Gener och icke-kodande DNA

Sammanfattning

En gen är ett avsnitt av DNA som innehåller instruktioner för hur cellen ska tillverka en viss produkt som kan vara ett protein eller en funktionell RNA-molekyl. Trots att generna bara utgör en liten del av genomet så innehåller de alla grundläggande instruktioner som behövs för att bygga upp en komplex organism och få den att fungera. Samtidigt vet vi idag att stora delar av genomet som inte utgörs av gener också spelar viktiga roller till exempel att styra när och hur generna används.

Så här är en gen uppbyggd

En gen är ett begränsat avsnitt DNA som innehåller instruktioner för hur ett protein ska tillverkas. Själva instruktionerna, eller koden, i en gen finns i segment som heter exoner. I genens första exon finns ett startkodon och i slutet av den sista finns ett stopp-kodon.

Hos eukaryoter (växter, djur och svampar) finns mellan exonerna DNA-sekvenser som kallas introner. Framför varje gen finns en promotor som är viktig för att genen ska transkriberas (läsas av).

Under transkriptionen av en gen binder enzymet RNA-polymeras II och ett antal transkriptionsfaktorer till promotorn. Enzymet rör sig över hela genen samtidigt som det tillverkar en kopia av genen i form av ett mRNA (en förkortning av engelskans messenger-RNA). Transkriptionen avslutas när enzymet kommer fram till en stopp-sekvens.

När en gen har transkriberats är arbetet inte klart. mRNA-molekylen måste först bearbetas innan den kan användas. I denna process klipps introner bort och exonerna fogas samman. Viktiga skyddsmolekyler kopplas på mRNA-molekylen så att den inte ska degraderas utanför cellkärnan.

mRNA-molekylen binds till särskilda proteiner som hjälper det att transporteras genom öppningar i cellkärnans membran. I cytoplasman utanför cellkärnan kan mRNA binda till ribosomer som är cellens proteinfabriker.

Ett kodon översätts till en aminosyra

Tre och tre utgör nukleotiderna i en exon ett så kallat kodon. Varje kodon översätts av ribosomerna under proteintillverkningen till en viss aminosyra. Till exempel så översätts AAG till aminosyran lysin och CGA till alanin. Sekvensen AAGCGA resulterar under proteintillverkningen i att lysin sätts ihop med alanin. På så sätt monteras aminosyror ihop som ett långt pärlband till ett protein.

Tre kodon översätts inte med en särskild aminosyra utan är en signal för att proteinet är färdigt. De kallas för stopp-kodon.

Vad gör allt DNA som inte utgörs av gener?

Hos oss människor utgörs ungefär 1-2 procent av allt DNA i genomet av gener som kodar för proteiner. Den andel DNA som utgörs av proteinkodande gener är även liten även hos andra eukaryoter. Bakterier däremot, har mer kompakta genom där nästan allt DNA utgörs av gener.

Tidigare kallades icke-kodande DNA för ”skräp-DNA” men den termen har omvärderats efter att forskning visat att även icke-kodande DNA har viktiga funktionerJämförande genomik avslöjar DNA med viktiga funktioner

Jämförande genomik avslöjar nya funktioner

År 2003 presenterade en stor grupp forskare hela människans DNA-sekvens. Eller, nästan hela, det dröjde faktiskt ytterligare 20 år innan varenda nukleotid var kartlagd. Med den tidens teknik var projektet att sekvensera ett komplext genom en bedrift men stora frågor kvarstod: Hur fungerar genomet? Vad göra alla gener? Hur samspelar gener? När är gener aktiva och hur aktiveras de? Och vad gör de delar av genomet som inte utgörs av gener?

För att svara på frågorna behövde forskare något att jämföra med. Det fick man när genom från andra arter också sekvensbestämdes. När genom studeras i sin helhet kallas det för genomik.

Det första genomet från ett däggdjur som kartlades utöver människans var musens (år 2002) följt av hundens (år 2005). Med tre genom framför sig kunde forskare fastställa att alla tre arter har ungefär 20 000 gener varav många är samma hos människa, mus och hund.

Det kan tyckas konstigt med tanke på hur olika vi är, men förklaringen ligger i att många gener kodar för grundläggande funktioner i cellen som alla däggdjur har. Generna som kodade för proteiner uppskattades uppta mellan 1-2 procent av hela genomet hos alla tre arter.

När forskarna jämförde genomen från de tre olika arterna upptäckte de också att vissa DNA-sekvenser som inte var gener också är nästan identiska hos människa, mus och hund. Det betyder att de har bevarats nästan oförändrade under hundratals miljoner år av evolution. De kallas för evolutionärt konserverade regioner och har viktiga biologiska funktioner.

Bindningsställen för transkritionsfaktorer

En del DNA-sekvenser som ofta är lika mellan arter är regulatoriska element (eller reglerelement). Till de regulatoriska elementen binder transkriptionsfaktorer som påverkar när en gen ska transkriberas och hur mycket mRNA som ska tillverkas. De ligger ofta, men inte alltid, nära gener och påverkar deras aktivitet.

Gener som kodar för funktionellt RNA

Vissa delar av DNA blir transkriberat så att ett funktionellt RNA, inte ett protein, är slutprodukten. Två exempel är ribosomalt-RNA (rRNA) som bygger upp ribosomerna och transfer-RNA (tRNA) som hjälper ribosomen att översätta den genetiska koden till protein.

En del gener kodar för så kallade mikro-RNA (miRNA) som påverkar genuttryck efter att en gen har transkriberas. I en process som kallas RNA-interferens kan ett miRNA förstöra mRNA-molekylen innan den når fram till ribosomerna och proteintillverkningen. 

Icke-kodande DNA vars funktion inte är helt kartlagd

Det finns fortfarande delar av genomet vars funktion vi inte riktigt förstår, introner till exempel. En del DNA-sekvenser kan ha förlorat sina funktioner, medan andra delar kan ha stabiliserade och skyddande funktioner för kromosomernas struktur (till exempel telomerer och centromerer).

Det är inte ovanligt med långa upprepningar av en viss DNA-sekvens, så kallade repetitiva element. Det är ofta på grund av dem som vissa organismer har fått stora genom. En del arter har också många så kallade pseudogener – gener som inte längre transkriberas och har mist sin funktion.

Referenser

• Reece JB, Urry LA, Cain ML, Wasserman SA, Minorsky PV, Jackson RB. Campbell Biology. 10th ed. Harlow: Pearson; 2014.