PBL Fall 3: Proteinsyntes


Innehåll

  • Proteinsyntes 
  • Genreglering
  • Enzymreglering
  • Sterioider
  • Johannesört

 

Sammanfattning

 

Proteinsyntes - Transkription 

DNA

DNA är lindat runt Histoner som en jojo. När cellen befinner sig i fas mellan celldelning så är DNA tråden mer eller mindre upptvinnad och inte i kromosom stadie. Detta gör att Transkription av DNA till RNA kan utföras. De delar som läses av är mindre hårt packade,  och de andra som är hårt packade läses inte av (heterokromantin).

Längst ut på DNA har du teleomererna som visar att DNA är friskt och kan replikeras. Dessa kortas normalt av vid celldelning och efter för många delningar går det inte längre utan att viktig DNA försvinner.

Cellkärnana består av ett membran som har porer. Dessa innehåller aktiva transportpumpar för att frakta in och ut specifika molekyler ur kärnan. Inne i själv kärnan hittar vi även nukleolus, där det skapas rRNA innan det transporteras ut till cytoplasman för att tillverka proteiner.

DNA till RNA

För att underlätta och öka frekvensen för när ett DNA transkriberas till RNA så finns där en promotor-sekvens innan startsekvenserna, TATA box. Här binder RNA-polymeras in för att kunna börja transkriptionen.

Där finns delar som kan göra att Transkriptionsregulatorer binder in och både hämmar och promotar bildandet av RNA från DNA delen. På så sätt reglera mängden som transkriberas.  Dessa proteiner gör det lättare för Polymeraset att hitta startpunkten och på så sätt ökar sannolikheten. Platsen på DNA där regulatorer fäster kallas i eukaryota celler för enhancers.

Det är RNA-Polymeras 2 som används för att koda av DNA till RNA och denna är inte lika exakt som DNA polymeras. Detta åtgärdas dock genom att felaktigt RNA bryts ner igen. 

Acylering

Viker upp DNA, gör den mer tillgänglig.

Metylering

Mosar ihop DNA och gör att den inte kodas

Exoner kodas och Introner kodas inte.

 

 

Samtidigt och efter RNA har kodats så kör en del kontrollsystem som ser till att felaktigt RNA inte kommer vidare:

RNA-Capping

En "hatt" med metylerad guanin sätts på startändan (5')  av mRNA för att berätta att den är klar och ska fraktas bort ur kärnan och skyddar mot nedbrytning.

RNA-Splicing

Exoner och introner bestämmer vad som ska kodas eller ej. Dessa delar ska sedan sammanfogas av snRNA och här kan variationer uppstå.

Polydenylation

Slutet av ett mRNA markeras med ca 200st adeninnukleotider i 3' änden.

När mRNA är komplett har de gått igenom de olika kontrollstegen beskrivna ovan och kan därför nu fraktas ut ur kärnan till ribosomerna. Det fraktas ut ur kärnan genom NCP (Nuclear Pore Complexes). Det är bara exon-delen av mRNA som blir protein sen och inte cap eller poly-A delen.

 
 

 

Proteinsyntes - Translation

När det mogna mRNA når ut ur kärnan och till en Ribosom, så kommer den att binda in till startkoden (AUG) och koppla samman den stora och lilla enheten runta mRNA. Till detta kommer den första tRNA aminosyra (MET) att binda in till P läget i ribosomen och detta kallas då att den är laddat.

Sedan kommer tRNA att binda in till A-läget i ribosomen, för de tRNA som antikodon som matchar det kodon som finns i mRNA. När ett tRNA binder in kommer det att koppla samman med det som sitter på P och A, alltså kommer aminosyrorna växa som en kedja. Därefter flyttas de vidare till E och P, varvid en ny tRNA kan binda in till A och den använda och nakna (utan aminosyra) tRNA som är på E (exit) kan lämna.

Detta fortgår till dess att man når ett stoppkodon (UAA, UGA, UAG), när detta sker kommer det istället att binda in ett protein Release Factor, vilket gör att alla delar separerar sig och ett protein är bildat.

För att bestämma och få rätt aminostyra till tRNA så finns ett enzym aaRS (amino acid  tRNA syntetas) och till denna måste aminosyra och tRNA binda in och syntetisera ihop. Därför måste de båda matcha för att koppla samman och aktiveras. aaRS enzymet känner alltså av vilket antikodon som finns på tRNA molekylen.

 

 

 

Genreglering

Genreglering kan sker på många sätt och man kan börja med att titta på vad som finns på en DNA sträng som ska kodas om till mRNA. Vi har:

  • TATA-box, som är en standard box som börjar innan själva start-läget för mRNA. Till denna kan massa proteiner binda in som gör det enklare för RNA Polymerase 2 att binda in och transkribera.
  • Innan TATA-boxen har vi vad som kallas för upstream promoters. Dessa kan också binda in eller hämma transcription genom att störa veckningen av DNA så att det blir både enklare och svårare. Acylering, metylering.
  • Sedan en bra bit innan upstream promoters sitter Enhancers. Dessa kan med stimuli binda in till TATA-Box och ändra hur ofta transcription av en gen utförs. TF - Transcription factor binder in.
  • Splicing av Exoner kan ske olika.

I övrigt kan cellen reglera vad som går ut i cytosol, och även vilka proteriner som kommer degraderas. Utöver detta beroende på omständigheter är det bara vissa proteiner som aktiveras sedan (t.ex. genom fosforylering).

 

 
 

 

Genreglering - Histoner

Histoner kan påverkas för att göra DNA tråden mer tillgänglig och därför öka transcription av vissa delar av DNA strängen. Samtliga 4 metoder i bilden ger en positiv påverkan på transcription och underlättar den.

 

Enzymreglering

Enzymer hjälper kroppen att katalysera olika processer och sänka den energi som krävs för att en reaktion ska ske. Det kan vara allt från att klyva molekyler, sätta ihop eller förändra. Utan enzymer skulle processer ske allt för långsamt och utan vitaminer som viktig del i kosten till enzymer skulle kroppen sluta fungera.

Förhållanden som påverkar enzymer

  • Temperatur
  • pH
  • Jonstyrka
  • Subtratmängd

Covalent modifiering

Genom att binda in till enzymer eller protein kan man påverka deras beteende. T.ex. kan man slå av och på funktioner.

Metylering

Leder oftast till avstängning . Sätter på en metylgrupp (-CH3)

Fosforylering

Leder oftast till påslagning. Sätter på en fosfatgrupp (-P), utförs av kinaser.

Acetylering

Sätter på en acetylgrupp (CH3-O=)

Det finns även tillfällen då det inte är binärt, av eller på, utan det är mer ett reglage med bättre och sämre funktion. En del kan även kräva flera fosforyleringar för att fungera, eller så kräver de bara en och när andra tillkommer så inaktiveras enzymet.

 

Co-faktorer eller Prostetisk grupp

Sitter co-faktorn hårt fast vi enzymer är det en prostetisk grupp.  Detta är något som binder in till enzym för att öka dess katalytiska förmåga.

Kofaktorer delas in i två grupper:

  1. Metalljoner (zink2+)
  2. Coenzymer (t.ex. NAD+)

Heme är en prostetisk grupp i hemoglobinet.

 

Linjär och sigmoidal kurva

Myglobin och Hemoglobin har olika typer av kurvor och beror på att de har olika komplexitet som påverkar utseendet.

Vissa har dock en mer S-formad kurva (sigmoidal), som t.ex. Hemoglobinet. Detta beror på att faktorer i själva proteinet påverkar varandra. Hemoglobinet består av 4 liknande subenheter som sitter ihop och vardera del kan binda in syre. Ju fler av dessa som bundit in syre, ju större sannolikhet är det att nästa enhet också binder in sitt syre. Samma med när det ska avge syre, har en släppt så är sannolikheten högre att nästa släpper. 

Detta system är fördelaktigt och nödvändigt speciellt när kroppen ska avge syre till muskler. Myoglobin hade inte fungerat som syrebärare eftersom den är linjär och hade bundit för hårt och inte släppt ifrån sig det. Detta är en bra egenskap i musklerna, där just myoglobin finns. 

Det som gör att hemoglobinet binder olika är att ett histidin som sitter i heme-gruppen förflyttar sig när syre bind in. Detta medför att den knuffar till histidinet i bredvidliggande subenhet och förändrar dess egenskap.

 

Michaelis-Menten

Är en ekvation som beskriver hastighet och effektivitet hos enzymer. Detta är ett mått som kan användas relativt för hur snabbt enzymer kan arbeta och katalysera processer. Låg Km är bra, man vill att hastigheten ska vara hög även om substratmängden är låg.

 

 

Vmax

Den maximala hastigheten för hur mycket produkter enzymet kan producera

Vmax/2

Den punkt där enzymet har halva sin maximala hastighet

Km

Den mängd substrat som behövs för att uppnå Vmax/2

 
 

Enzyminhibering

Många viktiga mediciner är just enzymhibitorer och även ämnen som nervgas, insektsmedel och växtgift är ofta enzyminhibitorer.

  • Tävlande
    • Matchar i hålet för active-site
    • Kan hävas genom att öka mängd subtrat, ökar sannolikheten att ta subtrata för inhibator.
  • O-kompetiv
    • Kan lägga sig vid öppning och i vägen för subtrats ska bli produkt.
  • Icke-kompetiv
    • Kan lägga sig på annan del av enzymet och deformera det
    • Kan INTE hävas med extra subtrat eftersom det inte konkurrerar.

  

Steroider

Typiska för en steorid är att de har flera ringar ihopsatta (4 st), är en lipid och de är då även fettlösliga och kan ta sig in i cellerna. Det finns många olika typer av steorider, som t.ex. hormoner, kortisol, kolesterol och testosteron.

 

 

Johannesört

Johannesört har en del olika effekter på kroppen och man tar det ofta för att det är lugnande och antidepressivt. Det Johannesört också gör är att ökar produktionen av protiner av familjen CYP-enzymer. Dessa är delar av kroppens fabrik för att bryta ner läkemedel. Detta kommer därför öka mängden protein som bryter ner läkemedel och göra att flera viktiga sådana får dämpad effekt. Exempel kan vara hjärt- och HIV- medicin, samt p-piller.

 

Påverkan CYP3A4