Informatie

DNA-code en codon


Ik werk als lerares op een middelbare school en ik geloof dat in de meeste schoolboeken van de middelbare school in mijn land een vertaalprobleem staat met enkele basisprincipes van de moleculaire biologie. Het heeft zich zo verspreid dat men begint te twijfelen aan zijn basiskennis, dus hier komt het:

Laten we bijvoorbeeld zeggen dat een triplet in mRNA is: 5' AUG 3'

Dat triplet heet CODON. (geen probleem daar)

Het DNA dat ermee overeenkomt heeft twee strengen. De ene is een coderende of sense-streng en bevat het bijbehorende triplet 5' ATG 3' De andere is een niet-coderende of antisense-streng en bevat de triplet 3' TAC 5'

Middelbare schoolboeken in mijn land zeggen dat de triplet 3' TAC 5' , dus de niet-coderende streng, de CODE is. Het slaat voor mij nergens op, maar ik zou het graag eens willen bekijken, aangezien in de Engelse literatuur de term code sowieso zelden wordt gebruikt en genetische code meestal wordt gepresenteerd als codons. Soms, wanneer de lijst met DNA-tripletten wordt gegeven (en het is altijd in de 5'->3'-richting omdat de informatie op die manier wordt gelezen), staat er "DNA-codons". Dus, om het samen te vatten - is de DNA-CODE gelijk aan tripletten in de coderende of de niet-coderende streng?

Thanx alvast!


De niet-coderende streng is inderdaad niet de coderende streng zoals de naam doet vermoeden. Het is de sjabloonstreng. De matrijsstreng dient als de streng van waaruit het mRNA wordt geconstrueerd. Het mRNA bevat het complement van de matrijsstreng en is in feite het eigenlijke codon. Dit is ook de reden waarom de andere streng de wordt genoemd coderende streng, het is het complement van de sjabloonstreng, waardoor het in wezen hetzelfde is als het mRNA, behalve dat uracil wordt vervangen door thymine.

DNA-streng sectie:

5'---A-T-G---3' => coderingsstreng : : : 3'---T-A-C---5' => sjabloonstreng

mRNA vorming:

5'---A-U-G---3' => mRNA-streng : : : 3'---T-A-C---5' => sjabloonstreng

In de Engelse literatuur wordt een sequentie zoals uw 3' TAC 5' (wanneer beschouwd als de aanvulling op een 5' ATG 3'- of 5' AUG 3'-codon) doorgaans een anticodon. Meestal is dit in de context van een tRNA met een anticodon tegen een codon op een mRNA. Zie bijvoorbeeld deze pagina van Moleculaire biologie van de cel of, op dezelfde manier, deze pagina van Berg's Biochemie

Over het algemeen, code wordt in de moleculaire biologie gebruikt om te verwijzen naar de conceptuele afbeelding van een codonsequentie naar een aminozuur (of metafunctie zoals STOP), of gezamenlijk naar de hele reeks van dergelijke afbeeldingen. Bij de laatste soort verwijzing is het waarschijnlijker dat de langere naam wordt gebruikt de genetische code.


Codon-diagram

De continuïteit van het leven is het resultaat van opslag, replicatie en transcriptie van genetische code, van de ene generatie levensvormen naar de andere, in de vorm van DNA en in sommige gevallen RNA. Het onderwerp van dit artikel is de codon-translatiekaart, die een belangrijk referentiepunt is om DNA-transcriptie te begrijpen, evenals de creatie van de 20 aminozuren.

De continuïteit van het leven is het resultaat van opslag, replicatie en transcriptie van genetische code, van de ene generatie levensvormen naar de andere, in de vorm van DNA en in sommige gevallen RNA. Het onderwerp van dit artikel is de codon-translatiekaart, die een belangrijk referentiepunt is om DNA-transcriptie te begrijpen, evenals de creatie van de 20 aminozuren.

Onomstotelijk bewijs voor de eenheid van al het leven

De basisbouwstenen van de genetische code zijn: universeel. In wezen heeft elke eencellige en meercellige levensvorm, die ooit op aarde heeft bestaan, een genoom gehad, bestaande uit dezelfde nucleotide-subeenheden (A, T/U, C, G). Dit bewijst duidelijk de gemeenschappelijke oorsprong van al het leven op onze planeet.

Wil je voor ons schrijven? Nou, we zijn op zoek naar goede schrijvers die het woord willen verspreiden. Neem contact met ons op, dan praten we verder.

DNA (Deoxyribonucleic Acid) is het molecuul dat alle genetische code van een organisme bevat. Het is het receptenboek, waarnaar door cellen wordt verwezen, om eiwitten te produceren die lichaamsfuncties mogelijk maken. Dit boek is uniek, in die zin dat het is geschreven met slechts vier alfabetten, die nucleotiden zijn. Het is volledig geschreven met woorden van drie letters, genaamd codons. Adenine, Guanine, Cytosine, en Thymine (A, G, C, T) zijn de vier nucleotiden (of brieven) die codons vormen (of woorden) in het DNA. In het RNA-molecuul (ribonucleïnezuur) bestaat de genetische code uit de vier letters, Adenine, Guanine, Cytosine, en Uracil (A, G, C, U).

De vier nucleotiden vormen 64 (= 4 3 ) tripletcombinaties of codons. Dus de hele genetische code is geschreven met slechts 64 verschillende woorden. Elk van de codons codeert voor een van de 20 verschillende aminozuren. Om precies te zijn, van de 64 codons coderen er 61 voor aminozuren (inclusief het startcodon in RNA, dat AUG is). De rest van de drie fungeren als stopcodons, die het transcriptieproces beëindigen. Meer dan één codon kan zich vertalen in hetzelfde aminozuur, dat een bouwsteen is van eiwitten. Hier is een RNA/DNA-codon-vertaler die u direct het aminozuur geeft dat is gekoppeld aan een bepaalde combinatie van nucleotide-triplet.

RNA/DNA-codonvertaler
Voer Nucleotide Triplet Combinatie in
Controleer aminozuur

Een gen is een DNA-segment, een reeks codons die informatie bevat over de synthese van een of meer eiwitten. Transcriptie is het proces waarbij een gen wordt gelezen en er informatie uit wordt gehaald voor eiwitsynthese.

De start van DNA-transcriptie van een gen wordt aangegeven door het startcodon. Stopcodons geven het einde van de transcriptie aan. De informatie over de synthese van elk gen wordt uit het DNA in de celkern gelezen en in de vorm van boodschapper-RNA (mRNA)-segmenten naar het buitenste cytoplasma overgebracht. Daarin synthetiseren de ribosomen met behulp van tRNA (transport-RNA-moleculen) eiwitten, met de juiste aminozuursequenties.

De DNA- en RNA-codondiagrammen die hieronder worden weergegeven, beschrijven de verschillende nucleotidecombinaties die de 20 bekende aminozuren vormen. Er is ontslag in de codering, aangezien meer dan één nucleotidecombinatie verwijst naar de creatie van hetzelfde aminozuur.

Als je biochemie studeert of van plan bent te studeren, zul je uiteindelijk de rol van mRNA (messenger-RNA) in DNA-transcriptie van de cel bestuderen. Het startcodon voor mRNA is AUG. Hier is een grafiek met de verschillende combinaties van nucleotiden die leiden tot de aanmaak van de 20 bekende aminozuren.

Aminozuur / Start-Stop-codon Codon (Nucleotide Triplet Combinaties)
Fenylalanine (Phe) (UUU, UUC)
Leucine (Leu) (UUA, UUG, CUU, CUC, CUA, CUG)
Methionine (Met) / Startcodon (AUG)
Valine (Val) (GUU, GUC, GUA, GUG)
Serine (ser) (UCU, UCC, UCA, UCG, AGU, AGC)
Proline (Pro) (CCU, CCC, CCA, CCG)
Threonine (Thr) (ACU, ACC, ACA, ACG)
Alanine (Ala) (GCU, GCC, GCA, GCG)
Tyrosine (Tyr) (UAU, UAC)
Histidine (His) (CAU, CAC)
Glutamine (Gln) (CAA, CAG)
Asparagine (Asn) (AAU, AAC)
Lysine (Lies) (AAA, AAG)
Asparaginezuur (Asp) (GAU, GAC)
Glutaminezuur (Glu) (GAA, GAG)
Cysteïne (Cys) (UGU, UGC)
Tryptofaan (Trp) (UGG)
Arginine (Arg) (CGU, CGC, CGA, CGG, AGA, AGG)
Glycine (Gly) (GGU, GGC, GGA, GGG)
Isoleucine (Ile) (AUU, AUC, AUA)
Stop Codon (UAA, UAG, UGA)

Wil je voor ons schrijven? Nou, we zijn op zoek naar goede schrijvers die het woord willen verspreiden. Neem contact met ons op, dan praten we verder.

De tabel voor DNA-codons verschilt van RNA, omdat het Thymine (dat bekend staat als Thymidine, in combinatie met deoxyribose) bevat in plaats van Uracil (dat bekend staat als Uridine, in combinatie met ribose). Deze DNA-codontabel wordt verkregen door 'T' te vervangen in plaats van 'U' in de RNA-codontabel en is er exact identiek aan. Als u de overeenkomst met de RNA-tabel wilt controleren, vervangt u eerst elke T door U.

Aminozuur / Start-Stop-codon Codon (Nucleotide Triplet Combinaties)
Fenylalanine (Phe) (TTT, TTC)
Leucine (Leu) (TTA, TTG, CTT, CTC, CTA, CTG)
Methionine (Met) / Startcodon (ATG)
Valine (Val) (GTT, GTC, GTA, GTG)
Serine (ser) (TCT, TCC, TCA, TCG, AGT, AGC)
Proline (Pro) (CCT, CCC, CCA, CCG)
Threonine (Thr) (ACT, ACC, ACA, ACG)
Alanine (Ala) (GCT, GCC, GCA, GCG)
Tyrosine (Tyr) (TAT, TAC)
Histidine (His) (KAT, CAC)
Glutamine (Gln) (CAA, CAG)
Asparagine (Asn) (AAT, AAC)
Lysine (Lies) (AAA, AAG)
Asparaginezuur (Asp) (GAT, GAC)
Glutaminezuur (Glu) (GAA, GAG)
Cysteïne (Cys) (TGT, TGC)
Tryptofaan (Trp) (TGG)
Arginine (Arg) (CGT, CGC, CGA, CGG, AGA, AGG)
Glycine (Gly) (GGT, GGC, GGA, GGG)
Isoleucine (Ile) (ATT, ATC, ATA)
Stop Codon (TAA, TAG, TGA)

Behalve de twee volledige sets DNA, die in elke menselijke lichaamscel aanwezig zijn, is er een erfelijke genetische component, die niet in de celkern zit, maar in de mitochondriën. Bij mensen wordt mitochondriaal DNA (mtDNA) rechtstreeks geërfd van moeder op zoon/dochter en bestaat het uit ongeveer 16.600 nucleotidebasen en codeert het voor 37 genen. De codonvertaling in dit organel wijkt enigszins af van de standaardcode.

In de mitochondriën van zoogdieren fungeren de AGA- en AGG-codons als stopcodons, in plaats van te vertalen naar arginine. Ook wordt AUA toegewezen aan methionine in mtDNA, in plaats van isoleucine, en het UGA-codon vertaalt zich in tryptofaan, in plaats van te werken als een stopcodon, zoals het normaal doet, in nucleair DNA.

Deze grafieken zijn nuttige referenties voor iedereen die DNA-transcriptie bestudeert. Het ontcijferen van de genetische code is echter een lastige klus. Wetenschappers bevinden zich nu in een fase waarin ze de hele menselijke DNA-sequentie hebben gedecodeerd, maar het meeste klopt niet. Het is alsof je een gedrukt boek in je hand hebt, maar niet kunt lezen, omdat veel ervan wartaal klinkt. Er valt nog veel meer te weten over de menselijke genetica, omdat het een enorm onontgonnen gebied is. Dit is goed nieuws voor degenen onder u die dit veld als een carrièreoptie verkennen.

Gerelateerde berichten

Een startcodon is het startpunt van translatie in een cel. Lees het volgende artikel voor meer informatie over dit onderwerp.

Stopcodons worden ook wel nonsense-codons of terminatiecodons genoemd. Dit artikel vermeldt alle feiten met betrekking tot dit specifieke type codon.

Alle levende organismen hebben energie nodig om verschillende functies uit te voeren. Deze energie wordt verkregen door een proces dat bekend staat als glycolyse. Scroll naar beneden om kennis te maken met het proces van anaërobe glycolyse.


De RNA-codons

Dit zijn de codons zoals ze worden gelezen op de sense (5' naar 3') DNA-streng. Behalve dat de nucleotide thymidine (t) wordt gevonden in plaats van uridine (U), lezen ze hetzelfde als RNA-codons. MRNA wordt echter feitelijk gesynthetiseerd met behulp van de antisense-streng van DNA (3' tot 5') als de matrijs.

Deze tafel zou met recht de Rosetta Stone of Life genoemd kunnen worden.

De genetische code (DNA)

TTT Phoe TCT ser TAT Tyr TGT Cys
TTC Phoe TCC ser TAC Tyr TGC Cys
TTA Leu TCA ser TAA STOP TGA STOP
TTG Leu TCG ser LABEL STOP TGG Trp
CTT Leu CCT Pro KAT Zijn CGT Arg
CTC Leu CCC Pro CAC Zijn CGC Arg
CTA Leu CCA Pro CAA Gln CGA Arg
CTG Leu CCG Pro CAG Gln CGG Arg
ATT Ile HANDELING Thr AAT asn AGT ser
ATC Ile ACC Thr AAC asn AGC ser
ATA Ile ACA Thr AAA Lys AGA Arg
ATG Leerde kennen* ACG Thr AAG Lys AGG Arg
GTT Val GCT Helaas GAT Adder GGT Gly
AV Val GCC Helaas GAC Adder GGC Gly
GTA Val GCA Helaas GAA Glu GGA Gly
GTG Val GCG Helaas GRAP Glu GGG Gly

*In het gen aan het begin van het gen geeft ATG aan waar de translatie van het RNA zal beginnen.


Geheim Codon

DNA wordt de genetische code voor het leven genoemd, omdat het informatie bevat over welke aminozuren samenkomen om verschillende eiwitten te maken. Je kunt de afkortingen van één letter voor aminozuren gebruiken om een ​​geheime boodschap te maken die een nieuwe betekenis zal geven aan de beschrijving van DNA als kralen aan een touwtje.

COVID-19-leernotitie: Alle levende wezens gebruiken dezelfde genetische code, maar sommige virussen, waaronder coronavirussen, gebruiken RNA in plaats van DNA om hun code op te slaan. RNA-decodering werkt op dezelfde manier als DNA-decodering, waarbij uracil (U) wordt vervangen door thymine (T). De gastheercel vertaalt het virale RNA in aminozuren die virale eiwitten vormen. Detectie van dit virale RNA is hoe artsen verifiëren of een patiënt is geïnfecteerd met dit specifieke coronavirus.

Gereedschappen en materialen

Samenkomst

Wijs elke ponyparelkleur toe aan een van de vier DNA-basen - adenine (A), thymine (T), cytosine (C) en guanine (G). De hierboven afgebeelde string gebruikt deze kleursleutel:

A: rood
T: geel
C: blauw
G: groen

Te doen en op te merken

Denk aan een woord of korte zin die u in uw DNA-streng wilt coderen. Zorg ervoor dat het kan worden gespeld of geklonken zonder de letters te gebruiken B, J, O, U, x, of Z. Deze letters zijn geen afkortingen voor een van de aminozuren. Bepaal met welke aminozuren de letters in uw zin overeenkomen door de aminozuurafkortingen van één letter op te zoeken in de aminozuurcodontabel. Gebruik vervolgens de tabel om de DNA-sequentie op te schrijven die codeert voor die aminozuren. Alle eiwitten beginnen met een methionine-aminozuurresidu dat wordt gecodeerd door de DNA-sequentie ATG. Ze eindigen wanneer het DNA codeert voor een van de drie stopcodons. Voeg ATG toe aan het begin van uw reeks en kies een van de drie stopcodons voor het einde van uw reeks. Maak je DNA-streng door de kralen zo te rijgen dat de kleuren overeenkomen met de volgorde van de DNA-sequentie die je hebt opgeschreven. Vergeet niet de juiste start- en stopcodons in uw reeks op te nemen. Ruil strengen met een vriend en kijk of je elkaars geheime boodschap kunt ontcijferen!

Wat gebeurd er?

Eiwitten zijn lange ketens van individuele aminozuursubeenheden. De volgorde van de aminozuren in de keten wordt bepaald door de DNA-sequentie van het gen dat ervoor codeert. Dit wordt gewoonlijk de genetische code.

DNA is een keten van vier verschillende nucleotiden (adenine, thymine, cytosine en guanine), vaak afgekort als A, T, C en G. Deze vier nucleotiden (soms basen genoemd) geven de instructies voor de 20 verschillende aminozuren die eiwitten samenstellen. Elk aminozuur wordt gecodeerd door een sequentie van drie DNA-basen, genaamd a codon. Omdat er drie DNA-basen nodig zijn om een ​​aminozuur aan te duiden, zijn er genoeg combinaties van de vier verschillende basen om alle aminozuren weer te geven, evenals drie stopcodons die aangeven wanneer het eiwit eindigt. Elke base kan zich op elke positie bevinden, wat 4 3 of 64 mogelijke combinaties oplevert, dus er is enige redundantie tussen de 20 aminozuren. Dit betekent alleen dat een bepaald aminozuur kan worden gecodeerd door meer dan één DNA-codonsequentie.

Voor de eenvoud worden individuele aminozuren vaak afgekort met afkortingen van één of drie letters. Het aminozuur arginine kan bijvoorbeeld worden afgekort als Arg of R. De aminozuurafkortingen van één letter bieden een leuke manier om geheime berichten te schrijven met behulp van de genetische code. Omdat er maar 20 verschillende aminozuren zijn, zijn er 6 letters van het alfabet die niet voor een specifiek aminozuur staan. Met de 20 letters die dat wel doen, kun je de genetische code gebruiken om de DNA-volgorde te bepalen die overeenkomt met je aminozuurboodschap.

De boodschap kan worden geschreven met vier verschillende kleuren die de vier verschillende basen vertegenwoordigen waaruit DNA bestaat. De ketting in de afbeelding bovenaan de pagina heeft deze volgorde:

De reeks begint met RYG. Met behulp van de kleursleutel in de sectie Assemblage komt dit overeen met de basen ATG, het methionine-startcodon waarmee elke eiwitsequentie begint. Kun je de rest van het bericht ontcijferen?

Verder gaan

In 2008 maakten onderzoekers van het J. Craig Venter Institute bekend dat ze het hele genoom van een kleine bacterie van de grond af hadden opgebouwd, waarmee ze het eerste voorbeeld van synthetisch leven hadden gecreëerd. Om het door de mens gemaakte genoom van het natuurlijke te onderscheiden, hebben de wetenschappers "watermerken" in de DNA-sequentie ingevoegd. Deze sequenties werden gedecodeerd tot hun aminozuurafkortingen van één letter en onthulden vijf watermerken ter herdenking van degenen die aan het project hadden gewerkt: VENTERINSTITVTE, CRAIGVENTER, HAMSMITH, CINDIANDCLYDE, GLASSANDCLYDE.


De code kraken

De dubbele helixstructuur van DNA werd ontdekt in 1953. Het duurde nog maar acht jaar om de genetische code te kraken. De wetenschapper die in de eerste plaats verantwoordelijk was voor het ontcijferen van de code, was de Amerikaanse biochemicus Marshall Nirenberg, die werkte bij de National Institutes of Health in de Verenigde Staten. Toen Nirenberg in 1959 met het onderzoek begon, was de manier waarop eiwitten geen post worden gesynthetiseerd in cellen niet goed begrepen, en boodschapper-RNA was nog niet ontdekt. In die tijd wisten wetenschappers niet eens of DNA of RNA het molecuul was dat werd gebruikt als sjabloon voor eiwitsynthese. Nirenberg bedacht samen met een medewerker genaamd Heinrich Matthaei een ingenieus experiment om te bepalen welk molecuul - DNA of RNA - deze belangrijke rol speelt. Ze begonnen ook de genetische code te ontcijferen.

Nirenberg en Matthaei voegden de inhoud van bacteriële cellen toe aan elk van 20 reageerbuisjes. De celinhoud leverde de nodige 'machines' voor de synthese van een polypeptidemolecuul. De onderzoekers voegden ook alle 20 aminozuren toe aan de reageerbuisjes, met in elke reageerbuis een ander aminozuur “tagged” door een radioactief element. Op die manier zouden ze, als zich een polypeptide in een reageerbuis zou vormen, kunnen zien welk aminozuur het bevat. Vervolgens voegden ze synthetisch RNA met slechts één stikstofbase toe aan alle 20 reageerbuizen. Ze gebruikten de basis uracil in hun eerste experiment. Ze ontdekten dat een RNA-keten die alleen uit uracilbasen bestaat, een polypeptideketen van het aminozuur fenylalanine produceert. Dit experiment toonde aan dat RNA (in plaats van DNA) het sjabloon is voor eiwitsynthese, maar het toonde ook aan dat een reeks uracilbasen codeert voor het aminozuur fenylalanine. Het was 1961 en het was een gedenkwaardige gebeurtenis. Toen Nirenberg de ontdekking later dat jaar op een wetenschappelijke conferentie presenteerde, kreeg hij een staande ovatie. Zoals Nirenberg het zegt: 'Ik werd de komende vijf jaar als een wetenschappelijke rockster'.

Nadat Nirenberg en Matthaei het eerste woord van de genetische code hadden gekraakt, gebruikten ze soortgelijke experimenten om aan te tonen dat elk codon uit drie basen bestaat. Het duurde niet lang of ze hadden de codons voor alle 20 aminozuren ontdekt. In 1968 werd Nirenberg, als erkenning voor deze belangrijke prestatie, uitgeroepen tot mede-winnaar van de Nobelprijs voor fysiologie of geneeskunde.


Functie van genetische code

Dankzij de genetische code kunnen cellen een verbijsterende hoeveelheid informatie bevatten.

Denk hier eens over na: een microscopisch bevruchte eicel kan, volgens de instructies in zijn genetische code, een mens of olifant voortbrengen die zelfs dezelfde persoonlijkheid en hetzelfde gedrag heeft als die van zijn ouders. Er staat veel informatie in!

De ontwikkeling van de genetische code was van vitaal belang omdat het levende wezens in staat stelde om op betrouwbare wijze producten te produceren die nodig zijn om te overleven - en om instructies door te geven om hetzelfde te doen aan de volgende generatie.

Wanneer een cel zich wil voortplanten, is een van de eerste dingen die hij doet een kopie maken van zijn DNA. Dit is de "S"-fase van de celcyclus, wat staat voor de "Synthese" van een nieuwe kopie van het DNA van de cel.

De informatie die in DNA wordt gecodeerd, wordt bewaard door de specifieke koppeling van DNA-basen met elkaar. Adenine zal alleen binden met Thymine, Cytosine met Guanine, enz..

Dat betekent dat wanneer een cel zijn DNA wil kopiëren, hij alleen maar de twee strengen van de dubbele helix hoeft te scheiden en de nucleotiden moet uitlijnen waarmee de basen van het bestaande DNA "willen" paren.

Deze specifieke basenparing zorgt ervoor dat de nieuwe partnerstreng dezelfde reeks basenparen zal bevatten – dezelfde “code” – als de oude partnerstreng. Elke resulterende dubbele helix bevat één streng oud DNA gecombineerd met één streng nieuw DNA.

Deze nieuwe dubbele helixen zullen worden geërfd door twee dochtercellen. Wanneer het tijd is voor die dochtercellen om zich voort te planten, fungeert elke streng van deze nieuwe dubbele helices als sjablonen voor een nieuwe dubbele helix!

Wanneer het tijd is voor een cel om de instructies in zijn DNA te "lezen", gebruikt deze hetzelfde principe van specifieke paarbinding. RNA lijkt erg op DNA en elke RNA-base bindt specifiek aan één DNA-base. Uracil bindt aan adenine, cytosine aan guanine, enz.

Dit betekent dat, net als DNA-replicatie, de informatie in DNA nauwkeurig wordt overgedragen naar RNA, zolang de resulterende RNA-streng is samengesteld uit de basen die specifiek binden met de basen in het DNA.

Soms kan de RNA-streng zelf het eindproduct zijn. Structuren gemaakt van RNA vervullen belangrijke functies in onszelf, waaronder het samenstellen van eiwitten, het reguleren van genexpressie en het katalyseren van de vorming van eiwitten.

Sommige wetenschappers denken zelfs dat het eerste leven op aarde voornamelijk uit RNA bestond. Dit komt omdat RNA informatie in zijn basenparen kan opslaan, net als DNA, maar ook enkele enzymatische en regulerende functies kan vervullen.

In de meeste gevallen wordt het RNA echter getranscribeerd in een eiwit. Met behulp van de aminozuur 'bouwstenen van het leven' kunnen onze cellen bijna eiwitmachines bouwen voor bijna elk doel, van spiervezels tot neurotransmitters tot spijsverteringsenzymen.

Bij eiwittranscriptie worden de RNA-codons die uit het DNA zijn getranscribeerd, "gelezen" door een ribosoom. Het ribosoom vindt het juiste transfer-RNA (tRNA) met "anti-codons" die complementair zijn aan de codons in het boodschapper-RNA (mRNA) dat van het DNA is getranscribeerd.

Ribosomen katalyseren de vorming van peptidebindingen tussen de aminozuren terwijl ze elk codon in het mRNA "lezen". Aan het einde van het proces heb je een reeks aminozuren zoals gespecificeerd door het DNA - dat wil zeggen, een eiwit.

Andere bouwstenen van het leven, zoals suikers en lipiden, worden op hun beurt gemaakt door eiwitten. Op deze manier wordt de informatie in het DNA omgezet in alle materialen van het leven, met behulp van de genetische code!


Het centrale dogma: DNA codeert voor RNA RNA codeert voor eiwit

De stroom van genetische informatie in cellen van DNA naar mRNA naar eiwit wordt beschreven door het centrale dogma (Figuur (PageIndex<2>)), dat stelt dat genen de volgorde van mRNA's specificeren, die op hun beurt de volgorde van eiwitten specificeren . Het decoderen van het ene molecuul naar het andere wordt uitgevoerd door specifieke eiwitten en RNA's. Omdat de informatie die is opgeslagen in DNA zo centraal staat in de cellulaire functie, is het intuïtief logisch dat de cel mRNA-kopieën van deze informatie zou maken voor eiwitsynthese, terwijl het DNA zelf intact en beschermd blijft. Het kopiëren van DNA naar RNA is relatief eenvoudig, waarbij één nucleotide aan de mRNA-streng wordt toegevoegd voor elke nucleotide die in de DNA-streng wordt gelezen. De vertaling naar eiwit is iets complexer omdat drie mRNA-nucleotiden overeenkomen met één aminozuur in de polypeptidesequentie. De translatie naar eiwit is echter nog steeds systematisch en colineair, zodat nucleotiden 1 tot 3 overeenkomen met aminozuur 1, nucleotiden 4 tot 6 overeenkomen met aminozuur 2, enzovoort.

Afbeelding (PageIndex<2>): Instructies over DNA worden getranscribeerd op boodschapper-RNA. Ribosomen kunnen de genetische informatie lezen die op een streng boodschapper-RNA staat en deze informatie gebruiken om aminozuren aan elkaar te rijgen tot een eiwit.


Hoe DNA werkt

Om door te gaan met ons huisvoorbeeld: zodra de werkkopie van de blauwdruk de locatie heeft bereikt, moeten de arbeiders de materialen in elkaar zetten volgens de instructies die dit proces wordt genoemd vertaling. In het geval van een eiwit zijn de werkers de ribosomen en speciale RNA-moleculen genaamd overdracht RNA (tRNA). De bouwmaterialen zijn de aminozuren.

Laten we eerst eens kijken naar de ribosoom. Het ribosoom is gemaakt van RNA genaamd ribosomaal RNA (rRNA). In prokaryoten wordt rRNA gemaakt in het cytoplasma in eukaryoten, rRNA wordt gemaakt in de nucleolus. Het ribosoom bestaat uit twee delen, die aan weerszijden van het mRNA binden. Binnen het grootste deel zijn twee "kamers" (P- en A-plaatsen) die passen op twee aangrenzende codons van het mRNA, twee tRNA-moleculen en twee aminozuren. Eerst bevat de P-plaats het eerste codon in het mRNA en de A-plaats het volgende codon.

Laten we vervolgens naar de tRNA-moleculen kijken. Elk tRNA heeft een bindingsplaats voor een aminozuur. Omdat elk tRNA specifiek is voor een enkel aminozuur, moet het in staat zijn om het codon op het mRNA te herkennen dat codeert voor dat specifieke aminozuur. Daarom heeft elk tRNA een specifieke sequentie van drie nucleotiden, een anti-codon genaamd, die overeenkomt met het juiste mRNA-codon, zoals een slot en een sleutel. Als een codon op mRNA bijvoorbeeld de sequentie heeft: . -uracil-uracil-uracil-. (UUU) dat codeert voor het aminozuur fenylalanine, dan is het anti-codon op het fenylalanine-tRNA adenine-adenine-adenine (AAA) onthoud dat A bindt met U in RNA. De tRNA-moleculen drijven in het cytoplasma en binden vrije aminozuren. Eenmaal gebonden aan aminozuren, gaan de tRNA's (ook wel amino-acyl-tRNA's genoemd) op zoek naar ribosomen.

Laten we tot slot eens kijken naar de gebeurtenissen in de synthese van nieuwe eiwitten. Laten we bijvoorbeeld een klein mRNA-molecuul beschouwen met de volgende volgorde:

Alle mRNA-moleculen beginnen met AUG (het startcodon). UGA, UAA en UAG zijn stopcodons stopcodons hebben geen overeenkomstige tRNA-moleculen (werkelijke mRNA-moleculen hebben honderden codons).

De overeenkomstige sequentie van tRNA-anticodons zal zijn:

Er is geen tRNA dat overeenkomt met de stopcodons.

De aminozuursequentie gespecificeerd door dit kleine mRNA is:

We kennen deze volgorde van aminozuren door een tabel van de genetische code te gebruiken. De onderstaande genetische codetabel is voor mRNA en specificeert de basen op de eerste, tweede en derde positie van het codon met hun overeenkomstige aminozuren.

Laten we het aminozuur lezen dat wordt gespecificeerd door het mRNA-codon, AUG. Plaats eerst uw linkervinger op het eerste positiecodon (A), in de eerste kolom van de tabel. Beweeg uw linkervinger over de rij onder het tweede positiecodon (U) in de eerste rij. Plaats nu uw rechtervinger over het derde positiecodon (G) in dezelfde rij van de laatste kolom (G). Beweeg uw rechtervinger over de rij totdat deze uw linkervinger raakt en lees het aminozuur (methionine).


15.1 De genetische code

Aan het einde van dit gedeelte kunt u het volgende doen:

  • Leg het "centrale dogma" van DNA-eiwitsynthese uit
  • Beschrijf de genetische code en hoe de nucleotidesequentie de aminozuur- en eiwitsequentie voorschrijft

Het cellulaire transcriptieproces genereert boodschapper-RNA (mRNA), een mobiele moleculaire kopie van een of meer genen met een alfabet van A, C, G en uracil (U). Translatie van de mRNA-template op ribosomen zet op nucleotide gebaseerde genetische informatie om in een eiwitproduct. Dat is het centrale dogma van de DNA-eiwitsynthese. Eiwitsequenties bestaan ​​uit 20 veel voorkomende aminozuren, daarom kan worden gezegd dat het eiwitalfabet uit 20 "letters" bestaat (Figuur 15.2). Verschillende aminozuren hebben verschillende chemische eigenschappen (zoals zuur versus basisch, of polair en niet-polair) en verschillende structurele beperkingen. Variatie in aminozuurvolgorde is verantwoordelijk voor de enorme variatie in eiwitstructuur en -functie.

Het centrale dogma: DNA codeert voor RNA RNA codeert voor eiwit

De stroom van genetische informatie in cellen van DNA naar mRNA naar eiwit wordt beschreven door het centrale dogma (Figuur 15.3), dat stelt dat genen de sequentie van mRNA's specificeren, die op hun beurt de sequentie specificeren van aminozuren waaruit alle eiwitten bestaan. Het decoderen van het ene molecuul naar het andere wordt uitgevoerd door specifieke eiwitten en RNA's. Omdat de informatie die is opgeslagen in DNA zo centraal staat in de cellulaire functie, is het intuïtief logisch dat de cel mRNA-kopieën van deze informatie zou maken voor eiwitsynthese, terwijl het DNA zelf intact en beschermd blijft. Het kopiëren van DNA naar RNA is relatief eenvoudig, waarbij één nucleotide aan de mRNA-streng wordt toegevoegd voor elke nucleotide die in de DNA-streng wordt gelezen. De vertaling naar eiwit is iets complexer omdat drie mRNA-nucleotiden overeenkomen met één aminozuur in de polypeptidesequentie. De translatie naar eiwit is echter nog steeds systematisch en colineair, zodat nucleotiden 1 tot 3 overeenkomen met aminozuur 1, nucleotiden 4 tot 6 overeenkomen met aminozuur 2, enzovoort.

De genetische code is gedegenereerd en universeel

Elk aminozuur wordt gedefinieerd door een sequentie van drie nucleotiden die het tripletcodon wordt genoemd. Gezien de verschillende aantallen "letters" in het mRNA en eiwit "alfabetten", theoretiseerden wetenschappers dat afzonderlijke aminozuren moeten worden weergegeven door combinaties van nucleotiden. Nucleotidedoubletten zouden niet voldoende zijn om elk aminozuur te specificeren, omdat er slechts 16 mogelijke combinaties van twee nucleotiden zijn (4 2 ). Daarentegen zijn er 64 mogelijke nucleotidetriplets (4 3 ), wat veel meer is dan het aantal aminozuren. Wetenschappers theoretiseerden dat aminozuren werden gecodeerd door nucleotide-triplets en dat de genetische code "ontaard" was. Met andere woorden, een bepaald aminozuur kan worden gecodeerd door meer dan één nucleotidetriplet. Dit werd later experimenteel bevestigd: Francis Crick en Sydney Brenner gebruikten het chemische mutagene proflavine om één, twee of drie nucleotiden in het gen van een virus in te voegen. Wanneer een of twee nucleotiden werden ingevoegd, werden de normale eiwitten niet geproduceerd. Toen drie nucleotiden werden ingevoegd, was het eiwit gesynthetiseerd en functioneel. Dit toonde aan dat de aminozuren gespecificeerd moeten worden door groepen van drie nucleotiden. Deze nucleotidetriplets worden codons genoemd. De insertie van één of twee nucleotiden veranderde het triplet-leeskader volledig, waardoor de boodschap voor elk volgend aminozuur veranderde (Figuur 15.5). Hoewel insertie van drie nucleotiden ervoor zorgde dat er een extra aminozuur werd ingevoegd tijdens translatie, bleef de integriteit van de rest van het eiwit behouden.

Wetenschappers hebben de genetische code nauwgezet opgelost door synthetische mRNA's in vitro te vertalen en de door hen gespecificeerde eiwitten te sequencen (Figuur 15.4).

Naast codons die de toevoeging van een specifiek aminozuur aan een polypeptideketen instrueren, beëindigen drie van de 64 codons de eiwitsynthese en laten ze het polypeptide vrij uit de translatiemachinerie. Deze tripletten worden nonsense codons genoemd, of stop codons. Een ander codon, AUG, heeft ook een speciale functie. Naast het specificeren van het aminozuur methionine, dient het ook als startcodon om translatie te initiëren. Het leeskader voor translatie wordt ingesteld door het AUG-startcodon nabij het 5'-uiteinde van het mRNA. Na het startcodon wordt het mRNA in groepen van drie afgelezen totdat een stopcodon wordt gevonden.

De opstelling van de codeertabel onthult de structuur van de code. Er zijn zestien "blokken" van codons, elk gespecificeerd door de eerste en tweede nucleotiden van de codons binnen het blok, bijvoorbeeld het "AC*"-blok dat overeenkomt met het aminozuur threonine (Thr). Sommige blokken zijn verdeeld in een pyrimidine-helft, waarin het codon eindigt op U of C, en een purine-helft, waarin het codon eindigt op A of G. Sommige aminozuren krijgen een heel blok van vier codons, zoals alanine (Ala) , threonine (Thr) en proline (Pro). Sommigen krijgen de pyrimidine helft van hun blok, zoals histidine (His) en asparagine (Asn). Anderen krijgen de purine helft van hun blok, zoals glutamaat (Glu) en lysine (Lys). Merk op dat sommige aminozuren een blok en een half blok krijgen voor in totaal zes codons.

De specificatie van een enkel aminozuur door meerdere vergelijkbare codons wordt "degeneratie" genoemd. Er wordt aangenomen dat degeneratie een cellulair mechanisme is om de negatieve impact van willekeurige mutaties te verminderen. Codons die hetzelfde aminozuur specificeren, verschillen meestal slechts met één nucleotide. Bovendien worden aminozuren met chemisch vergelijkbare zijketens gecodeerd door vergelijkbare codons. Zo zijn aspartaat (Asp) en glutamaat (Glu), die het GA*-blok bezetten, beide negatief geladen. Deze nuance van de genetische code zorgt ervoor dat een substitutiemutatie van één nucleotide hetzelfde aminozuur kan specificeren, maar geen effect heeft of een vergelijkbaar aminozuur specificeert, waardoor wordt voorkomen dat het eiwit volledig onbruikbaar wordt.

De genetische code is bijna universeel. Op enkele kleine uitzonderingen na gebruiken vrijwel alle soorten dezelfde genetische code voor eiwitsynthese. Conservering van codons betekent dat een gezuiverd mRNA dat codeert voor het globine-eiwit bij paarden zou kunnen worden overgebracht naar een tulpencel en dat de tulp paardenglobine zou synthetiseren. Dat er maar één genetische code is, is krachtig bewijs dat al het leven op aarde een gemeenschappelijke oorsprong heeft, vooral gezien het feit dat er ongeveer 1084 mogelijke combinaties zijn van 20 aminozuren en 64 tripletcodons.

Link naar leren

Transcribeer een gen en vertaal het naar eiwit met behulp van complementaire paring en de genetische code op deze site.


Transcriptie en splicing

Transcriptie: het proces van het maken van pre-mRNA met behulp van een deel van het DNA als sjabloon.

  1. DNA-helicase-enzym zorgt ervoor dat een kort deel van het DNA wordt uitgepakt, waardoor de nucleotidebasen in dat gebied worden blootgelegd. (DNA-helicase beweegt voor RNA-polymerase langs)
  2. De nucleotidebasen op de matrijsstreng paren met hun complementaire nucleotiden uit de pool die in de kern aanwezig is.
  3. Het enzym RNA-polymerase beweegt langs de streng en verbindt de nucleotiden samen om een ​​pre-mRNA-molecuul te vormen.
  4. Omdat het RNA-polymerase de nucleotiden één voor één toevoegt om een ​​streng pre-mRNA te bouwen, komen de DNA-strengen weer samen achter het RNA-polymerase. Slechts ongeveer 12 basenparen op het DNA worden tegelijk blootgesteld.
  5. Wanneer het RNA-polymerase een stopcodon herkent, laat het los en is de productie van pre-mRNA voltooid.
  6. Pre-mRNA ondergaat dan splicing en het mRNA verlaat de kern via een nucleaire porie.

Splicing: komt voor in eukaryote cellen. prokaryotische cellen hebben geen introns, dus splicing van het DNA is niet nodig. Splicing is het verwijderen van introns en het weer samenvoegen van exons. Soms kunnen de exons op verschillende manieren worden gesplitst, zodat meer dan één eiwit van een enkel gen kan worden gemaakt. Verkeerde splitsing kan mutaties veroorzaken, waardoor de eiwitten niet-functioneel worden.

Hoe verschilt transcriptie van DNA-replicatie?

  • Het belangrijkste verschil tussen transcriptie en DNA-replicatie is dat tijdens transcriptie slechts een enkele streng mRNA wordt geproduceerd.
  • Tijdens DNA-replicatie moeten beide strengen worden gekopieerd en moet DNA-polymerase tegelijkertijd aan beide strengen werken. Omdat DNA-polymerase alleen nieuwe basen aan het vrije 3'-uiteinde van een molecuul kan toevoegen, kunnen de twee strengen niet op dezelfde manier worden gesynthetiseerd. De leidende streng wordt gesynthetiseerd als een continue keten. De lagging strand wordt in stukjes gesynthetiseerd. Daarentegen wordt het enkele mRNA-molecuul gesynthetiseerd als een continue streng.
  • Het andere verschil tussen de twee processen is dat tijdens de DNA-synthese het hele chromosoom wordt gekopieerd. Tijdens transcriptie worden specifieke genen getranscribeerd als reactie op signalen zoals transcriptiefactoren.


Bekijk de video: Genetika Molekuler, Sentral Dogma, Kodon (December 2021).