A7.6 Fra DNA til protein

Supplerende stof

Kapitel A7 er et temakapitel og ligger uden for kernestoffet. Dette afsnit er en kort oversigt over det, biologifaget kalder proteinsyntesen, set fra kemiens side. Det bruger aminosyrer og peptidbindinger fra afsnit B7.7 og afsnit B7.8 og sidekædernes bindinger fra afsnit A6.1.

NoteDet skal du kunne
  • beskrive de to trin fra DNA til protein
  • oversætte en sekvens i DNA til mRNA og videre til aminosyrer
  • forklare, hvordan én ændret base kan give et protein med andre egenskaber

Et protein er en kæde af aminosyrer i en ganske bestemt rækkefølge. Rækkefølgen bestemmer, hvordan kæden folder sig, og dermed hvad proteinet kan. Den står skrevet i DNA som en rækkefølge af baser. Vejen fra det ene til det andet går over to trin, og begge bygger på baseparring.

To trin

Figur 1: Fra DNA over mRNA til protein.

Transskription. De to strenge i DNA skilles på et kort stykke, og et enzym bygger en ny streng, som er komplementær til den ene af dem. Den nye streng bygges af nucleotider med ribose i stedet for deoxyribose og med uracil i stedet for thymin, og den kaldes mRNA. RNA står for ribonucleinsyre, og m står for messenger, som betyder budbringer. Uracil parrer med adenin på samme måde, som thymin gør. mRNA får altså samme sekvens som den anden DNA-streng, blot med U i stedet for T. Den DNA-streng kaldes den kodende streng.

Translation. mRNA læses tre baser ad gangen. Tre baser i træk kaldes et codon, og hvert codon svarer til én aminosyre. Aminosyrerne bindes sammen med peptidbindinger ved kondensation, som du lærte i afsnit B7.8.

DNA mRNA
Sukker deoxyribose ribose
Baser A, T, G og C A, U, G og C
Strenge to én
Holdbarhed meget holdbart nedbrydes hurtigt

Kemisk er forskellen lille: en OH-gruppe på carbonatom 2′ og en methylgruppe på en base. Men OH-gruppen sidder lige ved siden af phosphodiesterbindingen og kan hjælpe med at spalte den. RNA er derfor meget mindre holdbart end DNA. Det passer til opgaverne: DNA skal gemme oplysningerne hele livet, mens mRNA er en arbejdskopi, der skal væk igen.

Den genetiske kode

Hver af de tre baser i et codon kan være en af fire, så der er 64 forskellige codons, men kun 20 aminosyrer. De fleste aminosyrer har derfor flere codons. Tabellen viser codons i mRNA: find rækken med codonets to første baser og kolonnen med den tredje base.

De to første baser U C A G
UU Phe Phe Leu Leu
UC Ser Ser Ser Ser
UA Tyr Tyr stop stop
UG Cys Cys stop Trp
CU Leu Leu Leu Leu
CC Pro Pro Pro Pro
CA His His Gln Gln
CG Arg Arg Arg Arg
AU Ile Ile Ile Met
AC Thr Thr Thr Thr
AA Asn Asn Lys Lys
AG Ser Ser Arg Arg
GU Val Val Val Val
GC Ala Ala Ala Ala
GA Asp Asp Glu Glu
GG Gly Gly Gly Gly

Codonet AUG står for aminosyren methionin og er samtidig startsignal. Tre codons står ikke for nogen aminosyre. De er stopsignaler. Forkortelserne for aminosyrerne kender du fra afsnit A6.1 og afsnit B7.7. Nye er Pro (prolin), His (histidin), Ile (isoleucin) og Trp (tryptophan).

NoteEksempel: fra DNA til aminosyrer

Et stykke af den kodende streng i et gen har sekvensen 5′-ATGGAGGTTTAA-3′. Opskriv sekvensen i mRNA og rækkefølgen af aminosyrer.

mRNA

mRNA har samme sekvens som den kodende streng med U i stedet for T: 5′-AUGGAGGUUUAA-3′.

Codons

Sekvensen deles i codons fra 5′-enden, og hvert codon slås op i tabellen.

Codon AUG GAG GUU UAA
Aminosyre Met Glu Val stop

Konklusion

Stykket giver kæden methionin, glutaminsyre og valin, og derefter stopper kæden.

Én base kan gøre en forskel

En ændring i DNA’s sekvens kaldes en mutation. Skiftes én base ud, kan et codon komme til at stå for en anden aminosyre. Om det betyder noget, afhænger af sidekæden.

Figur 2: Mutationen bag seglcelleanæmi.

Hæmoglobin er det protein, der transporterer dioxygen i blodet, som du så i afsnit A6.3. Ved sygdommen seglcelleanæmi er én base i genet for hæmoglobin skiftet ud. Det ændrer én aminosyre ud af 146:

Aminosyre Sidekæde Egenskab
normalt glutaminsyre −CH2−CH2−COO− negativt ladet og polær
seglcelle valin −CH(CH3)2 upolær

Glutaminsyrens sidekæde sidder på proteinets overflade og binder sig til vandet omkring. Valins upolære sidekæde kan ikke binde sig til vand. Den søger i stedet mod en upolær lomme på et andet hæmoglobinmolekyle, og de to holder sammen med londonbindinger. Molekylerne klistrer sammen til lange, stive tråde, og de røde blodlegemer bliver trukket skæve og sætter sig fast i de små blodårer.

Det er de bindinger, du kender fra afsnit A6.1: én gruppe, der skifter fra ladet til upolær, er nok til at ændre et helt proteins opførsel.

mRNA som medicin

En mRNA-vaccine indeholder mRNA med opskriften på et protein fra et virus. Kroppens celler laver proteinet, og immunforsvaret lærer det at kende. Problemet er at få det negativt ladede og skrøbelige mRNA ind i cellerne. Løsningen er kemi: mRNA pakkes i bittesmå fedtdråber, hvor nogle af fedtstofferne har en positivt ladet aminogruppe. Den holder fast i phosphatgrupperne med ion-ionbindinger, og fedtstoffernes upolære kæder hjælper dråben gennem cellemembranen.

VigtigtTil den skriftlige prøve
  • Proteinsyntesen er ikke kernestof i kemi, men aminosyrer, peptidbindinger og sidekæder er.
  • Skal du forklare, hvorfor to proteiner opfører sig forskelligt, så sammenlign sidekæderne: ladet, polær eller upolær, og hvilke bindinger de kan danne.
  • Peptidbindingen dannes ved kondensation mellem en aminogruppe og en carboxylgruppe og spaltes ved hydrolyse.
NoteKort sagt
  • Ved transskription bygges en mRNA-streng med samme sekvens som den kodende streng i DNA, med U i stedet for T.
  • Ved translation læses mRNA i codons på tre baser, og hvert codon giver én aminosyre.
  • Den genetiske kode har 64 codons for 20 aminosyrer og tre stopsignaler.
  • En mutation kan skifte én aminosyre ud, og en anden sidekæde kan ændre proteinets egenskaber.
  • Ved seglcelleanæmi er en negativt ladet sidekæde skiftet ud med en upolær.

Se alle opgaver til emnet “Fra DNA til protein” (A7.6)