DNA:sta proteiiniksi: transkriptio ja translaatio

Laran tiimi7 min

Proteiinisynteesissä geenin emäsjärjestys muutetaan proteiiniksi kahdessa vaiheessa. Transkriptiossa tumassa geenistä tehdään lähetti-RNA, ja translaatiossa ribosomi lukee lähetti-RNA:ta kolmen emäksen kodoneina ja liittää aminohapot oikeaan järjestykseen.

Sisällys · 12 osiota

Geenistä proteiiniin lyhyesti

Geeni on DNA:n jakso, jonka emäsjärjestys määrää jonkin tuotteen, useimmiten proteiinin, rakenteen. Proteiinit tekevät solussa suurimman osan työstä: ne ovat entsyymejä, kuljettajia, reseptoreita, rakenneosia ja hormoneja. Tieto kulkee yhteen suuntaan: DNA → RNA → proteiini. Aitotumaisessa solussa transkriptio tapahtuu tumassa ja translaatio solulimassa ribosomeissa, joten lähetti-RNA:n on kuljettava tumasta tumahuokosten kautta solulimaan.

Geenin rakenne: promoottori, eksonit ja intronit

Aitotumaisen eliön geenissä on koodaavan osan lisäksi alueita, jotka eivät itse päädy proteiiniin. Geenin alussa on promoottori, johon RNA-polymeraasi ja transkriptiotekijät kiinnittyvät. Kauempana voi olla säätelyalueita, jotka lisäävät tai vähentävät geenin luentaa. Koodaava osa koostuu eksoneista, joiden välissä on introneita. Intronit luetaan RNA:han mutta poistetaan ennen translaatiota.

Ihmisen perimästä vain pieni osa, noin 1–2 prosenttia, koodaa proteiineja. Loppu ei ole turhaa: siihen kuuluu säätelyalueita, RNA-geenejä, introneita ja toistojaksoja. Jos tehtävä kysyy geenien ulkopuolisten alueiden merkitystä, kerro esimerkkejä niiden tehtävistä, kuten säätelystä ja kromosomien rakenteesta.

Transkriptio

  1. RNA-polymeraasi kiinnittyy promoottoriin, ja DNA:n kaksoiskierre avautuu geenin kohdalta.
  2. Entsyymi lukee toista DNA-juostetta, templaattijuostetta, ja rakentaa sille vastakkaisen RNA-juosteen. RNA kasvaa suuntaan 5′ → 3′. Emäspariutuminen on sama kuin DNA:ssa, paitsi että RNA:ssa tymiinin (T) paikalla on urasiili (U): DNA:n A vastaa RNA:n U:ta.
  3. Lopetusalueen kohdalla RNA irtoaa, ja DNA kiertyy takaisin kaksoiskierteeksi.

Syntynyt RNA on emäsjärjestykseltään samanlainen kuin DNA:n toinen, koodaava juoste, mutta T:n tilalla on U. Samasta geenistä voidaan tehdä monta RNA-kopiota peräkkäin, ja kopioiden määrä on yksi tapa säädellä, kuinka paljon proteiinia syntyy.

RNA:n muokkaus ja silmukointi

Aitotumaisilla ensin syntyvä esiaste-RNA muokataan tumassa ennen kuin se lähtee solulimaan. Sen alkupäähän liitetään suojaava rakenne ja loppupäähän pitkä adeniinihäntä, jotka suojaavat RNA:ta hajoamiselta ja auttavat ribosomia tarttumaan siihen. Silmukoinnissa intronit leikataan pois ja eksonit liitetään yhteen.

Eksonit voidaan liittää yhteen eri tavoin. Tämä vaihtoehtoinen silmukointi selittää, miten yhdestä geenistä voi syntyä useita erilaisia proteiineja, ja siksi proteiineja on paljon enemmän kuin geenejä. Esitumaisilla, kuten bakteereilla, ei ole tumaa eikä yleensä introneita: translaatio voi alkaa jo ennen kuin transkriptio on valmis.

Translaatio ja geneettinen koodi

Lähetti-RNA (mRNA) luetaan kolmen emäksen jaksoina, joita kutsutaan kodoneiksi. Neljästä emäksestä saadaan 64 erilaista kodonia, ja niillä koodataan 20 aminohappoa sekä lopetusmerkki. Koodi on degeneroitunut: useimmilla aminohapoilla on useampi kodoni. Se on myös lähes yhteinen kaikille eliöille, mikä on yksi todiste yhteisestä alkuperästä ja tekee geeninsiirrot eliöstä toiseen mahdollisiksi.

  1. Aloitus: ribosomin pieni alayksikkö tarttuu mRNA:han ja etenee aloituskodoniin AUG, joka koodaa metioniinia. Ensimmäinen siirtäjä-RNA tuo metioniinin.
  2. Piteneminen: jokainen siirtäjä-RNA (tRNA) kantaa yhtä aminohappoa, ja sen antikodoni pariutuu mRNA:n kodonin kanssa. Ribosomi liittää aminohapot toisiinsa peptidisidoksella ja siirtyy kodonin eteenpäin.
  3. Lopetus: kun ribosomi tulee lopetuskodoniin (UAA, UAG tai UGA), mikään tRNA ei tuo aminohappoa. Valmis polypeptidi irtoaa ja laskostuu proteiiniksi.

Ribosomi itsessään on RNA:ta (ribosomaalinen RNA, rRNA) ja proteiinia. Lähetti-, siirtäjä- ja ribosomaalisen RNA:n lisäksi soluissa on säätely-RNA:ita, esimerkiksi mikro-RNA:ita, jotka voivat estää tietyn mRNA:n translaation. Solusta ulos eritettävät proteiinit, kuten ruoansulatusentsyymit, valmistetaan solulimakalvoston pinnalle kiinnittyneissä ribosomeissa, ja ne muokataan ja pakataan Golgin laitteessa.

Esimerkki: emäsjärjestyksestä aminohappoihin

Tehtävä antaa usein lyhyen DNA-jakson ja pyytää aminohappojärjestyksen. Tee se kahdessa vaiheessa ja merkitse juosteiden suunnat.

Esimerkki: DNA, mRNA ja aminohapot
JuosteEmäsjärjestys
DNA, templaattijuoste3′-TAC GGA CTT ATT-5′
DNA, koodaava juoste5′-ATG CCT GAA TAA-3′
mRNA5′-AUG CCU GAA UAA-3′
Aminohapotmetioniini – proliini – glutamiinihappo – lopetus

mRNA on templaattijuosteen vastinjuoste (A–U, T–A, G–C, C–G) ja koodaavan juosteen kopio, jossa T on vaihtunut U:ksi. Aminohapot luetaan kodonitaulukosta mRNA:n kodonien mukaan, ei DNA:n. Lopetuskodoni ei koodaa aminohappoa, joten tämä peptidi on kolmen aminohapon mittainen.

Mutaatio ja proteiini

  • Samaa aminohappoa koodaava muutos: koodin degeneroituneisuuden vuoksi yhden emäksen vaihto ei aina muuta proteiinia.
  • Aminohapon vaihtuminen: yksi aminohappo vaihtuu toiseen. Vaikutus riippuu siitä, osuuko muutos proteiinin toiminnan kannalta tärkeään kohtaan.
  • Ennenaikainen lopetuskodoni: proteiini jää lyhyeksi ja on yleensä toimimaton.
  • Lukukehyksen siirtymä: jos emäksiä lisätään tai poistetaan muu kuin kolmella jaollinen määrä, kaikki kohdan jälkeiset kodonit muuttuvat.
  • Muutos promoottorissa tai säätelyalueessa: proteiini pysyy samana, mutta sitä syntyy enemmän tai vähemmän. Tällaisia muutoksia on käytetty myös kasvinjalostuksessa.

Geenien säätely lyhyesti

Kaikissa saman yksilön soluissa on sama perimä, mutta eri soluissa luetaan eri geenejä. Siksi maksasolu ja hermosolu ovat erilaisia. Säätely tapahtuu monessa vaiheessa: transkriptiotekijät käynnistävät tai estävät luennan, DNA:n pakkautuminen histoniproteiinien ympärille ja DNA:n kemialliset merkinnät (esimerkiksi metylaatio) vaikuttavat siihen, päästäänkö geeniin käsiksi, ja RNA:n muokkaus, hajotus ja translaation säätely vaikuttavat proteiinin määrään. Muutoksia, jotka vaikuttavat geenien luentaan muuttamatta emäsjärjestystä, kutsutaan epigeneettisiksi.

Näin aihetta on kysytty yo-kokeessa

Proteiinisynteesi ja geenin rakenne ovat olleet tehtävän pääaiheena 7 kertaa niissä kokeissa, jotka olemme käyneet läpi vanhojen kokeiden aihetaulukossa. Lisäksi aihe on taustatietoa monessa biotekniikan tehtävässä. Linkki vie tehtävän riville taulukossa, ja piirteet-linkki YTL:n hyvän vastauksen piirteisiin.

Yleisimmät virheet

  • Aminohapot luetaan DNA:sta. Kodonitaulukko on mRNA:n kodoneille. Muuta ensin DNA mRNA:ksi ja tarkista, kumpi DNA-juoste on annettu.
  • Urasiili unohtuu. RNA:ssa ei ole tymiiniä: DNA:n A pariutuu RNA:n U:n kanssa.
  • Kodoni ja antikodoni sekoittuvat. Kodoni on mRNA:ssa, antikodoni tRNA:ssa.
  • Translaatio tumassa. Aitotumaisilla translaatio tapahtuu solulimassa ribosomeissa, myös solulimakalvostoon kiinnittyneissä.
  • "Yksi geeni, yksi proteiini". Vaihtoehtoinen silmukointi tuottaa samasta geenistä useita proteiineja.
  • Vaiheet ilman paikkaa ja toimijoita. Kerro jokaisessa vaiheessa, missä se tapahtuu ja mikä entsyymi tai molekyyli sen tekee.

Jatka tästä

Miten geenien alleelit periytyvät, näytetään artikkelissa periytymistehtävät, ja miten DNA kahdentuu ennen solunjakautumista, artikkelissa mitoosi ja meioosi. Mutaatioiden merkityksestä evoluutiolle kerrotaan artikkelissa evoluution mekanismit. Kokeen rakenne ja pisteytys ovat artikkelissa biologian yo-koe. Solubiologian tehtäviä pääset harjoittelemaan palautteen kanssa Laran biologian abikurssilla.

Lähteet

Kertaa aiheittain

Pääset alkuun jo tänään

Harjoittele yo-kokeen kaltaisia tehtäviä ja saa selittävää palautetta jokaisesta vastauksesta.

Tutustu biologian abikurssiin

Tässä artikkelissa

Lue seuraavaksi

BiologiaKertaus aiheittain

Mitoosi ja meioosi: vaiheet ja erot

7 minBiologiaKertaus aiheittain

Periytymistehtävät: näin ratkaiset risteytystehtävän

7 minBiologiaKoe ja pisterajat

Biologian yo-kokeen vastaustekniikka ja arvostelu

6 min

Biologian abikurssi