proteiinit ja niiden rakentuminen

Proteiinit:
- kuljettavat aineita
- ottavat vastaan ja välittävät viestejä
- helpottavat kemiallisia reaktioita
- soluelinten rakennusmateriaali
- antaa tukevuutta ja lujuutta
- taistelevat taudinaiheuttajamikrobeja vastaan
- toimii varastoaineena
- proteiinien rakennusohjeet sijaitsee tuman kromosomeissa

DNA:n rakenne:

DNA-kierre koostuu kahdesta juosteesta, jotka ovat sitoutuneet toisiinsa typpiemäsosien välisin vetysidoksin. Nämä juosteet ovat makromolekyylejä, jotka koostuvat kolmenlaisista yksiköistä:

pentoosisokeri

deoksiriboosi

typpiemäkset

adeniini (A)

guaniini (G)

sytosiini (C)

tymiini (T)

fosforihappo

Kun sokeriin esteröityy fosforihappo, saadaan nukleotidi. Nukleotidit polymeroituvat esterireaktiolla, jolloin syntyy nukleiinihappoketju. Fosfori­happo ja deoksi­riboosi vuorottelevat DNA:n ketjussa, ja jokaiseen deoksi­riboosi­yksikköön on lisäksi kytkeytynyt jokin typpi­emäksistä. Typpi­emästen järjestys voi vaihdella, kuitenkin siten, että kun toisessa kierteessä on adeniini, on toisessa aina vastaavalla kohdalla tymiini ja päin­vastoin, ja vastaavasti kun toisessa kierteessä on sytosiini, on toisessa aina guaniini ja päin­vastoin. Emästen järjestyksestä riippuu, millä tavoin DNA:sta muodostunut geeni vaikuttaa.

Sekundaarirakenteena on kaksoiskierre, α-helix, jossa emäsparit liittyvät oikeakätisesti yhteen siten että muodostuu A-T ja C-G pareja. Kun toisessa kierteessä on adeniini, on toisessa aina vastaavalla kohdalla tymiini ja päin­vastoin, ja vastaavasti kun toisessa kierteessä on sytosiini, on toisessa aina guaniini ja päin­vastoin. Yhdessä helixin kierteessä on kymmenen emäsparia.

Tertiäärirakenne perustuu DNA:n kietoutumiseen histoniproteiinien ympärille, jolloin DNA on tarpeeksi pienessä tilassa mahtuakseen tumakoteloon. Histonien sijoittelun muuttaminen 30 nm kierteessä mahdollistaa myös transkription säätelyn, koska siten transkription aloituskohdat voidaan tarvittaessa joko paljastaa tai piilottaa. Tertiäärirakenne ehkäisee myös osaltaan DNA:n katkeilua.

DNA:

Deoksiribonukleiinihappo eli DNA on nukleiinihappo, joka sisältää kaikkien eliöiden solujen ja joidenkin virusten geneettisen materiaalin. Eliön lisääntyessä geneettinen materiaali kopioituu ja välittyy jälkeläisille.

Eukaryooteissa DNA on kromosomeissa solun tumassa. Prokaryooteissa DNA on rengasmaisena molekyylinä solun sisällä ilman tumaa nukleoidiksi kutsutulla alueella. Eläin- ja kasvisolujen mitokondriot sekä kasvisolujen kloroplastit sisältävät oman rengasmaisen DNA:nsa kuten bakteereissa.

DNA:n kopiotuminen:

Solun jakautuessa myös sen DNA on kopioitava. Kopioitaessa DNA:n kaksoiskierre avautuu ja DNA:n molemmat säikeet täydennetään täydelliseksi kopioksi. DNA:n kopioituminen on siis semikonservatiivista, sillä syntyneiden uusien DNA-molekyylien toinen juoste on aina peräisin alkuperäisestä DNA-molekyylistä. Uusi DNA-molekyyli perii myös puolet vanhaan DNA-rihmaan assosioituneista proteiineista, kuten esimerkiksi histoneista.

Proteiinisynteesi:

Proteiinisynteesi on biologinen prosessi, jolla solu valmistaa amino­hapoista proteiineja. Sen perustana on geenin emäsjärjestys, joka transkription ja translaation sekä mahdollisen lisämuokkauksen kautta tuottaa toimivan proteiinin. Solujen proteiinisynteesi tapahtuu ribosomien avulla.


Transkriptio

 Transkriptio tarkoittaa lähetti-RNA-molekyylin valmistamista solun tumassa. Entsyymi nimeltä RNA-polymeraasi avaa DNA-ketjun kaksoiskierteen halutun geenin kohdalta ja aloittaa matkan DNA-juostetta pitkin. Edetessään RNA-polymeraasi syntetisoi yksijuosteisen lähetti-RNA-molekyylin käyttäen muottinaan DNA:ta.

Valmista lähetti-RNA:ta muokataan ennen seuraavaa vaihetta, translaatiota[1]. Sen päihin lisätään nukleotidisekvenssit, jotka suojaavat sitä solun RNA:ta hajottavilta mekanismeilta. Myös eukaryoottisoluille ominainen lähetti-RNA:n silmukointi tapahtuu tässä vaiheessa.

Translaatio:

Translaatiossa lähetti-RNA:n nukleotidien järjestys käännetään geneettisen koodin mukaisesti polypeptidiketjun aminohappojärjestykseksi. Tätä varten lähetti-RNA kuljetetaan solulimassa sijaitsevan ribosomin luo. Jos tuotettava proteiini on kalvoproteiini, solun sisäisen kalvojärjestelmän osa tai solusta ulos eritettävä proteiini kuten hormoni, ribosomi kiinnittyy solulimakalvostoon tai tumakotelon ulkoseinään. Muuten proteiinisynteesi jatkuu vapaana solulimassa olevassa ribosomissa.

Ribosomin pinnalla siirtäjä-RNA-molekyylien paikalle kuljettamat aminohapot liitetään toisiinsa peptidisidoksilla pitkäksi ketjuksi, jonka järjestyksen määrää lähetti-RNA:n emäsjärjestys. Tämä perustuu kolmen peräkkäisen emäksen ryhmiin, tripletteihin eli kodoneihin, joita kutakin vastaa tietty aminohappo. Proteiinisynteesin aloituskohtaa merkitsee oma kodoni, joka koodaa myös metioniini-aminohapon liittämistä ketjuun. Ribosomi lopettaa polypeptidiketjun muodostamisen kohdattuaan yhden kolmesta lopetuskodonista.

Translaation jälkeen:

Translaation jälkeen proteiini ei yleensä ole vielä sellaisenaan toimintakelpoinen. Polypeptidiketju on alkanut jo translaation aikana kiertyä proteiinin toiminnan kannalta ratkaisevaan sekundaari- ja tertiaarirakenteeseen. Toiset proteiinit, ns. kaitsijaproteiinit, voivat auttaa tässä.

Muita mahdollisia muutoksia valmistuvaan proteiiniin ovat esimerkiksi rikkisiltojen muodostuminen ketjun aminohappojen välille, hiilihydraatti-, lipidi- tai fosfaattiosien liittäminen, muutaman aminohapon poisto tai jopa ketjun entsymaattinen katkaisu (kuten insuliini-hormonin muodostuksessa).

Proteiinin jatkokäsittely jatkuu vielä solulimakalvostossa ja Golgin laitteessa. Proteiini saavuttaa lopullisen muotonsa. Ja mikäli solu ei tarvitse sitä itse, solu pakkaa sen kalvorakkulaan ja antaa sen eksosytoosin kautta toisille soluille.