Genexpressie - Don Bosco Hechtel

celdelingen
DEEL 3 Gentisch materiaal en
Thema
7
Genexpressie
1
Het leven van een cel in
een notendop
 Celyclus: interfase gevolgd door celdeling
Vereenvoudigde voorstelling van de celcyclus van een levercel
2
Chromatine tijdens de
interfase
2.1 Chemische samenstelling van DNA
Chromatine
DNA
Histonen
DNA
DesoxyriboNucleïneAcid
is een polynucleotide
 Eén nucleotide bestaat uit:
 Desoxyribose
 Fosfaatgroep
 Organische stikstofbase
 Adenine (A)
 Cytosine (C)
 Guanine (G)
 Thymine (T)
 Structuur van de suikermolecule en de fosfaatgroep
 Structuur van de organische stikstofbasen
2.2 Ruimtelijke structuur van DNA
1953
Maurice
Wilkins
Crick & Watson
Rosalind Franklin
 Dubbele helix:
2 suiker-fosfaatruggengraten
 Complementaire structuur:
A
T
C
G
 Antiparallele structuur:
5’  3’
3’  5’
 Basensequentie:
= genetische informatie
2.3 Verband tussen DNA en gen
 GEN = DNA-fragment met de code voor de aanmaak
van een polypeptide
2.4 Histonen
 Proteïne
 Ondersteunende rol
 Regulerende rol bij
genexpressie
 Opwinden van DNA:
DNA heeft totale lengte
van 2m  past in
kern met Ø van 2µm
2.5 Structuur van een chromatinevezel
 Chromatinevezel = DNA + histonen  ‘parelsnoer’
euchromatine
genexpressie is mogelijk
heterochromatine
geen genexpressie
3
Chemische samenstelling +
ruimtelijke structuur RNA
3.1 Chemische samenstelling van RNA
 Nucleïnezuur, opgebouwd uit nucleotiden
 Ribose (ipv. desoxyribose)
 Fosfaatgroep
 Organische stikstofbase
Cytosine
Guanine
Adenine
Uracil  ipv. thymine bij DNA
3.2 Ruimtelijke structuur van RNA
 Enkelstrengig
 Oriëntatie 5’  3’
 Kan ruimtelijk opgevouwen zijn door basenparing
4
Genexpressie
Gen


Polytpeptide

Proteïne

5
Centrale hypothese v.
moleculaire biologie
6
Verloop van de
proteïnesynthese
In de kern bevinden zich DNA-moleculen die de genetische codes
bevatten voor de erfelijke kenmerken.
Bij de mens vinden we er 46 DNA-moleculen per cel.
KERN
CYTOPLASMA
DNA
De
DNA-helix
ontplooit
zich
op de plaats
de
genetische
codes
Messenger-RNA
In de
kern bevinden
(boodschapper-RNZ
zich
DNA-moleculen,
voorwaar
een
waarvan
bepaald
er eiwit)
hier één
wordt
is
liggen
voorovereenkomstig
deHet
aanmaak
eende
bepaald
eiwit.
gemaakt,
afgebeeld.
is een van
dubbelstreng
met
DNA-codes.
(helix).
CYTOPLASMA
KERN
m-RNA
DNA
m-RNA wordt losgekopppeld van DNA en de DNA-helix sluit zich
weer.
CYTOPLASMA
KERN
DNA
m-RNA
m-RNA verlaat de celkern via de kernporiën.
m-RNA schuift in ribosomen binnen.
Ribosoom
KERN
m-RNA
Ruw endoplasmatisch
reticulum
De eiwitten kunnen terecht komen in het endoplasmatisch
reticulum.
Ribosoom
KERN
m-RNA
Eiwit
Ruw endoplasmatisch reticulum
De eiwitten kunnen de cel verlaten.
Ribosoom
KERN
m-RNA
Eiwit
Ruw endoplasmatisch reticulum
6.1
Benodigdheden
DNA
TACCATACTTATATATGCTTTTGTGGGAATT
ATGGTATGAATATATACGAAAACACCCTTAA
m-RNA-polymerase
 Knipenzym X
 Knipenzym Y
DNA bestaat uit een aaneenschakeling van nucleotiden (Nucleotide
= desoxyribose + fosfaat + organische base).
Alleen de organische basen zijn afgebeeld.
Waterstofbruggen worden verbroken.
TACCATACTTATATATGCTTTTGTGGGAATT
ATGGTATGAATATATACGAAAACACCCTTAA
3 waterstofbruggen tussen Guanine en Cytosine
2 waterstofbruggen tussen Adenine en Thymine

m-RNA-polymerase schuift over DNA-enkelstreng
en maakt primair m-RNA via een polymerisatieproces.
TACCATACTTATATATGCTTTTGTGGGAATT
AUGGUAUGAAUAUAUACGAAAACACCGUUAA
precursor messenger-RNA
ATGGTATGAATATATACGAAAACACCCTTAA
TACCATACTTATATATGCTTTTGTGGGAATT
AUGGUAUGAAUAUAUACGAAAACACCGUUAA
precursor messenger-RNA
ATGGTATGAATATATACGAAAACACCCTTAA

TACCATACTTATATATGCTTTTGTGGGAATT
AUGGUAUGAAUAUAUACGAAAACACCGUUAA
ATGGTATGAATATATACGAAAACACCCTTAA
TACCATACTTATATATGCTTTTGTGGGAATT
ATGGTATGAATATATACGAAAACACCCTTAA
precursor messenger-RNA
AUGGUAUGAAUAUAUACGAAAACACCGUUAA
DNA
TACCATACTTATATATGCTTTTGTGGGAATT
ATGGTATGAATATATACGAAAACACCCTTAA
precursor messenger-RNA
AUGGUAUGAAUAUAUACGAAAACACCGUUAA
precursor messenger-RNA
Bepaalde stukken zullen uit dit RNA geknipt worden door bepaalde
enzymen. Dit proces heet splicing.
Alzo wordt precursor messenger-RNA het uiteindelijke messengerRNA (mRNA).
AUGGUAUGAAUAUAUACGAAAACACCGUUAA
Splicing
precursor messenger-RNA
Exon
Exon = Expressed region
AUGGUA
UAUAUACGAAAACACCGUUAA
UGAA
Intron
messenger-RNA
m-RNA bestaat uit aan elkaar geschakelde nucleotiden
(nucleotide = ribose + fosfaat + organische base).
AUGGUACGAAAACACCGUUAA
De organische basen zijn:
U: uracil (i.p.v. thymine bij DNA)
A: adenine
G: guanine
C: cytosine
6.2 + 6.3
Benodigdheden
Codon
m-RNA
Codon
Codon
Codon
Codon
Codon
Codon
AUG GUA CGA AAA CAC CGU UAA
RF = Release Factor
Anti-codon
RF
ribosoom
30 S
50 S
Aminozuur
t-RNA
mRNA-codons >> aminozuur
Andere
voorstelling:
aflezen van
binnen naar
buiten.
5’  3’
Transfer-RNA (tRNA)
 Elk tRNA bezit een anticodon (triplet) dat complementair
is met een codon (triplet) van het mRNA
 Elk tRNA heeft een bindplaats voor een aminozuur (3’)
Een codon (triplet) komt overeen met
een bepaald aminozuur of duidt start
en stop aan.
AUG GUA CGA AAA CAC CGU UAA
UAA =
stopcodon
Arginine
Histidine
Lysine
Arginine
Valine
Methionine
AUG = startcodon
AUG = startcodon
AUG GUA CGA AAA CAC CGU UAA
Met
Translatie: in 5’
Val
Het m-RNA zal doorheen het ribosoom
schuiven om de codons (3 basen) af te
lezen en te vertalen in de
overeenstemmende aminozuren, die
aangebracht worden door t-RNA. Deze
aminozuren worden aan elkaar
gekoppeld tot een eiwit.
3’ richting van mRNA
AUG GUA CGA AAA CAC CGU UAA
Val
Met
AUG GUA CGA AAA CAC CGU UAA
Val
Met
AUG GUA CGA AAA CAC CGU UAA
Val
Met
Arg
AUG GUA CGA AAA CAC CGU UAA
Arg
Val
Met
AUG GUA CGA AAA CAC CGU UAA
Arg
Val
Met
Lys
AUG GUA CGA AAA CAC CGU UAA
Lys
Arg
Val
Met
AUG GUA CGA AAA CAC CGU UAA
Lys
Arg
Val
Met
His
AUG GUA CGA AAA CAC CGU UAA
His
Lys
Arg
Val
Met
AUG GUA CGA AAA CAC CGU UAA
His
Lys
Arg
Val
Met
Arg
AUG GUA CGA AAA CAC CGU UAA
Arg
His
Lys
Arg
Val
Met
AUG GUA CGA AAA CAC CGU UAA
RF
Arg
His
Lys
Arg
Val
Met
AUG GUA CGA AAA CAC CGU UAA
RF
Arg
His
Lys
Val
Met
Arg
AUG GUA CGA AAA CAC CGU UAA
RF
Arg
His
Lys
Val
Met
Arg
AUG GUA CGA AAA CAC CGU UAA
RF
Arg
EIWIT
His
t-RNA-molecylen worden weer voorzien
van hun juiste aminozuren
Met
Val
Arg
Lys
EIWIT
Arginine
Histidine
Methionine kan
afgeknipt worden.

Methionine
Lysine
Valine
Arginine
EIWIT
Aan elkaar geschakelde aminozuren
m-RNA codons  Aminozuur
UAA  Stop
CGU  Arginine
CAC Histidine
AAA  Lysine
CGA  Arginine
GUA  Valine
AUG  Methionine / Start
Arginine
Histidine
Lysine
Valine
Arginine
Voorbeeld in het handboek (p. 178 …)
 Synthese van de proteïne oxytocine (hormoon)
• Contractie baarmoeder tijdens de bevalling
• Contractie baarmoeder na bevalling
• Contractie spiertjes rond de melkklieren
 Aanmaak in de hypothalamus
transcriptie
translatie
Volledige mRNA voor oxytocine
5’ GAGGGGAAAUCUGAUGUGCUACAUACAGAACUGUCCCCUCGGCUAG 3’
De eerste nucleotiden voor het startcodon AUG worden
niet vertaald in aminozuren. De translatie begint dus vanaf
het startcodon AUG (vorming van het startcomplex).
Binding van aminozuren aan specifieke tRNA’s door
enzymen.
5’ AUG UGC UAC AUA CAG AAC UGU CCC CUC GGC UAG 3’
Vorming van het startcomplex
5’ AUG UGC UAC AUA CAG AAC UGU CCC CUC GGC UAG 3’
Met Cys Tyr Ile Gln Asn Cys Pro Leu Gly Stop
Einde van de translatie: stopcodon (UAG)

release factor (RF)
Methionine wordt afgeknipt + transport naar golgicomplex
6.3.5
Vorming van polysomen
Parelsnoer van ribosomen op één mRNA-streng
6.4 Overzicht verloop proteïnesynthese
Voorbeeld : vorming van oxytocine
de basensequentie van het DNA-fragment (gen) voor oxytocine
transcriptie in de celkern
de basensequentie van een mRNA
translatie in het cytosol
een aminozuursequentie in een polypeptide
opvouwing van de polypeptide
de functionele proteïne oxytocine
Primaire eiwitstructuur
De aminozuurvolgorde van het eiwit
Secundaire eiwitstructuur
Ontstaat als de aminozuren zich ordenen in een
alfa-helix
of
een beta-sheet
Waterstofbruggen!
Tertiaire eiwitstructuur
Ontstaat als alfa-helices of een beta-sheets zich vouwen
tot een complexe 3-dimensionele structuur.
Waterstofbruggen en
disulfidebruggen
Quarternaire eiwitstructuur
Ontstaat als 2 of meer peptiden samen een eiwit
vormen.
Vb: hemoglobine
Animaties eiwitsynthese
https://www.youtube.com/watch?v=M568QP1K3sM
https://www.youtube.com/watch?v=5wMqHOf692E
https://www.youtube.com/watch?v=7D6EqlL5VsA
https://www.youtube.com/watch?v=nHM4UUVHPQM&spfreload=1