Hvernig myndast prótín í líkamanum?

Svar

Hér er einnig svarað spurningunum:

• Hvernig verða prótín til?
• Hvert er ferli prótínnýmyndunar í frumu í stuttu máli?

Prótínmyndun er mjög flókið efnafræðilegt ferli sem byrjar í erfðaefninu DNA en DNA er er efni genanna í litningunum. Hvert gen geymir upplýsingar um gerð tiltekins fjölpeptíðs en prótín eru gerð úr einni eða fleiri fjölpeptíðkeðjum. Upplýsingarnar eru fólgnar í röð byggingareininga í DNA sem kallast kirni (e. nucleotide) en þau eru af fjórum mismunandi gerðum. Mismunur þeirra liggur í gerð svokallaðs niturbasa í þeim. Niturbasarnir sem koma til greina eru sem sé fjórir og heita adenín (skammstafað A), týmín (T), gúanín (G) og cýtósín (C). Það er því í raun basaröð gens sem ákvarðar gerð prótíns.

Prótín eru gerð úr byggingareiningum sem heita amínósýrur. Fjöldi amínósýrugerða sem koma fyrir í prótínum er 20. Komið hefur í ljós að hver basaþrennd í DNA, til dæmis AAA eða ACT geymir upplýsingar um eina tiltekna amínósýru. Það er því basaröðin í geni sem ákvarðar amínósýruröð í fjölpeptíðkeðju og þar með prótínið.

Fyrsta skrefið í prótínmyndun er að umrita upplýsingar gens yfir í sameind sem heitir mótandi-RNA (mRNA). RNA er kjarnsýra eins og DNA en kirnin í RNA eru svolítið öðruvísi en í DNA þar sem einn basanna sem finnst í DNA kemur ekki fyrir í RNA. Þetta er basinn týmín (T), í stað hans kemur basinn úrasíl (U) fyrir í RNA.

Við umritun er basaröðin í geni notuð til að búa til samsvarandi basaröð í RNA. Basaþrenndirnar í mRNA sameindum kallast táknar (e. codon) þar sem þeir tákna hver um sig tiltekna amínósýru af þeim 20 gerðum sem finnast í prótínum. Táknar eru alls 64, enda eru möguleikar á að raða fjórum mismunandi basagerðum í þrenndir 4³ = 64. Sumar amínósýrur eru táknaðar af fleiri en einum tákna, sumir táknar eru upphafsmerki og aðrir stöðvunarmerki. Kallast þetta erfðatáknmálið (e. genetic code).

RNA kemur fyrir í þremur megingerðum og er hlutverk þeirra allra að taka þátt í að koma upplýsingum sem geymdar eru í geni til skila í formi prótínsameindar. Þegar er búið að nefna fyrstu gerðina, mRNA. Táknarnir í mRNA samsvara basaþrenndum í DNA. Þar sem genin eru í litningunum og litningarnir í kjarna frumu hlýtur mRNA að myndast í kjarnanum.



Þegar mRNA sameind hefur verið mynduð berst hún út úr kjarnanum í umfrymið þar sem er að finna ýmis frumulíffæri. Þeirra á meðal eru ríbósóm sem mætti kalla prótínverksmiðjur frumunnar. Í þeim er að finna aðra gerð af RNA, svokallaða ríbósóma-RNA (rRNA). mRNA sameindin rennur inn í ríbósóm og þar hefst næsta skref prótínmyndunar.

Þetta skref er í raun flókið efnaferli og kallast þýðing (e. translation) þar sem upplýsingar í mRNA eru þýddar yfir í fjölpeptíð. Til þess að þetta ferli geti átt sér stað þarf þriðja RNA-gerðin að koma við sögu. Það er svokallað tilfærslu-RNA (tRNA). Til eru að minnsta kosti 20 gerðir af tRNA í umfrymi frumu. Hver þeirra tengist tiltekinni amínósýru í umfryminu og færir í ríbósómið. Á vissum stað á hverri tRNA sameind er basaþrennd sem samsvarar tilteknum tákna á mRNA. Kallast þessi þrennd á tRNA andtákni (e. anticodon). Ríbósóm rennir sér yfir og „les“ mRNA sameindina, einn tákna í einu. Það hleypir inn í sig tRNA með samvarandi andtákna og sem tengt er viðeigandi amínósýru.

Fyrsta basaþrennd í öllum mRNA sameindum er AUG og er kallaður upphafstákni (e. start codon). Það er hægt að ímynda sér fjörugt ástand í umfrymi frumna þegar mRNA sameind rennur í gegnum ríbósóm sem „les“ basaröð hennar og hleypir samsvarandi tRNA sameind sem tengd er viðeigandi amínósýru inn í sig þar sem peptíðtengi myndast milli hennar og þeirrar sem kom inn á undan. Oftast er það reyndar þannig að mörg ríbósóm raða sér eftir sömu mRNA sameindinni og eru komin mislangt í að þýða basaröð hennar yfir í amnínósýruröð. tRNA sameindir eru á flakki milli umfrymis og ríbósóma eftir því hvenær tákni fyrir þeirra amínósýru er „lesin“ í ríbósómi. Út úr hverju ríbósómi í slíku fjölríbósómi er vaxandi amínósýrukeðja. Lengsta keðjan er út úr því ríbósómi sem byrjaði fyrst á þýðingunni.

Allar mRNA sameindir enda á sama táknanum sem virkar eins og stöðvunarmerki og veldur því að fjölpeptíðkeðjan losnar frá ríbósóminu.

Heimild og mynd:

• Access Excellence @ The National Health Museum