Hur uttrycks en gen för att producera ett protein

Genuttryck är en cellulär process genom vilken den information som kodas i en viss gen används för framställning av ett funktionellt protein eller en RNA-molekyl. Det förekommer i alla kända livsformer inklusive eukaryoter, prokaryoter samt virus. Transkriptionen av en gen i en mRNA-molekyl och translationen av mRNA till en polynukleotidkedja av ett funktionellt protein är känd som den centrala dogmen för molekylärbiologi. Genuttryck kan regleras i olika steg i processen, såsom transkription, post-transkriptionella modifieringar, translation och post-translationella modifieringar. Differentialuttrycket av gener låter cellen producera den erforderliga mängden proteiner för cellens funktion.

Viktiga områden som omfattas

1. Vad är genuttryck
     - Definition, Transkription, Översättning
2. Hur regleras genuttrycket
     - Definition, förordning i eukaryoter och prokaryoter

Nyckelord: Eukaryoter, Genuttryck, MRNA, Prokaryoter, Protein, Transkription, Översättning

Vad är genuttryck

Genuttryck är den process genom vilken genetiska instruktioner används för att syntetisera genprodukter. Generellt strömmar informationen från DNA till mRNA till protein. De två huvudstegen i genuttrycket är transkription och translation. Den centrala dogmen för molekylärbiologi visas i Figur 1.

Figur 1: Central dogma av molekylärbiologi

Transkription

Transkription hänvisar till processen att kopiera informationen av en gen till en ny RNA-molekyl. Det är det första steget med genuttryck i både eukaryoter och prokaryoter. RNA-polymeras är enzymet involverat i transkriptionen. Tre olika typer av RNA produceras under transkription: messenger RNA (mRNA), överför RNA (tRNA) och ribosomalt RNA (rRNA). MRNA bär den genetiska informationen från kärnan till cytoplasman. TRNA är ett adapter-RNA som tjänar som den fysiska länken mellan mRNA och aminosyror. RRNAet bildar de integrerade delarna av ribosomen. Transkriptionsprocessen visas i figur 2.

Figur 2: Transkription

I vissa virus är emellertid det genetiska materialet negativt sint RNA. Här transcriberar det RNA-beroende RNA-polymeras det negativa sense-RNA i ett mRNA.  

Post-transkriptionella modifikationer

Post-transkriptionella modifikationer hänvisar till processen att omvandla det primära RNA-transkriptet till en mogen mRNA-molekyl. De förekommer huvudsakligen i det eukaryota genuttrycket. MRNA-molekylen som produceras genom transkriptionen är känd som det primära RNA-transkriptet eller pre-mRNA. Den bearbetas för att producera den mogna mRNA-molekylen under fyra steg: 5'-capping, polyadenylering och alternativ splicing. De 5 'capping är tillsatsen av en GTP till 5'-änden av pre-mRNA-molekylen. polyadenylering är tillsatsen av en poly-A-svans till 3'-änden av pre-mRNA-molekylen. Både 5'-locket och poly-A-svansen hindrar nedbrytningen av mRNA-molekylen. Eukaryotiska gener består av introner och exoner. Endast introner är kodade för en gens aminosyrasekvens. Därför avlägsnas exoner under RNA-splitsning. Alternativ splicing är framställning av kodande sekvenser av flera polypeptidkedjor genom att kombinera olika mönster av introner. Post-transkriptionell modifiering i eukaryot mRNA visas i figur 3.

Figur 3: Post-transkriptionella modifikationer

De flesta prokaryota gener förekommer i kluster som kallas operoner. Operonerna består av flera funktionsrelaterade gener reglerade av en enda promotor. De transkriberar för att producera en polykistisk mRNA-molekyl som syntetiserar flera funktionellt relaterade proteiner.

Översättning

Översättning hänför sig till processen där den genetiska koden som bärs av en mRNA-molekyl avkodas, vilket ger en polypeptidkedja av ett visst protein. Det förekommer i cytoplasman av ribosomer. Ett system med tre aminosyror är involverat i bestämningen av varje aminosyra i polypeptidkedjan. De tre nukleotiderna i mRNA som representerar en aminosyra är känd som ett kodon. Det fullständiga kodonsystemet är känt som den genetiska koden. Olika tRNA-molekyler innehåller antikodoner som fixar med varje kodon i mRNA. Följaktligen bär de motsvarande aminosyra för syntesen av polypeptidkedjan. Översättningen visas i figur 4.

Figur 4: Översättning

Post-Translational Modifications

Posttranslationella modifikationer är den kovalenta och enzymatiska modifieringen av polypeptidkedjan hos ett funktionellt protein. Olika polysackarid, lipid eller oorganiska grupper tillsättes för att framställa ett funktionellt protein. Dessa modifieringar är kända som glykosylering, fosforylering, sulfatering etc. Olika kofaktorer kan också tillsättas för att reglera proteins funktion. Post-translationella modifieringar av insulinprotein visas i figur 5.

Figur 5: Post-Translational Modifications

Hur regleras genuttrycket

Cellen reglerar genuttrycket antingen för att öka eller minska antalet proteiner som produceras inuti cellen. I eukaryoter kan det uppnås genom de olika stegen av genuttryck, såsom transkription, post-transkriptionella modifieringar, translation och posttranslationella modifikationer. I prokaryoter uppnås emellertid reglering av genuttrycket under initieringen av genuttrycket.

Slutsats

Produktionen av funktionella proteiner inuti cellen uppnås genom uttryck av gener i genomet. De två huvudstegen i genuttrycket är transkription och translation i alla typer av levande organismer inklusive eukaryoter, prokaryoter och virus. Transkription är produktionen av en mRNA-molekyl baserad på genens nukleotidsekvens. Översättning är produktionen av en polypeptidkedja baserad på codonsekvensen av mRNA-molekylen. I eukaryoter kan genuttrycket regleras i både transkriptions- och translationsnivåer. Emellertid regleras genuttrycket i prokaryoter under initiering av transkription.

Referens:

1. "10.3.1 Genuttryck och proteinsyntes." Växter i aktion, Tillgänglig här.

Image Courtesy:

1. "Central Dogma of Molecular Biochemistry With Enzymes" Av Dhorspool på en.wikipedia (CC BY-SA 3.0) via Wikimedia Commons
2. "Transkriptionsprocess (13080846733)" Genom Genomics Education Program - Transkriptionsprocess (CC BY 2.0) via Commons Wikimedia
3. "Figur 15 03 02" Genom CNX OpenStax - (CC BY 4.0) via Commons Wikimedia
4. "0324 DNA Translation and Codons" Av OpenStax - (CC BY 4.0) via Commons Wikimedia
5. "Insulinväg" Av Uppladdad av Fred the Oyster (CC BY-SA 4.0) via Wikimedia Commons