Genfunktion
Temaer på denne side:
- Transskription
- Translation
- Genfunktion i oversigt
Kromosomerne i vores celler indeholder en enorm mængde information. Det anslås, at mennesker har et sted omkring 30.000 gener. Hvert gen koder for et RNA-molekyle, som enten bruges direkte eller bruges som vejledning til dannelsen af et protein som f.eks. den tidligere viste insulin. Informationen i vores celler flyder generelt i en forudsigelig rækkefølge fra informationslagringsformen (DNA) gennem arbejdsformen (RNA) til det endelige produkt (protein). Yderligere oplysninger om emnerne på denne side kan også findes i de fleste introducerende lærebøger i biologi, vi anbefaler Campbell Biology, 11th edition.1 Denne vej anvendes af alle organismer og er vist i diagrammet nedenfor.
Som vist bruges DNA som en vejledning eller skabelon til produktion af mere DNA. Denne proces, kendt som replikation, behandles her.
Den proces, hvor bestemte dele af DNA (gener) bruges til at producere RNA, kaldes transkription. Vi vil behandle transkriptionen ret detaljeret, fordi ændringer i transkriptionen af visse gener er meget vigtige for udviklingen af kræft.
Det sæt af gener, der er “tændt” på et givet tidspunkt, er afgørende. Det variable miljø, som vi lever i, betyder, at forskellige gener skal være “tændt” på forskellige tidspunkter. Hvis et måltid f.eks. indeholder store mængder laktose, et sukkerstof, der findes i mælk, reagerer vores krop ved at tænde (transskribere) de gener, der fører til produktion af enzymer, der nedbryder laktose. Hvis der er et andet sukker eller næringsstof til stede, skal de korrekte gener tændes for at behandle det.
Transskription
Målet med transkription er at lave en RNA-kopi af et gen. Dette RNA kan styre dannelsen af et protein eller bruges direkte i cellen. Alle celler med en kerne indeholder nøjagtig den samme genetiske information. Som diskuteret er det kun en lille procentdel af generne, der faktisk bliver brugt til at lave RNA på et givet tidspunkt i en bestemt celle. Transkriptionsprocessen er meget nøje reguleret i normale celler.
- Generne skal transskriberes på det rigtige tidspunkt.
- Det RNA, der produceres fra et gen, skal laves i den rigtige mængde.
- KUN de nødvendige gener skal transskriberes.
- Det er lige så vigtigt at slukke for transkriptionen som at tænde den.
Du kan forestille dig dette som en sofistikeret produktionslinje, som du ville finde i en fabrik. Man ville ønske, at samlebåndet skulle fungere, når man havde brug for produktet, og lukke ned, når man ikke længere havde brug for produktet.
Menneskelige kromosomer indeholder en enorm mængde information. Hvert kromosom består af et enkelt ekstremt langt stykke DNA, der består af millioner af nukleotider. Et enkelt gen optager kun en lille del af et kromosom.
Den nedenstående animation viser organiseringen af DNA’et i et kromosom. DNA’et er snoet tæt sammen og er sløjfet for at optage mindre plads, ligesom når man vikler en tråd på en spole. Det kromosom, der er vist nedenfor, er blevet kopieret eller replikeret og har en karakteristisk X-form. Kromosomer ser sådan ud før celledeling.
Trin i transkription
For at transkriptionen kan fungere, skal der være en måde at identificere, hvor processen skal starte og stoppe på. Dette sker ved hjælp af særlige proteiner, som binder sig til starten af de gener, der skal transskriberes. Disse proteiner kaldes transkriptionsfaktorer.
Transkriptionsprocessen er opdelt i flere trin:
-
En transkriptionsfaktor genkender startstedet (promotoren) for et gen, der skal transskriberes.
-
Enzymet, der laver RNA’et (RNA-polymerase), binder sig til transkriptionsfaktoren og genkender startområdet.
-
Enzymet fortsætter ned ad DNA’et og laver en kopi, indtil enden af genet nås.
-
Enzymet falder af, og RNA’et frigives. Denne kopieringsproces kan gentages adskillige gange.
-
Hvis RNA’et er et RNA, der koder for et protein, forlader det kernen og kommer ind i cytosolen.
Husk, at det gen, der er afbildet ovenfor, faktisk er en strækning af nukleotider langs et DNA-molekyle (kromosomet).
Den uhensigtsmæssige aktivitet af transkriptionsfaktorer er blevet identificeret i næsten alle kendte kræftformer. Da disse faktorer er afgørende for en celles ordnede aktiviteter, kan en komponent, der opfører sig forkert, have vigtige virkninger for alle cellens andre dele. Hvis vi vender tilbage til analogien med produktionslinjen, kan en transkriptionsfaktor, der opfører sig forkert, føre til, at samlebåndet er i gang, når det ikke er meningen, og at der skabes for mange produkter. Alternativt kan samlebåndet måske ikke være tændt, når der er brug for det, hvilket fører til et underskud af et bestemt produkt.
Transkriptionsfaktorer
Nogle eksempler på transkriptionsfaktorer, der fungerer dårligt i menneskelige kræftformer, er:
- p53 (TP53)- Genet, der koder for transkriptionsfaktoren (protein) p53, er muteret i over halvdelen af alle kræftformer af enhver type. Det protein, som p53-genet koder for, er vigtigt, fordi det kontrollerer transkriptionen af gener, der er involveret i at få cellerne til at dele sig. Der findes flere oplysninger om p53-genet i afsnittet om tumorsuppressorer.
- Rb – Proteinproduktet fra dette gen er en transkriptionsfaktor med en interessant funktion. Det virker faktisk ved at blokere andre transkriptionsfaktorer. På den måde forhindrer Rb transkription af vigtige gener, der er nødvendige for, at celledelingen kan skride fremad. Rb-proteinet blev oprindeligt beskrevet som et gen, der er muteret i retinoblastoma, en kræftsygdom i øjet, hvorfra genet har sit navn, men det er nu kendt, at Rb-proteinet spiller en rolle i mange forskellige kræfttyper. Der findes flere oplysninger om Rb-genet i afsnittet om tumorsuppressorer.
- Østrogenreceptoren (ER) – Dette protein binder sig til østrogen, der trænger ind i cellen. Østrogen er et steroid (lipid) hormon, der produceres af æggestokkene. Kombinationen af protein og hormon virker derefter som en transkriptionsfaktor for at tænde gener, der gør det muligt for målcellerne at dele sig. Receptoren er aktiv i cellerne i de kvindelige reproduktionsorganer, f.eks. brysterne og æggestokkene. På grund af dette er østrogen anerkendt som en faktor, der øger væksten af visse kræftformer, der opstår i disse væv.
Mekanismen for østrogenets virkning er vist nedenfor.
Den lille grønne kugle repræsenterer østrogen. Det er et lille hydrofobt molekyle, og det kommer ind i cellerne ved at krydse gennem lipidemembranen. Når østrogenet er kommet ind i cellen, binder det sig til sin receptor (orangefarvet), og komplekset binder sig til DNA i kernen, hvilket får generne til at blive transskriberet.
Der er blevet udviklet flere lægemidler for at forsøge at blokere østrogenets genaktiverende funktion. Et almindeligt ordineret eksempel er tamoxifen, et lægemiddel, der delvist hæmmer østrogenets aktivitet. Tamoxifen er farvet lyserødt i animationen nedenfor.
Disse lægemidler skulle bremse væksten af kræftformer, der vokser som reaktion på tilstedeværelsen af østrogen og dets receptor. Der findes flere oplysninger om østrogenreceptorer og kræft i afsnittet om kræftbehandlinger.
Transkriptionsfaktorernes betydning for celledeling er blevet understreget flere gange. Kræft skyldes ukontrolleret celledeling, så den næste proces, der behandles, er celledeling. Det er vigtigt at forstå, hvordan denne proces normalt fungerer, så vi kan forstå, hvad der sker, når det går galt.
Translation
Når messenger RNA (mRNA) er produceret gennem den netop beskrevne transkriptionsproces, behandles mRNA’et i kernen og frigives derefter til cytosolen.
Derpå genkendes mRNA’et af de ribosomale underenheder, der findes i cytosolen, og budskabet “læses” af ribosomet for at producere et protein. Oplysningerne om retningen for dannelsen af proteinet er kodet i den sekvens af nukleotider, som mRNA’et består af. Grupper af tre nukleotider (kaldet kodoner) “læses” af ribosomet og fører til tilføjelse af en bestemt aminosyre i det voksende polypeptid (protein). Processen er skematisk afbildet i nedenstående animation.
Når proteinet er dannet, opnår det sin aktive foldede tilstand og er i stand til at udføre sine funktioner i cellen. Den korrekte foldning, transport, aktivitet og eventuel destruktion af proteiner er alle stærkt regulerede processer.
De gener, der styrer disse processer, er ofte beskadiget og fungerer ikke korrekt i kræftceller.
Mere information om dette emne kan findes i kapitel 1 i The Biology of Cancer af Robert A. Weinberg.
Genfunktion Resumé
Det centrale dogme
- DNA’et i vores kromosomer indeholder gener, der bliver transskriberet til RNA.
- Der findes flere forskellige typer RNA (tRNA, mRNA, rRNA osv.). ). De består af de samme byggesten, men har forskellige funktioner, placeringer og strukturer.
- Messenger-RNA (mRNA) kan oversættes til et protein. Standardinformationsstrømmen er:
- DNA→RNA→Protein
- Det sæt af gener, der er “tændt” på et givet tidspunkt, er afgørende. Forskellige gener skal være ‘tændt’ på forskellige tidspunkter afhængigt af behovene og funktionerne i en bestemt celle.
Transskription
- Målet med transskription er at lave en RNA-kopi af et gen.
- Transkriptionsfaktorer binder sig til genernes startpunkt for at identificere det sted, hvor transkriptionen begynder.
- p53, Rb, østrogenreceptoren er alle transkriptionsfaktorer, der fungerer dårligt i kræftsygdomme.
- Transkriptionsprocessen er opdelt i flere forskellige trin:
- Transkriptionsfaktoren genkender og binder sig til et gens startsted (promotor).
- Et RNA-frembringende enzym (RNA-polymerase) binder sig til transkriptionsfaktoren.
- Enzymet laver en RNA-kopi af genet.
- Enzymet falder af, og RNA’et frigives.
- RNA’et forbliver enten i kernen, eller det kommer ud i cytosolen.
Translation
- Målet med translation er at lave et protein ved hjælp af den information, der er kodet i mRNA.
- Translationsprocessen er opdelt i flere trin:
- mRNA forlader kernen og genkendes og bindes af ribosomale underenheder i cytosolen.
- Ribosomet ‘læser’ RNA’et tre nukleotider (et kodon) ad gangen.
- Ribosomet indsætter den aminosyre, der svarer til kodonet, i det voksende protein.
- Ribosomet støder på et stopkodon og afslutter proteinsyntesen.
- Proteinet går ind i en stærkt reguleret foldningsproces og opnår en fuldt foldet struktur.
- Generne, der styrer den korrekte foldning, transport, aktivitet og eventuel destruktion af proteiner, er ofte beskadiget eller fungerer dårligt i kræft.
- 1. Urry, L. A., Cain, M. L., Wasserman, S. A., Minorsky, P. V., & Reece, J. B. (2017). Campbell Biology (11th ed.). Pearson.
Leave a Reply