Deze blogpost is geschreven door: HolyCow

Geneticablog #7: Moleculaire genetica 3.0: Van DNA naar Eiwit.
Let op: Dit onderwerp kan vrij ingewikkeld zijn. Voor het snappen van dit blog raad ik echt aan de eerdere blogs als parate kennis te hebben. Dit genetica blog is echt bedoeld voor spelers die meer dan alleen die basis willen weten.

Transcriptie
Transcriptie is het proces waarbij DNA wordt overgeschreven naar messenger-RNA (mRNA). Dit proces gaat eigenlijk makkelijker dan DNA replicatie.

Binnen het DNA zit een bepaalde volgorde (sequentie) van basen. Dit geeft aan waar de transcriptie begint, maar zit voor het startpunt zelf. Dit is de promotor. 
Aan deze promotor zullen verschillende eiwitten gaan binden. Dit zijn transcriptiefactoren.

Het enzym RNA Polymerase zal deze transcriptiefactoren herkennen en vanaf dat punt beginnen met het DNA kopiëren. Hiervoor gebruikt het een van de DNA strengen als template om een stukje RNA te maken. Dit gebeurt, net als bij DNA replicatie, van 5’ naar 3’, waarbij de 3’ → 5’ streng als voorbeeld wordt gebruikt. Dit is dus de template strand. 
De 5’ naar 3’ DNA streng is hierbij de coding strand. Dit is dus eigenlijk de code die de gemaakte RNA streng gaat hebben en die RNA polymerase wil kopiëren. Hiervoor moet het, net als bij DNA replicatie, de tegenoverliggende streng als voorbeeld gebruiken. Bij RNA wordt in plaats van de base Thymine (T) gebruik gemaakt avn de base Uracil (U).
Als je dan het voorbeeld neemt van de DNA coding strand 5’ --- T A A --- 3’, met als template strand 3’--- A T T --- 5’, dan komt daar de RNA code, 5’ --- U A A --- 3’. 

Eigenlijk schrijft RNA Polymerase (vergelijkbaar met DNA polymerase) dus de 5’ → 3’ strand over, door naar de 3’ → 5’ strand te spieken.

Het RNA hieruit heet pre-mRNA. Dit pre-mRNA moet bewerkt worden voordat het echt mRNA wordt. Het begin en einde wordt bewerkt zodat het RNA makkelijk te herkennen is, en het niet zo snel wordt afgebroken als normaal. De belangrijkste verandering is echter het weghalen van stukken RNA. 

Binnen een DNA gen heb je namelijk coderende (exon) en niet-coderende (intron) delen. Daarbij bestaat bij de meeste dieren een groot deel uit introns. De overgang van exon naar intron en van intron naar exon wordt herkend door eiwitten: snRNP's (small nuclear ribonucleoproteins. Spreek uit: Snurps) Deze gaan op het stukje pre-mRNA zitten, en bewegen naar elkaar toe. Vervolgens worden de twee uiteinden van het intron aan elkaar geplakt, waarna het intron eruit wordt geknipt. De twee exons worden vervolgens aan elkaar geplakt zodat er weer een streng ontstaat.
Dit proces waarbij de introns uit het pre-mRNA worden gehaald en de exons overblijven heet splicing. Door deze introns kan splicing op verschillende manieren gebeuren: Er kunnen zo verschillende combinaties van exons aan elkaar geplakt worden. Uit een gen kunnen zo meerdere mRNA's en dus meerdere eiwitten gehaald worden.

Wanneer het pre-mRNA is bewerkt en splicing heeft plaatsgevonden, heb je mRNA.
Dit mRNA kan vervolgens zo worden gebruikt, of via translatie vertaald worden naar een eiwit. 

Translatie
Zoals eerder benoemd hebben de basen een belangrijke functie: Aan de hand van de basen ontstaat een code, en daarmee kan je lichaam eiwitten produceren.

3 basen samen vormen een codon. Bijvoorbeeld: AUG (RNA) / ATG (DNA). Uiteindelijk kun je telkens 4 verschillende basen gebruiken. (U, A, C en G in RNA. T, A, C en G in DNA. Om dat bij translatie mRNA wordt vertaald, zal ik hier verder ingaan op de basen zoals die bij RNA voorkomen, dus met Uracil ipv Thymine)
Uiteindelijk heb je daardoor 64 verschillende combinaties die je kan vormen in een codon. Deze verschillende codon combinaties coderen voor een bepaald aminozuur. Er zijn 20 verschillende aminozuren. Meestal coderen meerdere codon combinaties dus voor één aminozuur. (Meestal is het de laatste base in een codon die ‘niet uitmaakt’. Dit is echter niet altijd zo!)

Hieronder een tabel van welke RNA codons voor welk aminozuur coderen. De aminozuren zijn hierbij afgekort. (Naast deze afkorting, hebben ze ook nog een enkele letterafkorting. Bijvoorbeeld: voor Phenylalanine (Phe) is dit F) 

Uit ‘Microbiology’, beschikbaar op CNX OpenStax.

De translatie vindt plaats in een eiwit-RNA complex genaamd ribosoom, dat zich in de cellen zelf bevindt. Een ribosoom bestaat uit 2 delen, een grote en een kleine subunit.  
Binnen dit ribosoom zijn 3 verschillende plekken: Exit (E) site, Peptide (P) site, en Acceptor Aminoacyl (A) site.

De juiste aminozuren worden gebracht door transfer RNA (tRNA). Dit is een speciaal stukje RNA met een specifieke vorm.
Aan een van de lussen, de anti-codon loop, zit de code die tegenovergesteld is aan die van het codon nodig voor een bepaald aminozuur. Vervolgens wordt aan het 3’ einde een aminozuur bevestigt. Je hebt dan aminoacyl-tRNA. Bijvoorbeeld voor het aminozuur Phe. Hiervoor is de code (5’---) UUC (---3’). Daartegenover hoort dan (3’ ---) AAG (---5’). AAG is hierbij het anticodon voor aminozuur Phe. 


Afbeelding van wikimedia commons

Het mRNA komt op de kleine subunit van het ribosoom te liggen. Hier schuift het langs tot het juiste aminoacyl-tRNA het eerste startcodon herkent. Dit startcodon is AUG. (In de afbeelding groen) Dit codeert voor het aminozuur Methionine. De meeste eiwitten beginnen dan ook met dit aminozuur. Hierbij bindt de grote subunit zich ook. tRNA bindt met het anticodon aan het bijbehorende codon op de P-site. Vervolgens bindt aan het volgende codon de tRNA met bijbehorend anti-codon en aminozuur, bij de ribosoom op de A-site. Het oude aminozuur wordt aan dit nieuwe aminozuur gebonden. Het ribosoom verschuift dan naar het nieuwe codon, waarbij het oude tRNA op de E-site komt en daar eruit gaat. Op de A-site komt dan weer een nieuw aminoacyl-tRNA met aminozuur binden, waaraan weer de oude aminozuurketen gebonden wordt. Zo gaat deze cyclus verder tot een van de stopcodons wordt herkend. Voor stopcodons is geen tRNA beschikbaar, maar een speciaal eiwit dat het eiwit afrondt. Het eiwit wordt dan vrijgelaten uit het ribosoom. 
Op een stuk mRNA kunnen meerdere ribosomen tegelijk actief zijn als er snel veel van dat soort eiwit gemaakt moeten worden.


Afbeelding bewerkt uit ‘Concepts of Biology’ van OpenStax.

Zoals zojuist uitgelegd, begint het eiwit bij het startcodon. Van het eerste startcodon hangt ook het reading frame af. Afhankelijk hiervan kunnen verschillende combinaties voorkomen. Je hebt voor een stuk code telkens 3 reading frames.
Denk bv aan de code: UAAUGUAGGUACCCGAGU enz. Dit kan gelezen worden als:
UAA UGU AGG UAC CCG AGU
UA AUG UAG GUA CCC GAG U
U AAU GUA GGU ACC CGA GU

Welk readingframe je hebt hangt af van het (eerste) startcodon (AUG). De code
UAAUGUAGGUACCCGAGU kan bijvoorbeeld alleen gelezen worden als:
UA AUG UAG GUA CCC GAG U. 
Het komt overigens dus wel voor dat de code A-U-G vaker voorkomt. Hierbij wordt vaak het eerste AUG gebruikt als startcodon. Afhankelijk van het reading frame wat dan ontstaat worden opvolgende A-U-G sequenties verdeeld over codons (UUA UGA), of wordt het wel een AUG codon, waarbij er simpelweg een extra Methionine aminozuur in het eiwit wordt verwerkt.


Opfrisser nodig? Lees de vorige geneticablogs!
Geneticablog #1: Back to the Basics 1.0
Geneticablog #2: Back to the Basics 2.0: Mendeliaanse genetica en notatie van genotype
Geneticablog #3: Back to the Basics 3.0: Niet-Mendeliaanse overerving
Geneticablog #4: Back to the Basics 4.0: Welke genen zijn belangrijk in kleurgenetica bij paarden?
Geneticablog #5: Moleculaire genetica 1.0
Geneticablog #6: Moleculaire genetica 2.0