Hvordan er et gen uttrykt for å produsere et protein

Genuttrykk er en cellulær prosess hvor informasjonen kodet i et bestemt gen brukes til å produsere et funksjonelt protein eller et RNA-molekyl. Det forekommer i alle kjente livsformer, inkludert eukaryoter, prokaryoter samt virus. Transkripsjonen av et gen i et mRNA-molekyl og translasjonen av mRNA til en polynukleotidkjede av et funksjonelt protein er kjent som den sentrale dogmen for molekylærbiologi. Genuttrykk kan reguleres i forskjellige trinn i prosessen, slik som transkripsjon, post-transkripsjonelle modifikasjoner, oversettelse og posttranslasjonelle modifikasjoner. Differensialuttrykket av gener gjør at cellen kan produsere den nødvendige mengden proteiner for cellens funksjon.

Nøkkelområder dekket

1. Hva er genuttrykk
     - Definisjon, transkripsjon, oversettelse
2. Hvordan reguleres genuttrykket
     - Definisjon, regulering i eukaryoter og prokaryoter

Nøkkelbegreper: Eukaryoter, Gene Expression, mRNA, Prokaryoter, Protein, Transkripsjon, Oversettelse

Hva er genuttrykk

Genuttrykk er prosessen der genetiske instruksjoner brukes til å syntetisere genprodukter. Vanligvis strømmer informasjonen fra DNA til mRNA til protein. De to hovedtrinnene i genuttrykket er transkripsjon og oversettelse. Den sentrale dogmen for molekylærbiologi er vist i Figur 1.

Figur 1: Sentral dogma av molekylærbiologi

transkripsjon

Transskripsjon refererer til prosessen med å kopiere informasjonen til et gen til et nytt RNA-molekyl. Det er det første steget med genuttrykk i både eukaryoter og prokaryoter. RNA-polymerase er enzymet involvert i transkripsjonen. Tre forskjellige typer RNA produseres under transkripsjon: messenger RNA (mRNA), overførings RNA (tRNA) og ribosomalt RNA (rRNA). MRNAen bærer den genetiske informasjonen fra kjernen til cytoplasma. TRNA er et adapter RNA som tjener som den fysiske forbindelsen mellom mRNA og aminosyrer. RRNA danner de integrerte delene av ribosomet. Transkripsjonsprosessen er vist i figur 2.

Figur 2: Transkripsjon

Men i noen virus er det genetiske materialet negativt sans RNA. Her transcriberer den RNA-avhengige RNA-polymerase det negative sans-RNA i et mRNA.  

Post-transkripsjonelle modifikasjoner

Post-transkripsjonelle modifikasjoner refererer til prosessen med å konvertere det primære RNA-transkriptet til et modent mRNA-molekyl. De forekommer hovedsakelig i eukaryotisk genuttrykk. MRNA-molekylet fremstilt ved transkripsjonen er kjent som det primære RNA-transkripsjon eller pre-mRNA. Den behandles for å produsere det modne mRNA-molekylet i fire trinn: 5'-capping, polyadenylering og alternativ spleising. De 5 'capping er tillegg av en GTP til 5'-enden av pre-mRNA-molekylet. polyadenylation er tilsetningen av en poly-A-hale til 3'-enden av pre-mRNA-molekylet. Både 5'-hetten og poly-A-halen hindrer nedbrytningen av mRNA-molekylet. Eukaryote gener består av introner og exoner. Kun introner er kodet for aminosyresekvensen til et gen. Derfor fjernes exoner under RNA-spleising. Alternativ spleising er produksjonen av kodende sekvenser av flere polypeptidkjeder ved å kombinere forskjellige mønstre av introner. Post-transkripsjonell modifikasjon i eukaryotisk mRNA er vist i figur 3.

Figur 3: Post-transkripsjonelle modifikasjoner

De fleste prokaryote gener forekommer i klynger kjent som operoner. Operonene består av flere, funksjonelt relaterte gener regulert av en enkelt promotor. De transkriberer for å produsere et polykistronisk mRNA-molekyl som syntetiserer flere funksjonsrelaterte proteiner.

Oversettelse

Oversettelse refererer til prosessen hvor den genetiske koden som bæres av et mRNA-molekyl, dekodes, produserer en polypeptidkjede av et bestemt protein. Det forekommer i cytoplasma av ribosomer. Et system med tre aminosyrer er involvert i bestemmelsen av hver aminosyre i polypeptidkjeden. De tre nukleotidene i mRNA som representerer en aminosyre er kjent som et kodon. Det komplette kodonsystemet er kjent som den genetiske koden. Ulike tRNA-molekyler inneholder antikodoner som fikseres med hver kodon i mRNA. Derfor bærer de den tilsvarende aminosyre for syntesen av polypeptidkjeden. Oversettelse er vist i figur 4.

Figur 4: Oversettelse

Post-Translational Modifications

Post-translasjonelle modifikasjoner er den kovalente og enzymatiske modifikasjon av polypeptidkjeden av et funksjonelt protein. Ulike polysakkarid, lipid eller uorganiske grupper blir tilsatt for å fremstille et funksjonelt protein. Disse modifikasjonene er kjent som glykosylering, fosforylering, sulfering, etc. Ulike kofaktorer kan også bli tilsatt for å regulere proteinets funksjon. Post-translationelle modifikasjoner av insulinprotein er vist i figur 5.

Figur 5: Post-Translational Modifications

Hvordan reguleres genuttrykket

Cellen regulerer genuttrykket enten for å øke eller redusere antall proteiner som produseres inne i cellen. I eukaryoter kan det oppnås gjennom de forskjellige trinnene av genuttrykk, slik som transkripsjon, post-transkripsjonelle modifikasjoner, oversettelse og posttranslasjonelle modifikasjoner. I prokaryoter oppnås imidlertid reguleringen av genuttrykket under initieringen av genuttrykket.

Konklusjon

Produksjonen av funksjonelle proteiner inne i cellen oppnås gjennom ekspresjon av gener i genomet. De to hovedtrinnene i genuttrykket er transkripsjon og oversettelse i alle slags levende organismer, inkludert eukaryoter, prokaryoter og virus. Transskripsjon er produksjonen av et mRNA-molekyl basert på nukleotidsekvensen av genet. Oversettelse er produksjonen av en polypeptidkjede basert på kodonsekvensen av mRNA-molekylet. I eukaryoter kan genuttrykket reguleres i både transkripsjons- og translasjonsnivå. Imidlertid reguleres genuttrykket i prokaryoter under initiering av transkripsjon.

Henvisning:

1. "10.3.1 Genuttrykk og proteinsyntese." Planter i aksjon, Tilgjengelig her.

Bilde Courtesy:

1. "Central Dogma of Molecular Biochemistry with Enzymes" Av Dhorspool på en.wikipedia (CC BY-SA 3.0) via Commons Wikimedia
2. "Transkripsjonsprosess (13080846733)" Ved Genomics Education Program - Transkripsjonsprosess (CC BY 2.0) via Commons Wikimedia
3. "Figur 15 03 02" Av 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. "Insulin path" Ved lastet opp av Fred the Oyster (CC BY-SA 4.0) via Commons Wikimedia