ikke-kodende regioner ud. Det fjernede segment af transkriptionen kaldes en intron. De resterende eksoner indsættes sammen. En ekson er et segment af RNA, der forbliver efter splejsning. Interessant nok er nogle introner, der fjernes fra mRNA, ikke altid ikke-kodende. Når forskellige kodende regioner af mRNA splejses ud, vil forskellige variationer af proteinet til sidst resultere med forskelle i struktur og funktion. Denne proces resulterer i et meget større udvalg af mulige proteiner og proteinfunktioner. Når mRNA-transkriptionen er klar, bevæger den sig ud af kernen og ind i cytoplasmaet.

ekstern hjemmeside

denne video viser dig de vigtige biomolekyler og biomolekyler, der er involveret i transkriptionsprocessen, processen med at fremstille et mRNA-molekyle fra DNA.

i dette diagram vises et pre-mRNA-transkript øverst i et rutediagram. Dette præ-mRNA-transkript indeholder introner og eksoner. I det næste trin er intronen i en struktur kaldet spliceosomet. I det sidste trin vises intronen adskilt fra det splejsede RNA.
figur 3.4.3-Splejsning DNA: I kernen, en struktur kaldet en spliceosome skærer ud introner (ikke-kodende regioner) inden for et præ-mRNA-transkript og forbinder eksonerne igen.

fra RNA til Protein: Oversættelse

som at oversætte en bog fra et sprog til et andet, skal kodonerne på en streng af mRNA oversættes til aminosyrealfabetet af proteiner. Oversættelse er processen med at syntetisere en kæde af aminosyrer kaldet et polypeptid. Oversættelse kræver to store hjælpemidler: for det første en” oversætter”, molekylet, der vil udføre oversættelsen, og for det andet et substrat, hvorpå mRNA-strengen oversættes til et nyt protein, som oversætterens ” skrivebord.”Begge disse krav er opfyldt af andre typer RNA. Underlaget, hvorpå oversættelse finder sted, er ribosomet.

Husk, at mange af en celles ribosomer findes forbundet med den grove ER, og udfører syntesen af proteiner bestemt til Golgi-apparatet. Ribosomalt RNA (rRNA) er en type RNA, der sammen med proteiner sammensætter strukturen af ribosomet. Ribosomer findes i cytoplasmaet som to forskellige komponenter, en lille og en stor underenhed. Når et mRNA-molekyle er klar til at blive oversat, kommer de to underenheder sammen og fastgøres til mRNA ‘ et. Ribosomet tilvejebringer et substrat til oversættelse, der samler og justerer mRNA-molekylet med de molekylære “oversættere”, der skal dechiffrere dets kode.

det andet store krav til proteinsyntese er oversættermolekylerne, der fysisk “læser” mRNA-kodonerne. Transfer RNA (tRNA) er en type RNA, der færger de passende tilsvarende aminosyrer til ribosomet og binder hver ny aminosyre til den sidste og bygger polypeptidkæden en efter en. TRNA overfører således specifikke aminosyrer fra cytoplasmaet til et voksende polypeptid. TRNA-molekylerne skal være i stand til at genkende kodonerne på mRNA og matche dem med den korrekte aminosyre. TRNA er ændret til denne funktion. I den ene ende af dens struktur er et bindingssted for en specifik aminosyre. I den anden ende er en basesekvens, der matcher kodonet, der specificerer dens særlige aminosyre. Denne sekvens af tre baser på tRNA-molekylet kaldes et anticodon. For eksempel indeholder et tRNA, der er ansvarligt for shuttling af aminosyren glycin, et bindingssted for glycin i den ene ende. I den anden ende indeholder den et anticodon, der supplerer glycinkodonet (GGA er et codon for glycin, og så ville tRNAs anticodon læse CCU). Udstyret med sin særlige last og matchende anticodon kan et tRNA-molekyle læse dets anerkendte mRNA-kodon og bringe den tilsvarende aminosyre til den voksende kæde (figur 3.4.4).

den øverste del af denne figur viser en stor ribosomal underenhed, der kommer i kontakt med mRNA ' et, der allerede har den lille ribosomale underenhed fastgjort. Der er tRNA og anticodon i nærheden. I det andet panel binder tRNA også til det samme sted som de ribosomale underenheder. I bundpanelet vises en polypeptidkæde, der kommer ud af komplekset.
figur 3.4.4-oversættelse fra RNA til Protein: under translation “læses” mRNA-transkriptionen af et funktionelt kompleks bestående af ribosomet og tRNA-molekylerne. tRNA ‘ er bringer de passende aminosyrer i rækkefølge til den voksende polypeptidkæde ved at matche deres anti-kodoner med kodoner på mRNA-strengen.

ligesom processerne med DNA-replikation og transkription består translation af tre hovedfaser: initiering, forlængelse og afslutning. Initiering finder sted med binding af et ribosome til et mRNA-transkript. Forlængelsestrinnet involverer genkendelse af et tRNA-antikodon med det næste mRNA-kodon i sekvensen. Når anticodon-og codonsekvenserne er bundet (husk, de er komplementære basepar), præsenterer tRNA sin aminosyrelast, og den voksende polypeptidstreng er bundet til denne næste aminosyre. Denne vedhæftning finder sted ved hjælp af forskellige former og kræver energi. TRNA-molekylet frigiver derefter mRNA-strengen, mRNA-strengen skifter et kodon over i ribosomet, og det næste passende tRNA ankommer med dets matchende anticodon. Denne proces fortsætter, indtil det endelige kodon på mRNA ‘ et er nået, hvilket giver en “stop” – meddelelse, der signalerer ophør af translation og udløser frigivelsen af det komplette, nyligt syntetiserede protein. Således transkriberes et gen i DNA-molekylet til mRNA, som derefter oversættes til et proteinprodukt (figur 3.4.5).

ekstern hjemmeside

denne video viser dig de vigtige biomolekyler og biomolekyler, der er involveret i oversættelsesprocessen, som bruger mRNA til at kode for et protein.

denne figur viser en skematisk af en celle, hvor transkription fra DNA til mRNA finder sted inde i kernen, og translation fra mRNA til protein finder sted i cytoplasmaet.
figur 3.4.5-fra DNA til Protein: transkription gennem Translation: Transkription i cellekernen producerer et mRNA-molekyle, som modificeres og derefter sendes ind i cytoplasmaet til translation. Transkriptionen afkodes til et protein ved hjælp af et ribosome-og tRNA-molekyler.

almindeligvis oversættes en mRNA-transkription samtidigt af flere tilstødende ribosomer. Dette øger effektiviteten af proteinsyntese. Et enkelt ribosome kan oversætte et mRNA-molekyle på cirka et minut; så flere ribosomer ombord på et enkelt transkript kunne producere flere gange antallet af det samme protein i samme minut. Et polyribosom er en streng af ribosomer, der oversætter en enkelt mRNA-streng.

ekstern hjemmeside

kr-kode, der repræsenterer en URL

se denne video for at lære om ribosomer. Ribosomet binder til mRNA-molekylet for at starte translation af dets kode til et protein. Hvad sker der med de små og store ribosomale underenheder i slutningen af oversættelsen?

Kapitelanmeldelse

DNA gemmer de oplysninger, der er nødvendige for at instruere cellen til at udføre alle dens funktioner. Celler bruger den genetiske kode, der er lagret i DNA, til at opbygge proteiner, som i sidste ende bestemmer cellens struktur og funktion. Denne genetiske kode ligger i den særlige sekvens af nukleotider, der udgør hvert gen langs DNA-molekylet. For at” læse ” denne kode skal cellen udføre to sekventielle trin. I det første trin, transkription, omdannes DNA-koden til en RNA-kode. Et molekyle af messenger RNA, der er komplementært til et specifikt gen, syntetiseres i en proces svarende til DNA-replikation. Molekylet af mRNA giver koden til at syntetisere et protein. I oversættelsesprocessen fastgøres mRNA ‘ et til et ribosome. Dernæst transporterer tRNA-molekyler de passende aminosyrer til ribosomet, en efter en, kodet af sekventielle tripletkodoner på mRNA ‘ et, indtil proteinet er fuldt syntetiseret. Når det er færdigt, løsnes mRNA ‘ et fra ribosomet, og proteinet frigives. Typisk binder flere ribosomer sig til et enkelt mRNA-molekyle på en gang, således at flere proteiner kan fremstilles ud fra mRNA ‘ et samtidigt.

gennemgå spørgsmål

kritiske Tænkningsspørgsmål

forklar kort lighederne mellem transkription og DNA-replikation.

transkription og DNA-replikation involverer begge syntese af nukleinsyrer. Disse processer deler mange fælles træk—især de lignende initieringsprocesser, forlængelse og opsigelse. I begge tilfælde skal DNA-molekylet være snoet og adskilt, og den kodende (dvs.sense) streng vil blive brugt som en skabelon. Polymeraser tjener også til at tilføje nukleotider til den voksende DNA-eller mRNA-streng. Begge processer signaliseres til at afslutte, når de er afsluttet.

kontrast transskription og oversættelse. Navngiv mindst tre forskelle mellem de to processer.

transkription er virkelig en” kopi “- proces, og oversættelse er virkelig en” fortolkningsproces”, fordi transkription involverer kopiering af DNA-beskeden til en meget lignende RNA-besked, mens oversættelse involverer konvertering af RNA-beskeden til den meget forskellige aminosyrebesked. De to processer adskiller sig også i deres placering: transkription forekommer i kernen og translation i cytoplasmaet. Mekanismerne, hvormed de to processer udføres, er også helt forskellige: transskription bruger polymerase til at opbygge mRNA, mens translation bruger forskellige slags RNA til at opbygge protein.

Skriv et svar

Din e-mailadresse vil ikke blive publiceret. Krævede felter er markeret med *