metro- og togskinner etc.) samt alle menneskers transport og aktivitet i løbet af bare nogle få timer.

Transkript

1 Prøv at forestille dig at du å en ferietur til London beslutter dig for at gå ind å en netcafé for at skrive en eller odatere din facebookrofil. Du sætter dig til rette ved tastaturet, men du har glemt at et britisk tastatur mangler de danske bogstaver æ, ø og å. Vil denne forglemmelse betyde at du ikke kan skrive noget? ej, selvfølgelig ikke, vel? Du vil blot skrive et ø som oe, å som aa og æ som ae. g røv at tænke over følgende eksemel: vis du får udleveret en kasse med legoklod hvor der kun findes 20 forskellige slags legoklod i kassen, du skal bygge en masse forskellige legofigurer, hver figur skal være bygget af mellem 100 og 1000 legoklod og skal indeholde mindst 18 af de 20 forskellige klod, så har du en idé om hvordan biologiske celler fremstiller roteiner. I roteiner er legoklodne dog nogle molekyler der hedder aminosyrer. I alle biologiske celler foregår der en roces der minder lidt om ovenstående eksemler; men hvad er det for en roces, hvorfor foregår den og hvad er denne roces en del af? Der er her tale om den såkaldte transskrition i cellers roteinsyntese. For at forstå hvordan bogstavshistorien (og legoeksemlet) ovenfor hænger sammen med cellers roteinsyntese, er vi nødt til at få styr å nogle begreber. Læs nærmere herom i de to efterfølgende delartikler. ellens roteinfremstilling I denne artikel, der består af tre delartikler, forklares hvordan biologiske celler ved hjæl af livets alfabet bygger roteiner, en roces der også kaldes roteinsyntesen. ellens tredimensionelle obygning er fascinerende komleks. På basis af 20 aminosyrer, der kan sammenlignes med legoklod, kan den menneskelige celle fremstille mere end forskellige roteiner. metro- og togskinner etc.) samt alle menneskers transort og aktivitet i løbet af bare nogle få timer. Eksemel 2: Menneskets forskellige celler roducerer mere end forskellige roteiner, og det sker vel at mærke ved hjæl af ca gener i hver af de enkelte celler. En del af forklaringen å dette aradoks er bl.a. at samme gen, altså en bestemt rækkefølge af ba i D (= en basesekvens), kan resultere i forskellige roteiner ved at sammensætte mindre områder af genets basesekvens i forskellige kombinationer. ertil kommer at gener kan være slukket eller tændt eller mange forskellige tilstande mellem disse to yderunkter. Dette lidt underlige faktum skyldes at generne er i stand til at reagere å det aktuelle miljø inden i og uden for cellen ved at obygge og kontrollere en bred vifte af molekylære kontrolmekanismer, en slags miniature-kontrolcomutere. om det vil fremgå af følgende (og forhåbentligt ædagogiske) beskrivel, så er cellers evne til at danne roteiner en å én gang både fascinerende og komleks roces. Det er dog å sin lads at understrege at der er meget mere at sige om roteiner og komleksiteten i celler, hvilket vi kort vil skite ved hjæl af tre eksemler. Eksemel 1: ellers tredimensionelle komleksitet kan illustreres ved at sammenligne en celle med en storby. Med København som eksemel vil cellekernen fylde hele den indre by, og membranen rundt om hele cellen ville ligge ca. 10 km fra centrum. Et rotein ville være å størrelse med en ersonbil, og roteinets bevægelsesfrihed inde i cellen vil ikke være større end bilens er i København. ertil skal lægges hele den øvrige infrastruktur (nedgravede kabler, kloaknet, Eksemel 3: Et er at danne den rigtige rækkefølge af aminosyrer i et rotein ved hjæl af roteinsyntesen, noget andet er at foldningen af roteinets tredimensionelle struktur skal styres, så de nydannede roteiner ikke kommer galt af sted. En løselig beregning kan vise at et mindre rotein der består ca. 125 aminosyrer, kan danne mere end 1050 forskellige konformationer (molekylers forskellige rumlige obygninger). elv om man forestiller sig at molekylet kunne afrøve 1013 af disse muligheder r. sekund, så ville det tage mere end 1030 år at nå igennem hovedarten. I cellen sker den korrekte foldning å ca. et minut ved hjæl af bl.a. nogle molekylære livvagter der beskytter det nydannede rotein mod uønsket indblanding fra andre molekyler i cellen eller uønsket tiltrækning mellem forskellige områder af roteinet. Desuden afleveres det endnu ufoldede rotein i særlige områder der sørger for at lede roteinet til det rigtige sted i

2 03*(0 cellen. Dette sker ved hjæl af særlige transortroteiner der er i stand til at se om det nydannede rotein hører hjemme i det ågældende område af cellen. (Læs også om Kinesinmotoren i ellen og dens 1000 motorer å side 23. Red.) Efter disse tre eksemler å cellens komleksitet vender vi igen blikket mod den fascinerende roteinsyntese i de to efterfølgende artikler. Læs nærmere om roteinsyntesen, cellens roteinfabrik, i delartikel 2 og 3. %F JPMPJLF BMBF P DFMMF QPFJBJL o QPFJZFF #JPMPJF DFBMF EPF Î P PLJWJ P PWF FMF IWP BMMF QPDFF ZF B %/" P 3/" "MMF PQLJF QÎ QPFJF F F J DFMMF %/" " "EFB 7FEFM versigtsfigur ver gang en celle har brug for at roducere et hormon (f.eks. insulin, østrogen eller testosteron) eller et enzym (f.eks. et af de mange fordøjelsesenzymer i tarmen) eller et transortrotein (f.eks. hæmoglobin i blodets røde blodlegemer), så går der besked til cellens D om at bruge oskriften å det ågældende stof. I grove træk kan rocessen, der også kaldes for biologiens centrale dogme, illustreres ved hjæl af oversigtsfiguren. D koiering (relikation) Protein R mskrivning (transskrition) versættelse (translation) #JPMPJF DFBMF EPF PBF QPDFFF P LJWJ P PWF FMF,PQJFJF ZEF JM WFF J mvf F F BF JLLF F EFM B EF DFBMF EPF F F BMMJFWFM FEBF P B JMMVFF B %/" LB EBF Z %/" ive B J FMWw WFE IK MQ B EF ÎLBMEF BFQB JQJDJQ FMMF imzmî FPEFw D elle D ellekerne Kromoson ukleotid P = Fosfat = Deoxyribose (sukker) Figur 1 = denin = hymin = uanin = ytosin 1MBDFJF B LPPPF J DFMMFLFF F WJ ZEF JM WFF %F i[ppf JEw QÎ %/" J DFMMFLFF WFE B FW F J B WFF PE I KF J mvf,pppf F PQZF B BFVMMF %/" P QPFJ %F LFJLF PQZJ B %/" F WJ J EF mvf ZEF JM I KF %F JQMFEF MJKF FMMF EF PBWF ZPMJFF EF ÎLBMEF IZEPFJEJF %JF JEJF F EF WBFF MFE FMMF EF IBMWEFMF B EF EPFMFFEF %/" PMFLZMF /Î i%/" MZMÎFw ÎF LF EF WFE B EJF IZEPFJEJF JF *MMVBJP "EFB "IMB *MM XXX FFFBmL EL -FPLMPEF P DFMMF QPFJBJL LBFMF EL

3 For at forstå detaljerne i oversigtsfiguren er det nødvendigt at uddybe hvad der gemmer sig bag molekylerne D, R og rotein samt rocesne koiering, omskrivning og oversættelse. versigtsfiguren antyder at et kemisk stof, D, indeholder et budskab, nemlig oskriften å et rotein. Budskabet eller roteinoskriften der ligger i cellens kerne, sendes i en lettere omskrevet udgave ud af cellens kerne ved hjæl af det kemiske stof R. Dernæst fabrikeres det ønskede rotein ud fra oskriften som R et har afleveret til cellens roteinfabrik. Denne fabrik hedder et ribosom og ligger uden for cellens kerne, nemlig i det såkaldte cytolasma (= cellens væskebeholdning). Desuden antydes det yderst til venstre i figuren at D danner nyt D ud fra sig selv. Koieringen foregår inden en celle deler sig og bliver til to celler, hvilket også nogle gange omtales som lynlås-metoden (norsk: glidelås-metoden). Denne koiering sikrer at de 2 celler indeholder identiske koier af D et fra den orindelige celle (se figur 2). D (fra det engelske Deoxyriboucleic cid der å dansk hedder deoxyribonukleinsyre) er et dobbeltstrenget kædeformet makromolekyle der udgør arvematerialet i alle levende organismer og i mange virus. I organismer med cellekerne (nuks) findes D hovedsageligt i cellekernen, heraf navnet nukleinsyre. D er obygget af grundenheder, nukleotider, der som erler å en snor er koblet sammen i ofte meget lange dobbeltstrengede kæder, se figur 1. ukleotiderne består af en sukkerdel, deoxyribose (), hvortil der er bundet en fosfatgrue (P) og én base (af fire mulige). Variationen i D er bestemt af 4 forskellige ba: adenin (), guanin (), cytosin () eller thymin (). Man omtaler også disse ba som de fire bogstaver i et såkaldt D-alfabet ukkergruerne er bundet sammen med fosfatgruerne, og denne sukker-fosfat-kæde udgør rygraden i Dstrengen. e figur 1. D er altså obygget af 2 modsat rettede kæder af nukleotider, og det betyder at en base i den ene kæde kan danne nogle svage bindinger (såkaldte hydrogenbindinger) til en base i den anden kæde. Det er dog ikke tilfældigt hvilke ba der as til hinanden, idet adenin () altid sidder over for thymin () mens guanin () altid sidder over for cytosin (), se figur 1. lle mennesker er begyndt tilværelsen som én celle, nemlig den celle der ostod da en sædcelle befrugtede en ægcelle. elle D koieres D ellekerne Figur 2

4 En forudsætning for at vi er blevet til et individ obygget af mange celler der kan læse denne tekst, er at der sket en masse celledelinger siden den første celle blev til ved sædcellens sammensmeltning med ægcellen. år celler deler sig, så er det ekstremt vigtigt at hele cellens D videregives til de efterfølgende celler fordi alle gener, altså oskriften å organismens bygning, er skrevet i D. ellen sikrer at der sker en nøjagtig koiering af D ved 1. at det dobbeltstrengede D-molekyle adskilles å langs, lidt ligesom når en lynlås lynes o, 2. og derefter indsættes der et overfor, eller et overfor et & vice versa e figur 2 Denne koiering (kaldes også relikation) af D ved hjæl af hver af de gamle dele af D-lynlåsen sikrer altså at der dannes 2 nøjagtige koier af den orindelige D-streng. Koieringen foretages i virkeligheden af en del forskellige enzymer. R (fra det engelske Riboucleic cid der å dansk hedder ribonukleinsyre) adskiller sig fra D å tre væsentlige unkter: 1. om navnet antyder, er sukkergruen i R en ribose (R) i modsætning til en deoxyribose i D. Der er tale om en meget lille kemisk forskel å hhv. ribose og deoxyribose. 2. De enkelte grundenheder i R, nukleotiderne, er således obygget af en fosfatgrue (P), en ribose hvortil der er bundet en af fire forskellige ba: adenin (), guanin (), cytosin () eller uracil (). R indeholder således basen uracil () i stedet for thymin (), men de to ba er kemisk næsten ens. R-alfabetet adskiller sig altså fra D-alfabetet ved at én base () er udskiftet med en anden base (). 3. elvom R-molekylets kemiske obygning minder meget om D-molekylets, så er R som hovedregel enkeltstrenget, mens D er dobbeltstrenget. e figur 3. år celler danner R, omtales denne roces som en omskrivning eller transskrition fra D til R. mskrivningen til R er, som i tastatureksemlet vi indledte denne artikelie med, en omskrivning af et budskab fra et alfabet til et andet, nemlig fra D-alfabetet til R-alfabetet. Ligesom man f.eks. kan erstatte et ø med oe, kan (i D) altså erstattes med (i R), men hvordan foregår denne omskrivning? Det minder lidt om lynlåsmetoden fra før, idet Dmolekylet igen lynes o, men i dette tilfælde dannes der ikke en identisk koi ud fra hver af de to halvdele af Dlynlåsen, kun ud fra den ene halvdel. Den halvdel af D der benyttes til at lave en omskrevet R-koi, kaldes for skabelon-d. Processen er vist i oversigtsform nedenfor (figur 4). Fidusen er at cellen benytter den ene del af Dlynlåsen til at lave en R-udgave. Processen sikrer altså at R (hvor er erstattet med ) er en omskrevet koi af den ene af de to D-halvdele. Derfor kaldes rocessen også en omskrivning eller en transskrition. ver gang skabelon-d-delen indeholder et, indsættes et i R, og hver gang skabelon-d-delen indeholder et, indsættes et i R. Dette sikres ved at, som nævnt tidligere, kun as sammen med. ver gang skabelon-d-delen indeholder et, indsættes et i R, og hver gang skabelon-d-delen indeholder et, indsættes et i R. Dette sikres ved at altid as sammen med, og altid as sammen med. Ved at betragte figur 4 kan det konstateres at det dannede R er en koi af det såkaldt kodende D, bortset fra at er erstattet med. Med kodende D understreges at den ene halvdel af den dobbelte D-streng indeholder en kode. Det vi sig nemlig at D indeholder en oskrift å sammensætningen eller rækkefølgen af de byggeklod som roteiner er sammensat af. Kodende D kabelon D Dobbeltstrenget ukleotider obygget af P, og en bane,, eller as sammen med as sammen med Enkeltstrenget ukleotider obygget af P, R og en bane,, eller as sammen med as sammen med R I delartikel 3 beskrives hvordan cellen sammensætter de enkelte roteiner.

5 03*(0 %F JPMPJLF BMBF P DFMMF QPFJBJL o QPFJZFF PLFMMJF BJPZF LB LPJFF QÎ VBMMJF ÎEF EF JEF P B ZF FE MFPLMPEF 1PFJFF MFPLMPEF " "EFB 7FEFM Den danske legetøjsgigant Lego havde å et tidsunkt et reklameslogan der lød:»it s a new toy every day.«(det er et nyt stykke legetøj hver dag.) Enhver der har leget med legoklod, véd at man med ganske få forskellige slags klod kan lave mange forskellige slags biler, huse, figurer etc. år biologiske celler fremstiller roteiner, så minder det lidt om bygge med Lego, men i roteiner er legoklodne nogle kemiske stoffer, aminosyrer. Disse aminosyrer er nogle relativt små molekyler, og der findes 20 forskellige slags i cellen. Proteiner består således af en lang række aminosyrer der er sat sammen i forlængelse af hinanden som erler å en snor. Forskellige roteiner er simelthen forskellige rækkefølger, længder og kombinationer af de 20 forskellige aminosyrer. e figur 5. Ved at sammensætte disse 20 forskellige aminosyrer forskelligt kan der bygges en enorm mængde forskellige roteiner, og det er faktisk hvad en biologisk celle gør når den laver roteiner. Denne roces kaldes translation (se figur 6 samt nedenstående forklaring). ellekerne D ransskrition ytolasma elle 'JV 0WFJmV PWF QPFJZFF ' PFBF F P LJWJ BLJQJP B %/" JM 3/" J DFMMFLFF /Î 3/" F BQPFF VE B DFMMFLFF LF PWF FMF BMBJPF B 3/" JM QPFJ J DFMMF DZPQMBB %FF LF WIB F ÎLBME JPP EF VFF P ÎEF Bn JFIFE P BMFBJL *MMVBJP "EFB "IMB *MM XXX FFFBmL EL 1PFJF F PQZF B PMF LZM F izflmpefw EF IFEEF yregrue minogrue BJPZF /BWF LZMEF B R BJPZF JEFIPMEF ÎEF F Radikal BJPVQQF /) P F ZF VQQF $00) WF JM WFF J mvf F WJ F FFFM PFM P BJPZF PQZJ WF JM I KF F WJ FLFQMF QÎ BJPZF $FMMF EBF QPFJF WFE B ZF VQQF J F BJPZF I F BF FE BJP VQQF J F BEF BJPZF 4BFI JF FMMF EF P BJPZF LBMEF F QFQJEJEJ WJ FE MÎ 7FE EBFMF B F QFQJE JEJ BQBMF F WBEPMFLZMF WJ FE E 7FE JM BEJIFE B I F ZF BJPZF QÎ Ñ BE BF WIB QFQJEJEJF LB DFMMF EBF QPFJF FE EF BF J P M EF P JQMFFF J %/" P 3/" PFLJWF 4F PÎ mv P *MMVBJP "EFB "IMB *MM XXX FFFBmL EL B ranslation R minosyre-struktur 'JV Protein Eksemler 3 2 R1 R1 lanin lycin Petidbinding R2 R2 -FPLMPEF P DFMMF QPFJBJL

6 Litteratur, se netudgaven af de tre artikler om roteinsyntesen PBW 5BMBJP Vi mangler nu kun at forklare hvordan cellen faktisk sammensætter det enkelte rotein ud fra de 20 forskellige aminosyrer der er tilgængelig for cellen. vordan kan D (og R) indeholde information om hvilke af de 20 forskellige aminosyrer (svarende til legoklod) som skal indsættes i roteinets erlerække? Eller mere ræcist: vordan kan et alfabet der kun består af 4 bogstaver, skabe tusindvis af forskellige roteiner i vores celler? Ved at sammensætte de 4 bogstaver i ord å hvert 3 bogstaver, er det muligt at danne 64 forskellige kombinationer eller ord. vert af disse ord kaldes også en trilet eller en codon, og de indeholder koden for én af de 20 forskellige aminosyrer. Det betyder til gengæld at flere forskellige triletter kan kode for den samme aminosyre, da der jo er 44 ekstra triletter til rådighed ud over de 20 der egentlig er brug for. ammenhængen mellem R-triletter og de enkelte byggeklod, aminosyrerne, er vist i figur 8. I figur 7 ses en oversigtstabel med eksemler å både transskritionen og translationen. Ved sammenligning med figur 4 ses at tabellen er udvidet med en ekstra vandret række nederst: en lille stum af et rotein obygget af fire forskellige aminosyrer methionin (met), in (), inin () og henylnin (he) svarende til de fire kodende D-triletter. Figur 8 vi sammenhængen mellem alle 64 forskellige R-triletter og de 20 forskellige aminosyrer. Denne sammenhæng kaldes for den genetiske kode eller det genetiske alfabet. vis der er interesse for at komme lidt mere i dybden med hvordan både relikation, transskrition og translation foregår i cellen, så kan det anbefales at studere to ædagogiske animationer å htt://biokemibogen.dk/animationer/ PBW 03*(0 PBW he tyr cys he tyr cys sto sto sto tr ro his ro his ro gln ro gln ile asn ile asn lys ile met (start) lys as as glu glu 'JV 0WFJ PWF EF FFJLF BMBF J 3/" 0WFJ 5BLJQJP P BMBJP Kodende D kabelon D R Protein met he )WF B EF JQMFF LPEF P Ñ FF BJPZF F nff JQMFF LB LPEF P EF BF BJPZF,PEF P BJPZF QIF WFF WFF IK F B BFMMF LJWF WFE IK MQ B JQMFF 666,PEF P BJPZF MZ FEF F I KF IK F B BFMMF LJWF WFE IK MQ B JQMFF ((( #F L B EF PQ EF ÎEF F B JQMF P nff PQ JQMFF /Î DFMMF Bn JW L K JPPFF LBM FZEF BMBJPF LF EF WFE B JQMFF P QÎ BF ÎEF PQQF BMBJPF Î JPPFF EF F PQ JQMF 'JV 7FE BFMJJ FE mv F B BFMMF F VEWJEF FE F FLB WBEF LLF FEF F MJMMF VQ B F QPFJ PQ ZF B EF mf BJPZF FIJPJ F FJ F BJJ B P QIFZMBMBJ QIF WBFEF JM EF mf LPEFEF %/" JQMFF 4BFMJ FW 3/" JQMFFF FE PWFJF J mv -FPLMPEF P DFMMF QPFJBJL LBFMF EL