Genetik och DNA: Struktur, replikation, transkription och genreglering

1.

1a) Nukleotidens uppbyggnad

En nukleotid i DNA består av ett socker som heter deoxiribos, en fosfatgrupp och en kvävebas. De fyra kvävebaserna i DNA är adenin, tymin, cytosin och guanin.

1b) Den genetiska kodens redundans

Att den genetiska koden är redundant betyder att flera olika kodoner kan koda för samma aminosyra. Detta beror på att det finns fler kodoner än aminosyror, så vissa kodoner ger samma aminosyra.

1c) DNA:s major groove

DNA har en större klyfta som kallas major groove, och den gör det lättare för proteiner att komma åt och läsa av DNA-sekvensen. Detta är viktigt eftersom transkriptionsfaktorer binder där och styr vilka gener som ska vara aktiva.

2.

2a) Enzymer vid DNA-replikation

Två enzymer som behövs vid DNA-replikation är helikas och DNA-polymeras. Helikas öppnar DNA-spiralen och separerar strängarna, medan DNA-polymeras bygger nya DNA-strängar genom att sätta dit rätt nukleotider.

2b) Replikation och lagging strand

DNA replikeras alltid i riktningen 5’ till 3’. Den ena strängen kan kopieras direkt, men den andra, som kallas lagging strand, måste kopieras i små bitar som kallas Okazaki-fragment eftersom den ligger åt motsatt håll. Detta gör processen mer komplicerad och kan öka risken för fel.

2c) Tyst substitution

En substitution av en kvävebas behöver inte ändra aminosyran, eftersom flera kodoner kan koda för samma aminosyra. Därför kan en förändring i DNA ibland vara “tyst” och inte påverka proteinet alls.

DNA och RNA samt proteinsyntes

3.

3a) Skillnader mellan DNA och RNA

DNA och RNA skiljer sig åt på flera sätt. DNA har sockret deoxiribos medan RNA har ribos. DNA innehåller basen tymin, men i RNA ersätts tymin av uracil. Dessutom är DNA dubbelsträngat medan RNA oftast är enkelsträngat.

3b) Translation

Translation är processen där cellen bygger protein med hjälp av mRNA. Ribosomerna läser av mRNA i cytoplasman och kopplar ihop aminosyror i rätt ordning för att bilda ett protein.

3c) Translationell och transkriptionell reglering

Translationell reglering betyder att cellen styr hur mycket protein som bildas från ett färdigt mRNA. Ett exempel är att cellen kan hindra ribosomen från att binda till mRNA, så att inget protein tillverkas.

Transkriptionell reglering styr däremot hur mycket mRNA som tillverkas från början.

Celler kan välja translationell reglering när de behöver snabba förändringar i hur mycket protein som ska produceras, medan transkriptionell reglering är bättre för långsiktig kontroll.

Transposoner och genreglering

4.

4a) Transposoner

Transposoner är rörliga DNA-sekvenser som kan hoppa från en plats i genomet till en annan. De kan alltså flytta sig och ibland påverka generna runt omkring.

4b) Transposoner och antibiotikaresistens

Transposoner kan bidra till antibiotikaresistens hos bakterier eftersom de kan flytta resistensgener mellan olika DNA-plaster, till exempel mellan plasmider. Detta gör att resistens kan spridas snabbare mellan bakterier.

4c) Reglering av proteinsyntesen på transkriptionsnivå

På transkriptionsnivå kan cellen reglera proteinsyntesen genom att styra hur mycket mRNA som tillverkas.

• Enhancers är DNA-sekvenser som ökar transkriptionen när transkriptionsfaktorer binder där.
• Silencers minskar transkriptionen.
• Kromatinombyggnad, som till exempel metylering av DNA eller packning av histoner, kan göra DNA mer eller mindre tillgängligt.

Om kromatinet är hårt packat kan transkriptionsfaktorer inte binda lika lätt, vilket minskar transkriptionen.

Genomets struktur, genomisk prägling och proteinnedbrytning

5.

5a) Strukturella skillnader i arvsmassan

En viktig strukturell skillnad mellan arvsmassan hos bakterier och däggdjur är att bakterier har en enda cirkulär DNA-molekyl, medan däggdjur har flera linjära kromosomer i en cellkärna.

5b) Genomisk prägling

Genomisk prägling betyder att bara den genkopia som kommer från antingen mamman eller pappan används, medan den andra är avstängd. Vilken kopia som är aktiv beror på kemiska markeringar, som metylering.

5c) Proteinnedbrytning

Celler kan styra hur länge ett protein ska finnas genom att bryta ner det när det inte längre behövs. Detta sker ofta genom att proteinet märks med ett litet protein som heter ubiquitin. När ett protein har många ubiquitinmarkeringar skickas det till proteasomen, som fungerar som en “nedbrytningsmaskin” och klipper sönder proteinet i mindre delar.