Proteinsyntesen: fra gen til ferdig protein, steg for steg

Proteinsyntesen er prosessen der cellen lager proteiner ved hjelp av oppskrifter i DNA. Tenk på DNA-et som et dokument som ligger lagret på en datamaskin. Du trenger ikke å ta med deg hele datamaskinen hver gang du skal bruke litt av informasjonen. I stedet printer du ut en kopi av akkurat den delen du trenger, og tar utskriften med deg.

I en celle med cellekjerne kan vi bruke det samme bildet: DNA-et blir liggende i kjernen, og ut sendes en arbeidskopi av det ene genet cellen trenger akkurat nå. Kopien heter mRNA. Veien fra gen til ferdig protein går i to trinn: transkripsjon i cellekjernen, der DNA skrives av til mRNA, og translasjon i ribosomet, der mRNA oversettes til en kjede av aminosyrer.

Nedenfor får du hvorfor kopien er nødvendig, hva som skiller mRNA fra DNA, hvordan ribosomet leser tre baser om gangen, og et gjennomregnet eksempel der du oversetter en DNA-sekvens til aminosyrer selv. Det siste er oppgavetypen som går igjen på prøver i Biologi 2.

Hvorfor blir DNA-et igjen i cellekjernen?

DNA lagrer cellens arveinformasjon. I de fleste menneskelige kroppsceller ligger hoveddelen av DNA-et i 46 kromosomer i cellekjernen. Her beskriver vi proteinsyntese fra gener i denne kjernen; bakterier har ingen cellekjerne, og mitokondrier har sitt eget DNA. Proteinene bygges derimot i ribosomene, som ligger ute i cytoplasma. Informasjonen må altså flyttes uten at originalen flyttes.

Løsningen er arbeidskopien. Cellen skriver av det ene genet den har bruk for, sender kopien ut gjennom en pore i kjernemembranen, og lar DNA-et bli værende. Det gir to fordeler samtidig. Arvestoffet kan bli værende i kjernen mens arbeidskopien brukes i ribosomet. Og cellen kan lage mange kopier av det samme genet på én gang når den trenger mye av ett bestemt protein, på samme måte som du kan skrive av oppskriften i ti eksemplarer uten å røre boka.

Hva er egentlig et protein?

Et protein er en lang kjede av aminosyrer. Det finnes 20 ulike aminosyrer, og rekkefølgen deres bestemmer hvordan kjeden folder seg. Formen bestemmer i sin tur funksjonen.

Tenk over hvor langt dette rekker. Et fordøyelsesenzym, et transportprotein i cellemembranen, hemoglobinet som frakter oksygen i blodet og strukturproteinene i muskelvevet ditt er alle bygget av de samme 20 byggeklossene. Det samme gjelder antistoffene i immunforsvaret. Antallet og rekkefølgen på aminosyrene er med på å bestemme forskjellene mellom dem.

Rekkefølgen står i DNA. Et protein-kodende gen er en DNA-sekvens som inneholder oppskriften på et protein. Merk formuleringen. Ikke alle gener koder for protein, og et gen som gjør det kan gi flere proteinvarianter. Denne artikkelen handler om de protein-kodende genene.

Blir det en feil i selve DNA-sekvensen, altså en mutasjon, kan du få en aminosyre på feil plass. Kjeden folder seg annerledes, og proteinet kan slutte å virke. Sigdcelleanemi er et godt eksempel: én endret base i genet for hemoglobin gir én byttet aminosyre, og røde blodceller som deformeres. Endringer i DNA kan gå i arv hvis de sitter i kjønnscellene.

Feil som oppstår under selve avskriften til RNA er noe annet. De rammer bare de mRNA-molekylene det gjelder, og de går ikke i arv, fordi DNA-et er uendret. Skill mellom disse to på prøven.

Hva skiller mRNA fra DNA?

mRNA står for messenger-RNA, altså budbringeren. Fem forskjeller er verdt å kunne:

Legg mest merke til basen uracil (U). Der DNA bruker tymin, bruker RNA uracil. Husk derfor å bruke U, ikke T, når du skriver en mRNA-sekvens.

Trinn 1: Hva skjer under transkripsjonen?

Transkripsjon betyr avskrift. Enzymet RNA-polymerase fester seg til promotoren, et område på DNA-et rett foran genet som markerer hvor avlesningen skal begynne. Polymerasen åpner dobbelhelixen og leser av den ene tråden, kalt malstrengen.

For hver base den leser, settes den komplementære basen inn i den nye RNA-tråden. C gir G, G gir C, A gir U, og T gir A. Resultatet er en enkelttrådet kopi som kan forlate kjernen.

Hos oss skjer det noe mer før kopien slippes ut. Genet består av avsnitt som beholdes, eksoner, og avsnitt som fjernes, introner. Begge deler skrives av. Deretter klippes intronene ut og eksonene skjøtes sammen, en prosess som kalles spleising. Først da er mRNA-et ferdig.

Legg merke til hvordan skillet er definert. Et ekson er en del som blir værende i det modne mRNA-et, og det er ikke det samme som at alt i et ekson oversettes til aminosyrer. mRNA har vanligvis områder før startkodonet og etter stoppkodonet som ikke oversettes. Disse områdene kan også være deler av eksoner. Skillet handler om hva som klippes bort.

Trinn 2: Hvordan leser ribosomet mRNA-et?

Translasjon betyr oversettelse, og her skjer det et språkskifte. Basesekvensen består av fire bokstaver. Proteinet består av 20 aminosyrer. Det må altså finnes en oversettelsesnøkkel, og nøkkelen er at ribosomet leser tre baser om gangen.

Tre baser i rekke kalles et kodon. Med fire mulige baser på hver av tre plasser blir det 4 × 4 × 4 = 64 mulige kodoner. Det holder til 20 aminosyrer med god margin, og overskuddet brukes til at flere kodoner kan kode for samme aminosyre, pluss tre kodoner som betyr stopp.

tRNA er leveringsbudet

Ribosomet henter ikke aminosyrene selv. Det gjør tRNA, transport-RNA. Hvert tRNA-molekyl har to ender med hver sin jobb: i den ene enden sitter et antikodon på tre baser, i den andre enden henger den aminosyren som hører til akkurat det antikodonet.

Når et kodon på mRNA-et kommer inn i ribosomet, er det bare det tRNA-et med det komplementære antikodonet som passer. Kodonet AUG møter antikodonet UAC, og det tRNA-et har alltid metionin med seg. Aminosyren kobles på kjeden, tRNA-et slipper og drar for å hente en ny, og ribosomet flytter seg tre baser videre.

Start og stopp

Avlesningen begynner ved startkodonet AUG, som både betyr «start her» og koder for aminosyren metionin. Den avsluttes ved et av de tre stoppkodonene: UAA, UAG eller UGA. Disse tre koder ikke for noen aminosyre. De betyr bare at kjeden er ferdig, og at ribosomet skal slippe den.

Startkodonet er grunnen til at leserammen betyr alt. Forskyver du avlesningen med én base, leses alle kodonene etter det feil, og hele resten av proteinet blir feil.

Regneeksempel: fra DNA-sekvens til aminosyrer

Dette er oppgavetypen du møter på prøve. Du får en DNA-sekvens og skal finne aminosyrene.

Oppgave: Malstrengen i et gen har sekvensen 3′-TAC AAA CCT GTA ATT-5′. Hvilke aminosyrer får proteinet?

Retningsmarkørene 3′ og 5′ forteller hvilken vei tråden leses. RNA-polymerasen leser malstrengen fra 3′ mot 5′, og bygger derfor RNA-tråden fra 5′ mot 3′. Du trenger ikke regne på retningen for å løse oppgaven, men den avgjør hvilken ende du starter i, og mange oppgavesett oppgir den.

Steg 1: Skriv av til mRNA. Bytt hver base med den komplementære, og husk at A i DNA gir U i RNA.

mRNA-sekvensen blir 5′-AUG UUU GGA CAU UAA-3′.

Steg 2: Del inn i kodoner og slå opp. Sekvensen er allerede delt i grupper på tre. Bruk kodontabellen i formelsamlingen eller læreboka:

Svar: Proteinet blir en kjede på fire aminosyrer: metionin, fenylalanin, glysin og histidin. Stoppkodonet UAA koder ikke for noen aminosyre, det avslutter bare avlesningen.

Merk at 15 baser gir 5 kodoner, som gir 4 aminosyrer. Regnestykket er 15 / 3 = 5 kodoner, minus stoppkodonet.

En liten advarsel om kontrollregelen. I en oppgave som denne, der du får en ferdig avgrenset kodende sekvens fra startkodon til stoppkodon, skal antallet baser være delelig på tre. Er det ikke det, har du kopiert feil. Regelen gjelder ikke for et helt mRNA-molekyl fra en celle. Der ligger det utranslaterte områder i begge ender, og totallengden trenger derfor ikke være delelig på tre.

Transkripsjon eller translasjon? Kort oversikt

Vanlige misforståelser om proteinsyntesen

Den vanligste er å bytte om transkripsjon og translasjon. Bruk ordenes betydning som huskeregel: transkripsjon er avskrift, altså DNA til RNA i kjernen. Translasjon er oversettelse, altså RNA til protein i ribosomet.

Den andre er å skrive tymin i en mRNA-sekvens. RNA har uracil. Møter du en A i malstrengen, skriver du U.

Den tredje er å la DNA-et forlate cellekjernen. DNA-et blir. Det er arbeidskopien som fraktes ut, og det er hele grunnen til at cellen lager den.

Den fjerde er å si at et gen «er» et protein. Genet er oppskriften, proteinet er produktet. Samme gen kan gi tusenvis av proteinmolekyler.

Ofte stilte spørsmål

Lær mer

Proteinsyntesen binder sammen alt du har lært om DNA-strukturen og alt som kommer senere om genregulering og mutasjoner. Øv på å gå fra en DNA-sekvens til aminosyrer ved hjelp av en kodontabell. På EnkelEksamen finner du videoundervisning i Biologi 2 der begge trinnene vises steg for steg med figurer, og repetisjonsoppgaver til hver leksjon. Hvordan denne kunnskapen tas i bruk i alt fra ostelaging til genredigering, kan du lese om i artikkelen om bioteknologi.

REA3036

Biologi 2 – Privatist

Prøv gratis

Kjøp faget

REA3036, REA3037

Biologi 2 – VGS

Prøv gratis

Kjøp faget