Moleculaire celbiologie
College 1; 15-11 (Hoofdstuk 4 & 1)
Basisbegrippen van DNA:
- Opgebouwd uit nucleïnezuren; nucleïnezuren (DNA en
RNA) zijn lineaire polymeren. Elke monomeer eenheid
binnen het polymeer wordt een nucleotide genoemd, die
uit drie onderdelen bestaat: een suiker, een fosfaat en
een van de vier basen. Een nucleoside is een suiker
gebonden aan een base zonder de fosfaat.
- Dubbelstrengs DNA ontstaat door
waterstofbruggen (NH is de donor,
O de acceptor)
tussen de basen
- Helix is antiparallel
- Altijd 5’ aan 3’ koppeling via
phospho-diesterbinding
- Biosynthese van 5’ naar 3’ richting
- Polymeren via covalente
bindingen (delen van een
elektronenpaar)
- De DNA helix bevat een major en
een minor groove voor herkenning van DNA en binding met
eiwitten.
- Chromatine is het complex van DNA en eiwitten in de celkern
van Eukaryotische cellen.
Prokaryoten (bacteriën) hebben geen celkern, eukaryoten wel.
Daardoor ligt het DNA bij eukaryoten in hoge mate geordend in de
celkern, terwijl het bij prokaryoten los in het cytoplasma ligt.
Hierdoor is er bij eukaryoten een betere controle van genexpressie
en is er activatie en de-activatie van complete chromatine-
gedeeltes. Bij prokaryoten is er nauwelijks transcriptie controle (het
proces dat van het DNA van een gen een complementaire kopie
maakt bestaande uit messenger-RNA (mRNA). Typisch eukaryotisch
mRNA codeert voor één eiwit, terwijl bacterieel mRNA codeert voor
meerdere eiwitten. Bij Eukaryoten verloopt dit proces complexer; er
is daar sprake van intronen en exonen (splicing: intronen worden
verwijderd, exonen blijven). Voor het beëindigen van de transcriptie
wordt de 5’-cap toegevoegd, die de 5’ kant stabiliseert en
beschermt voor nucleases (zo kan de streng niet langer worden) en
mRNA translatie versterkt. De transciptie wordt hier gestopt door
middel van het cleavage signaal, de sequentie AAUAAA, dat herkent
wordt door endonuclease (enzym). Wanneer dit herkend is, wordt
de 3’-polyA-staart toegevoegd. Het poly(A)polymerase voegt dan
ongeveer 250 A’s met behulp van ATP. Dit verbetert de effectiviteit van de translatie en de stabiliteit
van mRNA.
Eurkaryoten hebben:
- Gepaarde homologe chromosomen (diploïde), hebben dezelfde opbouw, maar zijn niet
identiek
, - Een telomeer (uiteinde van het chromosoom dat na iedere deling iets korter wordt) en
centromeer (punt waar de chromosomen uit elkaar worden getrokken wanneer ze delen).
- Origin of replication; waar de replicatie (kopiëren van een DNA molecuul) begint. Dit is een
specifieke DNA sequentie die herkent wordt door een eiwit en waar dan vervolgens de
helicase naartoe wordt gebracht
- Heterochromatine; dichtgepakt, voornamelijk inactief
- Euchromatine; lichtgepakt, toegankelijk voor eiwitten en genexpressie; meeste actieve
genen bevinden zich hier
De mens heeft gewoonlijk 23 paren chromosomen waarvan een paar
geslachtschromosomen. Heeft een eiwitstructuur die goed zichtbaar kan worden
gemaakt met kleurstoffen. Het ribosomale RNA (belangrijk bij de RNA synthese) is
verdeeld over meerdere chromosomen.
In de Metafase is het DNA erg compact. Door middel van kleuring kan worden
gekeken of er bepaalde afwijkingen zijn.
De interfase bestaat uit de G1-, S- en de G2-fase. G1: hierin voert de cel zijn functie
uit, S: de cel groeit en gaat zich voorbereiden op de mitose, de DNA-replicatie vindt
plaats -> verdubbeling chromosomen, G2: de cel groeit verder en bereid zich verder
voor voor de mitose. De mitose bestaat uit de:
profase, metafase, anafase en de telofase. Tijdens
de mitose delen de celkern en de cel zich, aan het
eind splitst de hele cel zich in twee dochtercellen die
een genetisch identieke kopie zijn van de oudercel.
Profase: het DNA wordt gespiraliseerd, waardoor de
chromosomen los van elkaar komen te liggen. Van
elk chromosoom zijn er nu twee kopieën aanwezig,
die aan elkaar gehecht zitten bij het centromeer (als
ze aan elkaar zitten -> chromatiden). Ook ontwikkelt
zich er een spoelfiguur van lange eiwitbuisjes die de
chormatiden later uit elkaar trekken.
Metafase: tussen de pro- en
metafase verdwijnt het
kernmembraan. De chromosomen
liggen in een vlak in het midden van
de cel, en de trekdraden zijn
verbonden aan de centromeren.
Anafase: De twee chromatiden laten
los van elkaar en worden door de
trekdraden uit elkaar getrokken naar de tegenoverliggende kanten van de cel.
Telofase: de draden verdwijnen en er ontstaat een membraan om elke set chromosomen heen,
waardoor in de cel twee celkernen ontstaan. Tegelijkertijd deelt de cel zich. Het cytoplasma en de
organellen worden verdeeld over de dochtercellen.
Translocatie is in de genetica een vorm van mutatie van erfelijk
materiaal. Bij translocatie wordt een DNA-segment van het
ene chromosoom naar een ander (niet homoloog) chromosoom
verplaatst.
20% van het DNA van de mens bestaat maar
uit genen waarvan er 1.5% codeert voor
exonen; de rest is nodig voor regulatie.
,De afstand tussen naast elkaar liggende
basenparen is ongeveer 0.34 nm (*10^-9).
Een nucleosoom is een complex van DNA en
histonen (eiwitten) dat de genexpressie regelt.
De nucleosomen zijn de kralen in een
chromatine keten, de plaatsen waar de DNA
sequentie twee keer omheen gedraaid zit. Een
histon bestaat uit meerdere eiwitten (4 paren
van 2). Released nucleosome core particle;
wanneer het linker DNA tussen de nucleosomen
wordt verwijderd. In de ene helft van de histon
kern vormen H2A en H2B samen een heteromeer en in
de andere helft H3 en H4. De heteromeren vormen
vervolgens samen een tetrameer. Ze zijn erg
dynamisch; kunnen opvouwen en weer ontvouwen
(het DNA komt dan
los te liggen waardoor het dan aan een ander eiwit
kan binden (transcriptiefactoren), reorganiseren
constant (bestaan maar 250 milliseconden) en de
histonen kunnen worden uitgewisseld.
De zijstaarten van de histoneiwitten (de N-terminal)
steken naar buiten; ze zijn toegankelijk voor enzymen
en kunnen worden gemodificeerd.
Histone-fold; bestaande uit één lange α-helix en
twee korte. Twee van zulke histonen vouwen in
elkaar; de histone-handshake. Op de N-terminus
vind je voornamelijk lysine en arginine; zij zijn
basisch. De positieve lading van de
histoneiwitten matcht bij de negatieve
lading van het DNA.
Histoneiwitten zijn erg geconserveerd;
zo zijn ze bij een koe en een eiwit bijvoorbeeld bijna hetzelfde.
Ze moeten ook geconserveerde vouwmethoden hebben;
één puntmutatie heeft namelijk al grote gevolgen voor de
vouwing van het chromatine.
2 H4 eiwitten vormen samen met 2 H3 eiwitten het H3-H4 tetrameer. Hier
wordt vervolgens DNA omheen gewikkeld en daarna wordt het stabiele
H2A-H2B dimeer ingebouwd.
Nucleosomen zijn dynamisch, maar worden hierbij geholpen door
enzymen; chromatine remoddeling enzymes. Deze enzymen hydrolyseren
ATP waardoor er ADP ontstaat. Ze veranderen de positie van de DNA keten
ten opzichte van de histon; het trekt als het ware het DNA over de histon
heen (lijkt op DNA helicase).
Histonen kunnen uitwisselen bij
DNA remodelling; histone
chaperonne
, eiwitten binden zich dan aan het histon waarna er
onder de hydrolyse van ATP bepaalde histonen
gewisseld of verwijderd worden.
Ook bestaat er een
histon H1; deze zit
niet in het histon core
complex, maar zit aan
de buitenkant van het
nucleosoom. Het is een soort lijm molecuul; het bepaalt de richting
van het DNA zodat de packing het beste is. Het buigt de keten zo weg
zodat deze verder gaat naar het volgende nucleosoom.
Grotere structuren zijn bijvoorbeeld de 30 nm chromatine fiber
complexen, waarbij al het chromatine erg dicht op elkaar gevouwen is
(zie afbeelding).
Op de positie waar het
centromeer zit, bevat
het DNA een
gemodificeerd type
histon 3 eiwit met een additionele sequentie die
herkend wordt door kinetochore, die vervolgens
het DNA uit elkaar haalt (gebeurd tijdens de
mitose).
Interfase; bij de deling van het DNA worden de
nucleosomen niet verdubbeld, waardoor er een
tekort is. De H3 en de H4 dimeren
worden gelijk verdeeld over de
nieuwe ketens en worden daarna
aangevuld met de H2A en H2B,
waardoor er dan ongeveer hetzelfde
type histoneiwit verkregen wordt.
Met behulp van tweeling DNA weet
de cel wat er moet zitten.
Epigenetica is de wetenschap die
zich bezighoudt met overerving van
eigenschappen die niet ontstaan
door veranderingen in nucleotiden
sequentie maar door:
- Gen-regulerende eiwitten
- Erfelijke modificaties van
histon eiwitten en DNA
Epigenetica is, in tegenstelling tot genetica, dus
niet erfelijk.
Somatic cell: cel die niet tot de geslachtscellen
behoort.
Germ cell: oerkiemcel
College 1; 15-11 (Hoofdstuk 4 & 1)
Basisbegrippen van DNA:
- Opgebouwd uit nucleïnezuren; nucleïnezuren (DNA en
RNA) zijn lineaire polymeren. Elke monomeer eenheid
binnen het polymeer wordt een nucleotide genoemd, die
uit drie onderdelen bestaat: een suiker, een fosfaat en
een van de vier basen. Een nucleoside is een suiker
gebonden aan een base zonder de fosfaat.
- Dubbelstrengs DNA ontstaat door
waterstofbruggen (NH is de donor,
O de acceptor)
tussen de basen
- Helix is antiparallel
- Altijd 5’ aan 3’ koppeling via
phospho-diesterbinding
- Biosynthese van 5’ naar 3’ richting
- Polymeren via covalente
bindingen (delen van een
elektronenpaar)
- De DNA helix bevat een major en
een minor groove voor herkenning van DNA en binding met
eiwitten.
- Chromatine is het complex van DNA en eiwitten in de celkern
van Eukaryotische cellen.
Prokaryoten (bacteriën) hebben geen celkern, eukaryoten wel.
Daardoor ligt het DNA bij eukaryoten in hoge mate geordend in de
celkern, terwijl het bij prokaryoten los in het cytoplasma ligt.
Hierdoor is er bij eukaryoten een betere controle van genexpressie
en is er activatie en de-activatie van complete chromatine-
gedeeltes. Bij prokaryoten is er nauwelijks transcriptie controle (het
proces dat van het DNA van een gen een complementaire kopie
maakt bestaande uit messenger-RNA (mRNA). Typisch eukaryotisch
mRNA codeert voor één eiwit, terwijl bacterieel mRNA codeert voor
meerdere eiwitten. Bij Eukaryoten verloopt dit proces complexer; er
is daar sprake van intronen en exonen (splicing: intronen worden
verwijderd, exonen blijven). Voor het beëindigen van de transcriptie
wordt de 5’-cap toegevoegd, die de 5’ kant stabiliseert en
beschermt voor nucleases (zo kan de streng niet langer worden) en
mRNA translatie versterkt. De transciptie wordt hier gestopt door
middel van het cleavage signaal, de sequentie AAUAAA, dat herkent
wordt door endonuclease (enzym). Wanneer dit herkend is, wordt
de 3’-polyA-staart toegevoegd. Het poly(A)polymerase voegt dan
ongeveer 250 A’s met behulp van ATP. Dit verbetert de effectiviteit van de translatie en de stabiliteit
van mRNA.
Eurkaryoten hebben:
- Gepaarde homologe chromosomen (diploïde), hebben dezelfde opbouw, maar zijn niet
identiek
, - Een telomeer (uiteinde van het chromosoom dat na iedere deling iets korter wordt) en
centromeer (punt waar de chromosomen uit elkaar worden getrokken wanneer ze delen).
- Origin of replication; waar de replicatie (kopiëren van een DNA molecuul) begint. Dit is een
specifieke DNA sequentie die herkent wordt door een eiwit en waar dan vervolgens de
helicase naartoe wordt gebracht
- Heterochromatine; dichtgepakt, voornamelijk inactief
- Euchromatine; lichtgepakt, toegankelijk voor eiwitten en genexpressie; meeste actieve
genen bevinden zich hier
De mens heeft gewoonlijk 23 paren chromosomen waarvan een paar
geslachtschromosomen. Heeft een eiwitstructuur die goed zichtbaar kan worden
gemaakt met kleurstoffen. Het ribosomale RNA (belangrijk bij de RNA synthese) is
verdeeld over meerdere chromosomen.
In de Metafase is het DNA erg compact. Door middel van kleuring kan worden
gekeken of er bepaalde afwijkingen zijn.
De interfase bestaat uit de G1-, S- en de G2-fase. G1: hierin voert de cel zijn functie
uit, S: de cel groeit en gaat zich voorbereiden op de mitose, de DNA-replicatie vindt
plaats -> verdubbeling chromosomen, G2: de cel groeit verder en bereid zich verder
voor voor de mitose. De mitose bestaat uit de:
profase, metafase, anafase en de telofase. Tijdens
de mitose delen de celkern en de cel zich, aan het
eind splitst de hele cel zich in twee dochtercellen die
een genetisch identieke kopie zijn van de oudercel.
Profase: het DNA wordt gespiraliseerd, waardoor de
chromosomen los van elkaar komen te liggen. Van
elk chromosoom zijn er nu twee kopieën aanwezig,
die aan elkaar gehecht zitten bij het centromeer (als
ze aan elkaar zitten -> chromatiden). Ook ontwikkelt
zich er een spoelfiguur van lange eiwitbuisjes die de
chormatiden later uit elkaar trekken.
Metafase: tussen de pro- en
metafase verdwijnt het
kernmembraan. De chromosomen
liggen in een vlak in het midden van
de cel, en de trekdraden zijn
verbonden aan de centromeren.
Anafase: De twee chromatiden laten
los van elkaar en worden door de
trekdraden uit elkaar getrokken naar de tegenoverliggende kanten van de cel.
Telofase: de draden verdwijnen en er ontstaat een membraan om elke set chromosomen heen,
waardoor in de cel twee celkernen ontstaan. Tegelijkertijd deelt de cel zich. Het cytoplasma en de
organellen worden verdeeld over de dochtercellen.
Translocatie is in de genetica een vorm van mutatie van erfelijk
materiaal. Bij translocatie wordt een DNA-segment van het
ene chromosoom naar een ander (niet homoloog) chromosoom
verplaatst.
20% van het DNA van de mens bestaat maar
uit genen waarvan er 1.5% codeert voor
exonen; de rest is nodig voor regulatie.
,De afstand tussen naast elkaar liggende
basenparen is ongeveer 0.34 nm (*10^-9).
Een nucleosoom is een complex van DNA en
histonen (eiwitten) dat de genexpressie regelt.
De nucleosomen zijn de kralen in een
chromatine keten, de plaatsen waar de DNA
sequentie twee keer omheen gedraaid zit. Een
histon bestaat uit meerdere eiwitten (4 paren
van 2). Released nucleosome core particle;
wanneer het linker DNA tussen de nucleosomen
wordt verwijderd. In de ene helft van de histon
kern vormen H2A en H2B samen een heteromeer en in
de andere helft H3 en H4. De heteromeren vormen
vervolgens samen een tetrameer. Ze zijn erg
dynamisch; kunnen opvouwen en weer ontvouwen
(het DNA komt dan
los te liggen waardoor het dan aan een ander eiwit
kan binden (transcriptiefactoren), reorganiseren
constant (bestaan maar 250 milliseconden) en de
histonen kunnen worden uitgewisseld.
De zijstaarten van de histoneiwitten (de N-terminal)
steken naar buiten; ze zijn toegankelijk voor enzymen
en kunnen worden gemodificeerd.
Histone-fold; bestaande uit één lange α-helix en
twee korte. Twee van zulke histonen vouwen in
elkaar; de histone-handshake. Op de N-terminus
vind je voornamelijk lysine en arginine; zij zijn
basisch. De positieve lading van de
histoneiwitten matcht bij de negatieve
lading van het DNA.
Histoneiwitten zijn erg geconserveerd;
zo zijn ze bij een koe en een eiwit bijvoorbeeld bijna hetzelfde.
Ze moeten ook geconserveerde vouwmethoden hebben;
één puntmutatie heeft namelijk al grote gevolgen voor de
vouwing van het chromatine.
2 H4 eiwitten vormen samen met 2 H3 eiwitten het H3-H4 tetrameer. Hier
wordt vervolgens DNA omheen gewikkeld en daarna wordt het stabiele
H2A-H2B dimeer ingebouwd.
Nucleosomen zijn dynamisch, maar worden hierbij geholpen door
enzymen; chromatine remoddeling enzymes. Deze enzymen hydrolyseren
ATP waardoor er ADP ontstaat. Ze veranderen de positie van de DNA keten
ten opzichte van de histon; het trekt als het ware het DNA over de histon
heen (lijkt op DNA helicase).
Histonen kunnen uitwisselen bij
DNA remodelling; histone
chaperonne
, eiwitten binden zich dan aan het histon waarna er
onder de hydrolyse van ATP bepaalde histonen
gewisseld of verwijderd worden.
Ook bestaat er een
histon H1; deze zit
niet in het histon core
complex, maar zit aan
de buitenkant van het
nucleosoom. Het is een soort lijm molecuul; het bepaalt de richting
van het DNA zodat de packing het beste is. Het buigt de keten zo weg
zodat deze verder gaat naar het volgende nucleosoom.
Grotere structuren zijn bijvoorbeeld de 30 nm chromatine fiber
complexen, waarbij al het chromatine erg dicht op elkaar gevouwen is
(zie afbeelding).
Op de positie waar het
centromeer zit, bevat
het DNA een
gemodificeerd type
histon 3 eiwit met een additionele sequentie die
herkend wordt door kinetochore, die vervolgens
het DNA uit elkaar haalt (gebeurd tijdens de
mitose).
Interfase; bij de deling van het DNA worden de
nucleosomen niet verdubbeld, waardoor er een
tekort is. De H3 en de H4 dimeren
worden gelijk verdeeld over de
nieuwe ketens en worden daarna
aangevuld met de H2A en H2B,
waardoor er dan ongeveer hetzelfde
type histoneiwit verkregen wordt.
Met behulp van tweeling DNA weet
de cel wat er moet zitten.
Epigenetica is de wetenschap die
zich bezighoudt met overerving van
eigenschappen die niet ontstaan
door veranderingen in nucleotiden
sequentie maar door:
- Gen-regulerende eiwitten
- Erfelijke modificaties van
histon eiwitten en DNA
Epigenetica is, in tegenstelling tot genetica, dus
niet erfelijk.
Somatic cell: cel die niet tot de geslachtscellen
behoort.
Germ cell: oerkiemcel
