Samenvatting Genoom deel 1 op basis van de hoorcolleges, E-modules en het boek Molecular Biology of the Cell (Alberts 6th edition)

, 2019-2020




Samenvatting
genoom




Week 1 t/m week 6
Door Nicole (studente BMW)




1

,Inhoud
Week 1 - De structuur en functie van het genoom (CH. 4).....................................................................3
DNA, chromosomen en genoom........................................................................................................3
Week 2 - DNA replicatie, repair en recombinatie (CH. 5).......................................................................6
DNA replicatie.....................................................................................................................................7
Repair mechanismen........................................................................................................................12
Homologe recombinatie...................................................................................................................17
Transposons en conservatieve site-specifieke recombinatie............................................................20
Week 3 - Van DNA naar eiwit (CH. 6)....................................................................................................22
RNA en transcriptie...........................................................................................................................22
Transcriptie bij prokaryoten.............................................................................................................24
Transcriptie initiatie bij eukaryoten..................................................................................................25
Transcriptie terminatie bij eukaryoten.............................................................................................27
RNA processing.................................................................................................................................27
Lokalisatie en functie van verschillende RNA’s.................................................................................31
Translatie..........................................................................................................................................33
Translatie initiatie, elongatie en terminatie......................................................................................36
Vouwing van eiwitten.......................................................................................................................40
Week 4 - Transcriptionele controle (CH. 7)...........................................................................................41
Sequentie-specifieke DNA-bindende eiwitten..................................................................................42
Transcriptieregulatoren....................................................................................................................44
Moleculaire genetische mechanismen.............................................................................................50
Week 5 - Post-transcriptionele controle (CH. 3, 6, 7 & 12)...................................................................58
Regulatie van de genexpressie door noncoding RNA’s.....................................................................66
Regulatie van eiwitactiviteit.............................................................................................................70
Gereguleerde eiwitafbraak...............................................................................................................73
Regulatie van de locatie van eiwitten...............................................................................................75




2

,Week 1 - De structuur en functie van het genoom (CH.
4)
DNA, chromosomen en genoom
Bijna elke gewone lichaamscel (somatische cel) heeft 46 chromosomen (diploïd). Er zijn twee
uitzonderingen hierop, namelijk de geslachtscellen (haploïd: 23) en de rode bloedcellen (0). Er zijn
3,2 x 109 basenparen in het menselijk lichaam. Hierin bevinden zich ongeveer 21.000 genen die
coderen voor eiwitten. Slechts 1,5% van het DNA is coderend en 3,5% van het DNA bevat zeer
geconcentreerde sequenties.

Binnen DNA is een purine (base die uit twee ringen bestaat) altijd gekoppeld aan een pyrimidine
(base die uit één ring bestaat). Hierdoor zijn alle bindingen stabiel en blijft de diameter van het DNA
overal gelijk. De periodiciteit van DNA is 10. Het complex van DNA en de eiwitten die eraan gebonden
zijn heet chromatine. Chromosomen kun je aankleuren met Giemsa dit kleurt fosfaatgroepen in het
DNA. Vooral bij A-T rijke gebieden. Je krijgt een indicatie van grove afwijkingen (zoals translocaties).
Chromosomen bevatten een korte ‘p’ arm en een lange ‘q’ arm. rRNA wordt rechtstreeks gebruikt
om chromosomen te bouwen.




Menselijke lichaamscellen hebben een maternaal en een paternaal chromosoom, deze zijn
homoloog. Twee homologe chromosomen hebben een gelijke opbouw, maar zijn niet identiek. Ze
bevatten dezelfde genen op dezelfde plaats, maar met verschillende genetische informatie, omdat de
allelen verschillend zijn.

Het menselijke DNA bestaat slechts voor enkele procenten uit DNA dat voor eiwitten codeert, meer
dan de helft bestaat uit zogenaamde transposons. Dit zijn delen van het genoom die zich kunnen
verplaatsen. DNA bestaat uit drie gespecialiseerde DNA-sequenties:
 ORI’s
 Centromeren
 Telomeren




3

,Histonen
De eiwitten die aan DNA binden zijn te verdelen over 2 klassen: histonen, en niet-histonen. Histonen
zorgen ervoor dat het DNA wordt opgevouwen tot een nucleosoom. Een nucleosoom-kern-deeltje
bestaat uit een histon octameer (H2A, H2B, H3 en H4), hieromheen zitten 147 nucleotideparen
gewikkeld. Deze zijn linksom gedraaid en hebben een periodiciteit van 1,7. Het ‘linker-DNA’ bestaat
uit gemiddeld 200 nucleotideparen en wordt in de juiste richting georiënteerd door histon H1. De
histonen bevatten veel lysines en arginines (basisch en positief geladen) waardoor het (negatief
geladen) DNA goed aan de histoneiwitten bindt. Door speciale chromatin remodeling complexes
kunnen de histoneiwitten worden verschoven (nucleosome sliding), hierdoor kan ook het DNA dat
aan het histoneiwit zit beter worden bereikt door andere eiwitten. De plaats van nucleosomen wordt
bepaald door deze complexen maar ook door andere eiwitten die aan het DNA binden. De N-termini
van deze histoneiwitten kunnen covalent worden gemodificeerd, hierdoor krijgen ze speciale
belangrijke functies. De H4 staart speelt een belangrijke rol in de pakking van de nucleosomen.

Heterochromatine  DNA is gecondenseerd en kan niet worden getranscribeerd.
Euchromatine  DNA is nauwelijks gecondenseerd en is hierdoor toegankelijk voor transcriptie.




De dynamiek van histon-eiwitten kan afhangen van de volgende factoren:
 Voorkeuren voor een DNA-sequentie of sequenties die juist niet binden.
 Histon chaperones (opbouw en afbraak van nucleosomen).
 ATP-afhankelijke chromatine remodeling-complexen.
 Factoren die hogere-orde structuur bepalen zoals linker histon H1.
 Modificaties aan histonstaarten.


4

, Histonstaarten kunnen gemodificeerd worden door:
 Methylering  Vinden plaats op arginines en lysines.
 Fosforylering  Vinden plaats op serines, threonines en tyrosines (bevatten –OH groep).
 Acetylering  Vinden plaats op arginines en lysines (positief geladen aminozuren).

Acetylering zorgt er eigenlijk altijd voor dat het DNA minder compact wordt en dus toegankelijker
wordt. Acetyleringen vinden plaats op arginines (R) en lysines (K). DNA is negatief geladen en
arginines en lysines zijn normaal positief geladen, door er een acetylgroep op te zetten wordt deze
positieve lading geneutraliseerd. Hierdoor wordt de binding van het histon met het eiwit zwakker.

Arginines en lysines kunnen ook methyleringen ondergaan. Hierbij kan het DNA zowel geactiveerd als
geïnactiveerd worden. Daarnaast kunnen cytosine nucleotiden in het DNA ook methyleren, dit leidt
tot inactivatie van het DNA. Door fosforyleringen worden de aminozuren over het algemeen negatief
geladen en binden ze minder goed aan het DNA.

Histonmodificaties kunnen ook overgeërfd worden, maar dit gebeurt zelden.




Histon modificaties worden bewerkstelligd door
verschillende enzymen:
 Histon acetyl transferases (HAT)  Writers
 Histon deacetylases (HDAC)  Erasers
 Histon methyl transferases
 Histon demethylases

Writers zijn eiwitten die histonmodificaties kunnen
bewerkstelligen. Readers zijn eiwitten die de histonen


5