Den centrala dogmen

Den centrala dogmen är teorin om att DNA blir till RNA (som blir till aminosyror) som blir till protein. Dogmen innefattar transkription och translation. För att förstå alla ord i det här inlägget kan det vara till hjälp att läsa mitt tidigare inlägg DNA-glosor.

Väldigt enkelt, och förkortat, skulle man kunna förklara den centrala dogmen genom nedanstående reaktionsritning. Denna innebär att först har vi DNA. Genom transkription får vi RNA. Därefter sker splitsning (splicing), varefter translation sker. Slutprodukten vi har är ett protein.

DNA —– (transkription) –> RNA —- (splising) — (translation) —-> protein

Transkription

Transkription består av tre delar kan man säga;

1. Initiering; igenkänning av specifika DNA-sekvenser. Hit hör bland annat hur transkriptionsfaktorer arbetar. Detta leder så småningom till att RNA-syntesen börjar.
2. Elongering; RNA börjar byggas upp, förlängas.
3. Terminering; Igenkänning av specifika DNA-sekvenser (slut-kodon). RNA-syntesen slutar.

Initiering; I våra cellers kärnor (cellkärnorna) finns vårt DNA. Det ligger hopvirat till kromosomer som virats runt proteiner som kallas histoner. Kromosomerna och histonerna bildar tillsammans det som kallas för kromatin. När transkription ska ske viras DNA-molekylen upp lite från histonet, men inte helt och hållet. På det viset görs några av generna tillgängliga gör enzymet polymeras. Men för att detta ska ske måste så kallade transkriptionsfaktorer arbeta med DNA-strängarna. Transkriptionsfaktorer är en grupp proteiner som behövs för att transkriptionen ska unna börja. Faktorerna delas först och främst upp i två grupper;

• Aktivator; gör transkriptionen möjlig
• Repressor; hindrar transkriptionen

Två transkriptionsfaktorer som är viktigt därför att de alltid finns i samband med transkription av alla gener (det finns gener där endast vissa speciella transkriptionsfaktorer är med), men som jag ändå inte kommer att fördjupa mig i eller förklara på något sätt är:

• TFIID
• TFIIH

TFIID är en transkriptionsfaktor som krävs för att andra faktorer ska kunna komma på plats. Olika proteiner binder till speciella sekvenser på promotorn (TATA-boxen). Det är lätt att binda in där, eftersom bindningen mellan T och A består av endast två vätebindningar, vilket gör bindningen lite svagare. Sedan kommer TFIID att göra så att olika ytor på generna blir åtkomliga. Då finns det andra proteiner som känner igen de bara ytorna på generna. Proteinerna binder in i generna när de har känt igen dem.

Promotorn binder till sig de olika transkriptionsfaktorerna och RNA-polymeraset. Tre former av polymeras är inblandade;

• Polymeras 1; detta enzym bidrar till att skapa föregångarna till rRNA.
• Polymeras 2; bidrar till att skapa föregångarna till mRNA och något som kallas mikroRNA.
• Polymeras 3; skapar tRNA och något som kallas 5sRNA.

TFIIH hjälper också till. Det tvingar, med hjälp av hydrolys av ATP, isär det dubbelsträngade DNAt. Även detta hjälper RNA-polymeraset att binda till DNA-strängen. På det viset byggs ett komplex upp, och när det är klart kommer RNA börja byggs upp.

Elongering; Fria kvävebaser kommer till och bildar tillsammans ett primärt mRNA-transkript utifrån DNA-strängen som mall. Det är en enkel mRNA-sträng. Om kvävebaserna på DNA är GCTA, då kommer kvävebaserna som bildar mRNA att bli CGAUT. T byts ut mot U i alla mRNA-molekyler. De så kallade ”föregångarna” bearbetas under transkriptionsprocessen och omvandlas så småningom till mRNA, tRNA och rRNA.

Terminering; Slutligen kommer hela processen till ett slut-kodon (TAG). Nu har det bildats något som är förstadiet till mRNA, låt oss kalla det pre-mRNA.

5´-kappning

Det finns två riktningar på DNA; den ena kallas 5´(fem-prim) och den andra 3´(tre-prim). Den övre DNA-strängen går (från vänster) från 5`till 3´ medan den undre strängen går tvärt om från 3´till 5´. Det är alltid DNAts övre sträng som bär informationen, koden, och den kallas för sense-sträng. Den undre strängen är komplementär och kallas för anti-sense.  De olika prim-ändarna ser olika ut, är uppbyggda på olika sätt.

pre-RNA har, precis som vilket RNA som helst, lätt för att brytas ner. Det är en instabil molekyl. För att hindra nedbrytning av pre-RNA sätts en 5´-kappa (eller kåpa) på RNAts 5´-ända. Detta sker genom en kemisk reaktion med hjälp av ett enzym som kallas Capping Enzyme Complec (CEC). Därefter ser båda ändarna på RNA ut som 3´-ändar, vilket förhindrar exonukleaser. Exonukleaser är enzymer som tar bort nukleotider från 5´-ändan av en kedja bestående av flera nukleotider (som DNA eller RNA).

Splicing

DNA består av introner och exoner. Det är exonerna som innehåller kodande informtion för våra gener. Intronerna är så kallat ”skräp-DNA” eftersom de saknar information som är vettig, information ska finnas i våra gener. Under transkriptionen kommer både exoner och introner att kopieras över till mRNA. Eftersom vi inte vill ha intronerna när vi skapar proteiner klipps dessa bort. Det är den process då intronerna klipps bort som kallas splicing.

Intronerna klipps bort med hjälp av så kallade ”splicesomer.” Det är små molekyler som klipper bort introner och klistrar ihop exoner. Man skulle kunna säga att molekylen som består av exoner och introner ”trycks ihop,” det liksom snörper åt på båda sidorna av introner på ett sådant sätt att det blir en liten loop av det. Kanterna på två exoner kommer på så vis nära varandra och kan klistras ihop.

Det är slutresultatet efter slicing som kallas för mRNA. När mRNA är färdigbildat lossnar mRNA från DNA, och DNA-molekylen sluts igen. mRNA-molekylen lämnar cellkärnan och tar sig ut till cellems cytoplasma.

Translation

Translation är processen då mRNA avkodas för att skapa (aminosyror) ett protein. Detta är också en process som består av tre delar, samma delar som transkriptionen med med lite annorlunda innebörd förståss:

• Initiering;; ribosomen binder till mRNA.
• Elongering; en lång kedja av aminosyror bildas; kedjorna kallas för polypeptider.
• Terminering; syntesen av protein upphör.

Initiering; Translation sker i cellens ribosomer som består av rRNA och proteiner. Ribosomen söker upp mRNA-molekylen. Ribosomens undre del placerar sig under mRNA-molekylen, den övre delen placerar sig ovanför. På det viset sätts mRNA-molekylen fast i ribosomen. Nu kommer fria tRNA-molekyler att  slängs in i ribosomen, det är en molekyl som bär med sig en aminosyra. Tripletten som sitter på mRNA kallas för kodon. Tripletten som kommer med tRNA kallas för anti-kodon. När de råkar vara så att kodon och anti-kodon passar ihop sätts de samman, tillfälligt. I detalj går det till så här;

Det finns tre platser i ribosomen; en ingångsplats, en utgångsplats och platsen däremellan. Det är dessa platser som kallas för E-, P- och A-site, och de är placerade i nämnd ordning. P-site är ingångsplatsen, E-site är exit-site.

1. Den första tripletten mRNA, startkodonet AUG, (eller i mycket sällsynta fall UUG) fäster i ribosomens P-site.
2. Nästa mRNA-triplett fäster vid ribosomens A-site. Det kallas också kodon.
3. En tRNA-molekyl (anti-kodon) slängs in i ribosomen. Om den inte passar ihop med mRNA-tripletten (kodon) slängs den i väg igen. Om den råkar passa ihop med det kodon som finns i ribosomens P-site fäster den där tillfälligt.
4. Nästa tRNA-molekyl (anti-kodon) passar ihop med den mRNA-molekyl som finns i ribosomens A-site. Den fäster där tillfälligt.
5. Elongering: Aminosyran som sitter på tRNA-molekylen placerad på ribosomens P-site släpper taget om tripletten och binder nu, med en peptidbindning, till aminosyran som sitter på den tRNA-molekyl som är placerad på ribosomens A-site. Anledningen till detta är att det sitter karboxylgrupper på aminosyrorna, det är dessa som reagerar med varandra. Nu sitter på E-site alltså bara en triplett från mRNA, på P-site sitter en mRNA-molekyl ihop med en tRNA-molekyl utan aminosyra. På A-siten sitter det också en mRNA-molekyl och en tRNA-molekyl ihop. På den tRNA-molekylen sitter det två aminosyror sammanbundna med en peptidbindning.
6. Ribosomen flyttar på sig så att de tripletter som satt på P-site nu hamnar på E-site. Tripletten som satt på A-site hamnar på P-site. På A-site finns bara mRNA-tripletten.
7. E-site är exit site. tRNA-molekylen som nu finns där släpps iväg. Kvar blir bara mRNA-molekylen som ju sitter ihop på längden med hela mRNA-molekylen som är en lång, lång kedja. På P-sitte sitter fortfarande mRNA- och tRNA-molekylerna ihop med två aminosyror, och  på A-site endast em mRNA-molekyl.
8. En ny tRNA-molekyl slängs in med tillhörande aminosyra slängs in. Om den inte passar slängs den ut igen, men om den passar placerar den sig ovanpå mRNA-molekylen på ribosomens A-site. Nu finns på E-site alltså bara tripletten från mRNA, P-site har en mRNA-molekyl och en tRNA-molekyl med två aminosyror.
9. Åter igen flyttar ribosomen på sig. Tripletterna flyttas i förhållande till ribosomen på samma sätt som tidigare. De två aminosyrorna binder till den nyss tillkomna aminosyran.
10. Terminering; Och så fortsätter det tills dess att ribosomen får ett stopp-kodon (TAG) i sin A-site. Ribosomen delar på sig till en övre och undre del och lämnar mRNA. Det har bildats långa kedjor av sammanhängande aminosyror som binder till varandra med peptidbindningar. Detta är polypeptider. Detta bildar sedan proteiner. Läs gärna mitt inlägg från termin 1 som också handlar om proteinsyntes, men med lite mer fokus på själva proteinerna.

Och nu två saker; först en film som visar hur translationen går till, sedan en bild som visar hela den centrala dogmen. Filmen är en länk från YouTube där du hittar många fina filmer om du vill;

Och här kommer bilden som beskriver hela den process som kallas för Den centrala dogmen.

Källa:

Andersson, S. et al. Gymnasiekemi B. Stockholm: Liber. 2009.

Brändén, H. Molekylärbiologi. 3:dje upplagan. Danmark: Studentlitteratur. 2003.

Fauci, A. et al. Harrison´s principles of internal medicine. 19:de upplagan. McGraw-Hill Education: USA. 2014.

Höög, J-O. Introduktion till biomedicin. Kompendium från Karolinska Institutet. 2012-10-01. (Hämtad 2014-05-01).

MedicinskOrdbok.se

Söderqvist, P. Basal Genetik, del 1. Föreläsning Linköpings Universitet. 2014-01-20.

Söderqvist, P.Basal Genetik, del 2. Föreläsning Linköpings Universitet. 2014-01-21.