Mechanismen van Gezondheid en Ziekte | Joris van Doremalen
Genexpressie (MGX)
DNA heeft voornamelijk twee belangrijke rollen, namelijk replicatie (DNA naar DNA) voor de
celdeling en transcriptie (DNA naar RNA) voor de uiteindelijke vorming van eiwitten na translatie
(RNA naar eiwit). In dit hoofdstuk wordt gekeken naar de structuur en ligging van DNA en het proces
van DNA-transcriptie tot het bereiken van de bestemming van een eiwit.
DNA-structuur en ligging
DNA ligt compact opgevouwen in de nucleus en kan daarbij een donkere of lichte kleur geven aan de
nucleus. Wanneer de nucleus donker (heterochromatine) is, zijn de genen inactief. Wanneer de
nucleus licht (euchromatine) is, zijn de genen actief en kunnen deze getranscribeerd worden. Ook ligt
er in de nucleus een nucleolus, deze is donkergekleurd en bevat morfologisch (en functioneel)
verschillende domeinen.
DNA (en RNA) wordt gevormd door nucleotiden. Deze bestaan uit een suikergroep, een fosfaatgroep
en een base. De suikergroep in DNA is
een deoxyribose (H) terwijl de
suikergroep in RNA een ribose (OH) is.
De fosfaatgroep bestaat uit drie
fosfaten aan elkaar, dit maakt het
molecuul zuur (nucleïnezuur). Bij DNA
is de base één van de volgende vier:
Adenine (A), Guanine (G), Thymine (T)
of Cytosine (C). Bij RNA is de Thymine
vervangen door Uracil (U).
DNA is dubbelstrengs door baseparing, waarbij een Purine (A of G) waterstofbruggen vormt met een
Pyrimidine (T/U of C). De binding van A met T bestaat uit twee waterstofbruggen en de binden van G
met C bestaat uit drie waterstofbruggen. Deze dubbelstrengs structuur vormt een helix, waardoor
het ook wel een dubbele helix wordt genoemd. Deze dubbele helix is anti-parallel, dat wil zeggen dat
de ene streng van 5’ uiteinde naar 3’ uiteinde loopt, terwijl de andere streng daar tegenin loop (3’
naar 5’). Verder is er bij deze dubbele helix sprake
van een major en minor groove.
De vouwing van het DNA is complex. De dubbele
helix is om histonen gewonden en vormen dan
nucleosomen. Histonen zijn eiwitcomplexen
waarbij H1 Histone zorgt voor binding aan andere
nucleosomen, waardoor een chromatine vezel
ontstaat. Deze chromatine vezels vormen lussen
(chromatine loops) die uiteindelijk het
chromatide vormen. Één chromosoom bestaat
dus uit twee chromatiden, die verbonden zijn met
elkaar door de centromeer.
De volgorde van nucleotiden in het DNA vormt
genen. Deze bevatten de gecodeerde instructie
voor synthese van RNA. Een gen bestaat dan
weer uit intronen en exonen (eiwit coderend).
57
, Mechanismen van Gezondheid en Ziekte | Joris van Doremalen
Eiwitten
Aminozuren zijn de fundamentele bouwstenen van eiwitten. Ze zijn opgebouwd uit een C-atoom met
vier groepen: aminogroep (basisch), waterstof, carboxylgroep (zuur) en restgroep. In vrije vorm in
water zijn alle aminozuren tegelijkertijd positief als negatief geladen, dit worden zwitterionen
genoemd. Daarnaast zijn aminozuren chiraal, dat wil zeggen dat er twee vormen van elk aminozuur
zijn, namelijk de L-vorm (natuurlijke vorm) en D-vorm. Deze vormen zijn elkaars beeld en
spiegelbeeld, dit worden enantiomeren genoemd. Er zijn 21 (proteïnogene) aminozuren, deze
hebben verschillende eigenschappen en kunnen daarmee worden ingedeeld in de volgende groepen:
geladen (positief/basisch en negatief/zuur), hydrofoob, polair ongeladen en speciale gevallen.
Tijdens translatie van mRNA tot eiwit, worden aminozuren via peptidebindingen
gekoppeld. Dit is een amidebinding tussen twee aminozuren, waarbij de
carboxylgroep met de aminogroep bindt en hierbij H2O vrijkomt. Proteolytische
afbraak doet juist het tegenovergestelde.
Eiwitten zijn het product van translatie van mRNA, door het vormen van een
aminozuur ketting (primaire structuur). De aminozuursequentie bepaald te
structuur van het eiwit, aangezien deze aminozuren met elkaar ook
waterstofbruggen kunnen vormen. Hierdoor kunnen twee structuren ontstaan:
-helices of -sheets (secondaire structuur). Ook deze structuren kunnen
bindingen aangaan met elkaar door de
aminozuursequentie (tertiaire structuur). Als laatst
kunnen meerdere aminozuur kettingen met elkaar
bindingen aangaan (quaternaire structuur).
Enzymen zijn eiwitten met een actief centrum, waarin
een reactie plaats kan vinden. Dit zijn reacties die
zonder enzym ook mogelijk zijn, maar worden versneld
door verlaging van de activeringsenergie. Het enzym
doet dit door chemische verbindingen te vervormen en
moleculen op een goede manier bij elkaar te plaatsen.
58
Genexpressie (MGX)
DNA heeft voornamelijk twee belangrijke rollen, namelijk replicatie (DNA naar DNA) voor de
celdeling en transcriptie (DNA naar RNA) voor de uiteindelijke vorming van eiwitten na translatie
(RNA naar eiwit). In dit hoofdstuk wordt gekeken naar de structuur en ligging van DNA en het proces
van DNA-transcriptie tot het bereiken van de bestemming van een eiwit.
DNA-structuur en ligging
DNA ligt compact opgevouwen in de nucleus en kan daarbij een donkere of lichte kleur geven aan de
nucleus. Wanneer de nucleus donker (heterochromatine) is, zijn de genen inactief. Wanneer de
nucleus licht (euchromatine) is, zijn de genen actief en kunnen deze getranscribeerd worden. Ook ligt
er in de nucleus een nucleolus, deze is donkergekleurd en bevat morfologisch (en functioneel)
verschillende domeinen.
DNA (en RNA) wordt gevormd door nucleotiden. Deze bestaan uit een suikergroep, een fosfaatgroep
en een base. De suikergroep in DNA is
een deoxyribose (H) terwijl de
suikergroep in RNA een ribose (OH) is.
De fosfaatgroep bestaat uit drie
fosfaten aan elkaar, dit maakt het
molecuul zuur (nucleïnezuur). Bij DNA
is de base één van de volgende vier:
Adenine (A), Guanine (G), Thymine (T)
of Cytosine (C). Bij RNA is de Thymine
vervangen door Uracil (U).
DNA is dubbelstrengs door baseparing, waarbij een Purine (A of G) waterstofbruggen vormt met een
Pyrimidine (T/U of C). De binding van A met T bestaat uit twee waterstofbruggen en de binden van G
met C bestaat uit drie waterstofbruggen. Deze dubbelstrengs structuur vormt een helix, waardoor
het ook wel een dubbele helix wordt genoemd. Deze dubbele helix is anti-parallel, dat wil zeggen dat
de ene streng van 5’ uiteinde naar 3’ uiteinde loopt, terwijl de andere streng daar tegenin loop (3’
naar 5’). Verder is er bij deze dubbele helix sprake
van een major en minor groove.
De vouwing van het DNA is complex. De dubbele
helix is om histonen gewonden en vormen dan
nucleosomen. Histonen zijn eiwitcomplexen
waarbij H1 Histone zorgt voor binding aan andere
nucleosomen, waardoor een chromatine vezel
ontstaat. Deze chromatine vezels vormen lussen
(chromatine loops) die uiteindelijk het
chromatide vormen. Één chromosoom bestaat
dus uit twee chromatiden, die verbonden zijn met
elkaar door de centromeer.
De volgorde van nucleotiden in het DNA vormt
genen. Deze bevatten de gecodeerde instructie
voor synthese van RNA. Een gen bestaat dan
weer uit intronen en exonen (eiwit coderend).
57
, Mechanismen van Gezondheid en Ziekte | Joris van Doremalen
Eiwitten
Aminozuren zijn de fundamentele bouwstenen van eiwitten. Ze zijn opgebouwd uit een C-atoom met
vier groepen: aminogroep (basisch), waterstof, carboxylgroep (zuur) en restgroep. In vrije vorm in
water zijn alle aminozuren tegelijkertijd positief als negatief geladen, dit worden zwitterionen
genoemd. Daarnaast zijn aminozuren chiraal, dat wil zeggen dat er twee vormen van elk aminozuur
zijn, namelijk de L-vorm (natuurlijke vorm) en D-vorm. Deze vormen zijn elkaars beeld en
spiegelbeeld, dit worden enantiomeren genoemd. Er zijn 21 (proteïnogene) aminozuren, deze
hebben verschillende eigenschappen en kunnen daarmee worden ingedeeld in de volgende groepen:
geladen (positief/basisch en negatief/zuur), hydrofoob, polair ongeladen en speciale gevallen.
Tijdens translatie van mRNA tot eiwit, worden aminozuren via peptidebindingen
gekoppeld. Dit is een amidebinding tussen twee aminozuren, waarbij de
carboxylgroep met de aminogroep bindt en hierbij H2O vrijkomt. Proteolytische
afbraak doet juist het tegenovergestelde.
Eiwitten zijn het product van translatie van mRNA, door het vormen van een
aminozuur ketting (primaire structuur). De aminozuursequentie bepaald te
structuur van het eiwit, aangezien deze aminozuren met elkaar ook
waterstofbruggen kunnen vormen. Hierdoor kunnen twee structuren ontstaan:
-helices of -sheets (secondaire structuur). Ook deze structuren kunnen
bindingen aangaan met elkaar door de
aminozuursequentie (tertiaire structuur). Als laatst
kunnen meerdere aminozuur kettingen met elkaar
bindingen aangaan (quaternaire structuur).
Enzymen zijn eiwitten met een actief centrum, waarin
een reactie plaats kan vinden. Dit zijn reacties die
zonder enzym ook mogelijk zijn, maar worden versneld
door verlaging van de activeringsenergie. Het enzym
doet dit door chemische verbindingen te vervormen en
moleculen op een goede manier bij elkaar te plaatsen.
58
