Proteiner og Det Centrale Dogme

Proteiner er vigtige molekyler i kroppen, der fx fungerer som enzymer og byggesten. Dette afsnit handler om proteiners opbygning, egenskaber, funktioner og ikke mindst det centrale dogme, hvilket er et begreb for hvordan proteiner dannes. I det centrale dogme omskrives DNA først mRNA (transskription), som derefter bruges til at bygge proteinet (translation).

Det Centrale Dogme - Stafet

Proteinets opbygning

Proteiner er makromolekyler, dvs. de er store i forhold til de andre molekyler i cellen. Proteiner kan sammenlignes med perlekæder, hvor aminosyrerne symboliserer perlerne. Der findes 20 almindelige aminosyrer, der kan sættes sammen på rigtig mange forskellige måder. Aminosyrekæderne kan have meget forskellige længder. Hormonet insulin, der bruges til at sende signaler mellem kroppens celler, har for eksempel 51 aminosyrer, dvs. 51 ’perler på snoren’. Et andet eksempel er titin, der har næsten 27.000 aminosyrer langt. Titin er et protein, der findes i muskler.

Som det kan ses på figur 1 folder aminosyrekæderne op omkring sig selv og danner tredimensionelle strukturer. Dette svarer til, at man tager en perlekæde og krøller den sammen. Den måde, som aminosyrekæden folder på, afhænger af, hvilke aminosyrer, der er i kæden. Fordi proteiner består af forskellige aminosyrer, har hvert protein sin helt egen måde at folde på og får derfor en helt unik form. Nogle proteiner består også af flere aminosyrekæder. Disse kæder binder til hinanden og folder også om hinanden. Hvis et protein ikke folder korrekt, fungerer det ikke, som det skal. Dette kan få alvorlige konsekvenser for en organismes sundhed.

Eksempel: Protein der ikke folder korrekt

Et eksempel på dette er en sygdom, der involverer enzymet laktase. I modsætning til almindelig laktoseintolerance, hvor kroppen stopper med at producere laktase, skyldes denne sygdom, at kroppen producerer en defekt form af enzymet. I denne defekte laktase er blot én enkelt aminosyre udskiftet med en anden. Denne ændring forhindrer enzymet i at folde sig korrekt og danne den nødvendige tredimensionelle struktur. Når laktase ikke folder rigtigt, kan det ikke spalte laktose, og man oplever derfor de samme symptomer som ved laktoseintolerance.

Figur 1. Foldning af protein. Et protein er en lang kæde af aminosyrer,

der folder omkring sig selv og danner en tredimensionel struktur.

Aminosyrer og deres temperatur- og pH-optimum

Der findes 20 forskellige, almindelige aminosyrer. Aminosyrerne har forskellige strukturer, hvilket betyder, at deres størrelse og form varierer – nogle er lange og tynde, mens andre er mere kompakte. Desuden har nogle aminosyrer en positiv eller negativ ladning, mens andre er neutrale. Aminosyrernes struktur har blandt andet betydning for, hvordan proteiner folder sig korrekt (f.eks. ved dannelse af svovlbroer).

På grund af aminosyrernes forskellige opbygning og egenskaber vil de proteiner, som de indgår i, også have forskellige egenskaber. Proteiner, der indeholder aminosyrer med ladning, vil være pH-afhængige. Hvis pH-værdien ændres, ændres aminosyrernes ladning også. Det kan betyde, at proteinet får en forkert form og dermed mister sin funktion hvis pH-en ændre sig.

Det samme gælder, hvis temperaturen ændres. Når temperaturen stiger eller falder, kan nogle af bindingerne mellem aminosyrerne i proteinet blive ødelagt. Proteinet kan derfor ikke opretholde sin struktur og vil ikke fungere korrekt. Et godt eksempel på dette er feber. Når kroppens temperatur stiger ved feber, fungerer bakteriernes proteiner ikke længere, som de skal og de sygdomsfremkaldende bakterier dør. Der findes også proteiner, der virker bedst ved lave temperaturer. Det udnytter man f.eks. i industrien, når man bruger særlige enzymer i vaskepulver. Med disse enzymer kan man vaske tøj ved kun 30 °C. Normalt kræver det højere temperaturer for at få tøjet rent, men ved at benytte specifikke enzymer kan man sænke vandets temperatur og dermed spare energi.

Alle proteiner har en bestemt temperatur og pH-værdi, hvor de virker bedst. Dette kaldes proteinets temperatur- og pH-optimum.

Proteinets funktioner

Proteiner har mange vigtige funktioner i menneskekroppen – og i alle andre levende organismer (Figur 2). De findes overalt i kroppen og spiller en central rolle i alt fra cellernes struktur og bevægelse af muskler til kommunikation mellem celler. Herunder gennemgås nogle af de vigtigste funktioner, proteiner har.

Kommunikation: Nogle proteiner fungerer som signalstoffer, der får celler til at ”snakke sammen”. Det gælder fx hormoner som adrenalin, der sender beskeder fra hjernen til muskelceller i hjertet og får hjertet til at slå hurtigere.
Forbrænding: Visse proteiner kan nedbrydes i kroppen og bruges som brændstof. Når de forbrændes, frigives energi, som kroppen kan bruge.
Stillads: Proteiner er byggesten i mange strukturer i kroppen. De fungerer som et slags stillads – fx i hår og negle, som består af strukturelle proteiner. Også muskler indeholder vigtige proteiner, som titin, der hjælper musklerne med at holde deres form.

Figur 2. Proteiners funktion i kroppen. Proteiner har mange vigtige funktioner i vores krop og i alle andre levende organismer. Her er vist nogle af dem.

Maskiner: Enzymer er proteiner, der fungerer som biologiske maskiner. De sætter gang i kemiske reaktioner i kroppen. Fx gør enzymet laktase det muligt at nedbryde mælkesukker (laktose) i fordøjelsessystemet.
Antenne: Nogle proteiner sidder på overfladen af celler og fungerer som en slags antenner. Dette kan fx være receptorer. De opfanger signaler så cellerne ved, hvordan de skal reagere i forskellige situationer.
Vej: I cellerne fungerer visse proteiner som transportveje eller kanaler. De hjælper med at flytte molekyler ind og ud af celler eller rundt inde i cellen, så de ender det rigtige sted og kan gøre nytte.

Dannelse af proteiner i kroppen: Det Centrale Dogme

Proteiner er ikke kun noget, vi indtager gennem maden. Kroppen kan faktisk selv lave dem ud fra vores genetiske materiale. På den måde kan kroppen sørge for, at den altid har lige præcis de proteiner, som den har brug for. Syntesen, dvs. dannelsen, af proteiner er en af de vigtigste processer i kroppen og er kendt som det centrale dogme. Det er en meget kompliceret proces, der foregår inde i cellerne.

DNA – kroppens opskrift på proteiner

Inde i hver celle findes kromosomer, som rummer vores arvemateriale. Den vigtigste del af kromosomerne er DNA (DeoxyriboNucleic Acid – syre er “acid” på engelsk). DNA består af to lange kæder, der snor sig om hinanden i en spiral – en såkaldt dobbelt-helix. Disse kæder holdes sammen af fire forskellige baser (Figur 3) :

Adenin (A)
Thymin (T)
Guanin (G)
Cytosin (C)

Baserne danner par (A med T, G med C), og deres rækkefølge fungerer som en kode. Det er rækkefølgen af baser, der bestemmer, hvilket protein cellen vil producere. Med andre ord: DNA fungerer som en opskrift, og cellen bruger opskriften til at lave det rigtige protein.

Figur 3. Kromosomer og DNA. Kromosomerne er opbygget af DNA, og opbevares i cellernes kerner. DNA består bl.a. af de fire baser adenin (A), thymin (T), guanin (G) og cytosin (C). De to strenge i DNA snor sig om hinanden og danner en helix.

Transkription og Translation

Det første skridt i den proces, der fører til dannelse af proteiner, er, at DNA’et bliver oversat til RNA. På figur 4.A ses denne proces, der kaldes for transkription. RNA minder meget om DNA, men er kun opbygget af en enkelt streng, modsat DNA, der er dobbeltstrenget. Alle de steder, hvor der i DNA’et sidder en A-base, sidder der også en A-base i RNA’et. Det gælder også for baserne C og G. Der findes dog ikke nogen T-baser i RNA. I stedet for T-baserne sidder der U-baser (U står for uracil). RNA er altså opbygget af de fire baser A, U, G og C. Oversættelsen af DNA til RNA sker ved hjælp af enzymet RNA polymerase. Efter oversættelsen fra DNA til RNA, skal RNA oversættes til protein (figur 4.B). Dette sker ved hjælp af et såkaldt ribosom i en proces, som kaldes translation. Fordi RNA er enkeltstrenget er den ene ende af baserne ’fri’, og de kan derfor blive aflæst af ribosomet. Ribosomet bygger proteinet efter den kode, der ”står” i RNA’et. Tre baser i RNA’et koder for én bestemt aminosyre. Når ribosomet har aflæst tre baser sætter den en aminosyre på kæden. Derefter aflæser den tre nye baser og sætter en ny aminosyre på kæden. Til sidst bliver det til en lang kæde af aminosyrer. Hver aminosyre er altså kodet af tre baser. Hvis ribosomet for eksempel aflæser de tre baser A, G og U, vil det sætte aminosyren serin på enden af protein-kæden. Sådan bliver det ved, indtil proteinet er færdigt. På den måde er informationen i DNA’et blevet overført til information i RNA’et, der til sidst er blevet brugt af ribosomet til at danne et protein. Dette er årsagen til, at vores DNA har en stor betydning. DNA’et bestemmer, hvordan alle de vigtige proteiner i vores krop er opbygget og kommer til at fungere. DNA har derfor betydning for alt lige fra vores naturlige hårfarve, til om vi har en alvorlig, arvelig sygdom.

Figur 4. Transkription og translation. A: ved transkription bliver DNA oversat til RNA af enzymet RNA polymerase. B: ved translation oversætter ribosomer koden i RNA til aminosyrer. C: Den lange kæde af aminosyrer folder omkring sig selv og bliver til et protein.