Samenvatting Moleculaire Biologie Theorie
Inhoudsopgaven
Les 1 en 2: Inleiding, DNA replicatie en celcyclus .................................................................................... 3
Domeinen van het leven ...................................................................................................................... 3
Structuur van DNA ............................................................................................................................... 3
Naamgeving ......................................................................................................................................... 4
Eigenschappen DNA polymerase ......................................................................................................... 5
Initiatiefase van replicatie .................................................................................................................... 6
Elongatiefase van replicatie ................................................................................................................. 7
Terminatiefase van replicatie .............................................................................................................. 9
Les 3, 4 en 5: Transcriptie ...................................................................................................................... 10
Eigenschappen RNA polymerase ....................................................................................................... 10
Initiatiefase van transcriptie .............................................................................................................. 10
Elongatiefase van transcriptie............................................................................................................ 11
Processing van pre-mRNA.................................................................................................................. 12
Terminatiefase van transcriptie ......................................................................................................... 13
Regulatie van prokaryote operons ..................................................................................................... 14
Nuclear transport............................................................................................................................... 15
Afbraak van RNA ................................................................................................................................ 15
Processing van niet coderend RNA .................................................................................................... 18
Les 6 en 7: Translatie en eiwitstructuur ................................................................................................. 19
Het tRNA ............................................................................................................................................ 19
Ribosomen ......................................................................................................................................... 19
Initiatiefase van translatie.................................................................................................................. 20
Elongatiefase van translatie ............................................................................................................... 20
Eiwitstructuur .................................................................................................................................... 21
Vouwing en post-translationele modificaties .................................................................................... 22
Afbraak van eiwitten .......................................................................................................................... 23
DNA-bindende eiwitten ..................................................................................................................... 23
Les 8 en 9: Genoom, chromatine en toegankelijkheid ........................................................................... 24
Prokaryote genoom ........................................................................................................................... 24
Eukaryote genoom............................................................................................................................. 24
Regulatie van chromatine toegankelijkheid, chromatine dichtheid .................................................. 24
Regulatie van chromatine toegankelijkheid, histon modificaties ...................................................... 25
, Regulatie van chromatine toegankelijkheid, DNA methylatie............................................................ 26
Regulatie van chromatine toegankelijkheid, epigentica .................................................................... 26
Les 10: Mutaties .................................................................................................................................... 27
Mutaties............................................................................................................................................. 27
DNA repair mechanismen .................................................................................................................. 28
Gevolgen mutatie .............................................................................................................................. 29
Les 11: DNA repair en recombinatie ...................................................................................................... 29
Homologe recombinatie .................................................................................................................... 29
Transpositie ....................................................................................................................................... 31
Site-specific recombination ............................................................................................................... 31
Genoom variatie en ontstaan nieuwe genen ..................................................................................... 31
,Les 1 en 2: Inleiding, DNA replicatie en celcyclus
De kern van de cursus betreft de replicatie, transcriptie en translatie van DNA. Deze drie processen
zijn op te delen in de drie fases initiatie, elongatie en terminatie. Binnen de drie fases is er nog
verschil tussen pro- en eukaryoot. Het eerste deel gaat over de replicatie, dit is het proces waarbij
het DNA verdubbeld wordt voor de celdeling.
Domeinen van het leven
De twee hoofddomeinen van het leven zijn de prokaryoten en de eukaryoten. Het verschil in de
processen die betrekking hebben tot DNA, komt doordat de domeinen verschillende cellen hebben.
Het belangrijkste verschil is dat eukaryoten cellen een celkern bevatten waar lineair DNA zich in
bevindt in de vorm van chromosomen, terwijl prokaryoten cellen geen celkern hebben, en hun
circulaire DNA zich in het cytoplasma bevindt. Daarnaast bevat een prokaryoten cel altijd een
celwand (als extra bescherming voor het DNA) en een eukaryoten cel soms een celwand. Als laatste
heeft een prokaryoten cel geen organellen en een eukaryoten cel wel.
Structuur van DNA
DNA wordt gekenmerkt door het bestaan uit 4 bouwstenen, ook wel nucleotiden. Deze vormen een
fosfaat-deoxyribose backbone verbonden door een fosfordiesterbinding met daaraan
complementaire basen verbonden door waterstofbruggen. Dit vormt een rechts draaiende helix met
major en minor groove aan de zijkanten zoals weergegeven in onderstaande afbeelding, doordat de
basen complementair zijn, zijn de DNA strengen antiparallel. Antiparallel houdt in dat de DNA
strengen gelijk zijn, maar in de tegenovergestelde richting staan.
Figuur 1: De 3D structuur van DNA met daarin de major en minor groove aangegeven
Nucleosiden bestaan uit een pentose suiker met een daaraan gebonden stikstof-base. Het wordt een
nucleotiden genoemd wanneer hieraan één of meerdere fosfaat groepen gebonden zijn. Afhankelijk
van hoeveel fosfaatgroepen gebonden zijn wordt er bij de naamgeving – monofosfaat (1), - difosfaat
(2), of – trifosfaat (3) achter gezet.
De pentose van DNA is deoxyribose, in RNA is dit ribose. Het verschil tussen de twee suikers is het
ontbreken van een zuurstofmolecuul van het 2’ koolstof molecuul. Het is het molecuul in het
midden, de stikstof-base bindt aan het 1’ koolstof molecuul, de fosfaatgroep aan het 5’ molecuul.
Figuur 2: Het verschil weergegeven van een ribose en deoxyribose molecuul
, De stikstof-basen bestaan uit purinen en pyrimidinen, de waterstofbrug wordt altijd gevormd tussen
purinen-pyrimidinen. De pyrimidinen zijn Cytosine (C), Thymine (T) en de RNA base Uracil (U). De
purinen zijn Adenine (A) en Guanine (G). Cytosine vormt met Guanine drie waterstof bruggen en
Adenine vormt in DNA met Thymine twee waterstofbruggen en in RNA met Uracil twee
waterstofbruggen. G-C binding is dus sterker dan A-T binding.
Naast waterstofbruggen tussen de strengen en covalente bindingen binnen één streng treden er ook
van der waalskrachten op tussen de gestapelde basen, hydrofobe interacties in de minor groove en
ionbindingen tussen DNA en eiwitten.
De verschillen tussen DNA en RNA zijn:
DNA RNA
Dubbelstrengs Enkelstrengs
Deoxyribose Ribose
Basen A,G,C,T Basen A, G, C, U
Figuur 3: De structuur van DNA tijdens de replicatie Figuur 4: De verschillen tussen DNA en RNA weergegeven
Naamgeving
Deoxyribonucleotiden (DNA)
Nucleobasen Nucleosiden Nucleotiden
Adenine (A) Deoxyadenosine Deoxyadenosine(X)fosfaat
Cytosine (C) Deoxycytidine Deoxycytidine(X)fosfaat
Guanine (G) Deoxyguanine Deoxyguanine(X)fosfaat
Thymine (T) Thymidine Thymidine(X)fosfaat
NB: (X) fosfaat kan mono-, di- of trifosfaat zijn afhankelijk van de hoeveelheid fosfaatgroepen.
Afkorting wordt geschreven als: d (deoxy) – BASE – M(ONO)/D(I)/T(RI – P (fosfaat)
Voorbeeld van deoxyadenosinetrifosfaat = dATP
Inhoudsopgaven
Les 1 en 2: Inleiding, DNA replicatie en celcyclus .................................................................................... 3
Domeinen van het leven ...................................................................................................................... 3
Structuur van DNA ............................................................................................................................... 3
Naamgeving ......................................................................................................................................... 4
Eigenschappen DNA polymerase ......................................................................................................... 5
Initiatiefase van replicatie .................................................................................................................... 6
Elongatiefase van replicatie ................................................................................................................. 7
Terminatiefase van replicatie .............................................................................................................. 9
Les 3, 4 en 5: Transcriptie ...................................................................................................................... 10
Eigenschappen RNA polymerase ....................................................................................................... 10
Initiatiefase van transcriptie .............................................................................................................. 10
Elongatiefase van transcriptie............................................................................................................ 11
Processing van pre-mRNA.................................................................................................................. 12
Terminatiefase van transcriptie ......................................................................................................... 13
Regulatie van prokaryote operons ..................................................................................................... 14
Nuclear transport............................................................................................................................... 15
Afbraak van RNA ................................................................................................................................ 15
Processing van niet coderend RNA .................................................................................................... 18
Les 6 en 7: Translatie en eiwitstructuur ................................................................................................. 19
Het tRNA ............................................................................................................................................ 19
Ribosomen ......................................................................................................................................... 19
Initiatiefase van translatie.................................................................................................................. 20
Elongatiefase van translatie ............................................................................................................... 20
Eiwitstructuur .................................................................................................................................... 21
Vouwing en post-translationele modificaties .................................................................................... 22
Afbraak van eiwitten .......................................................................................................................... 23
DNA-bindende eiwitten ..................................................................................................................... 23
Les 8 en 9: Genoom, chromatine en toegankelijkheid ........................................................................... 24
Prokaryote genoom ........................................................................................................................... 24
Eukaryote genoom............................................................................................................................. 24
Regulatie van chromatine toegankelijkheid, chromatine dichtheid .................................................. 24
Regulatie van chromatine toegankelijkheid, histon modificaties ...................................................... 25
, Regulatie van chromatine toegankelijkheid, DNA methylatie............................................................ 26
Regulatie van chromatine toegankelijkheid, epigentica .................................................................... 26
Les 10: Mutaties .................................................................................................................................... 27
Mutaties............................................................................................................................................. 27
DNA repair mechanismen .................................................................................................................. 28
Gevolgen mutatie .............................................................................................................................. 29
Les 11: DNA repair en recombinatie ...................................................................................................... 29
Homologe recombinatie .................................................................................................................... 29
Transpositie ....................................................................................................................................... 31
Site-specific recombination ............................................................................................................... 31
Genoom variatie en ontstaan nieuwe genen ..................................................................................... 31
,Les 1 en 2: Inleiding, DNA replicatie en celcyclus
De kern van de cursus betreft de replicatie, transcriptie en translatie van DNA. Deze drie processen
zijn op te delen in de drie fases initiatie, elongatie en terminatie. Binnen de drie fases is er nog
verschil tussen pro- en eukaryoot. Het eerste deel gaat over de replicatie, dit is het proces waarbij
het DNA verdubbeld wordt voor de celdeling.
Domeinen van het leven
De twee hoofddomeinen van het leven zijn de prokaryoten en de eukaryoten. Het verschil in de
processen die betrekking hebben tot DNA, komt doordat de domeinen verschillende cellen hebben.
Het belangrijkste verschil is dat eukaryoten cellen een celkern bevatten waar lineair DNA zich in
bevindt in de vorm van chromosomen, terwijl prokaryoten cellen geen celkern hebben, en hun
circulaire DNA zich in het cytoplasma bevindt. Daarnaast bevat een prokaryoten cel altijd een
celwand (als extra bescherming voor het DNA) en een eukaryoten cel soms een celwand. Als laatste
heeft een prokaryoten cel geen organellen en een eukaryoten cel wel.
Structuur van DNA
DNA wordt gekenmerkt door het bestaan uit 4 bouwstenen, ook wel nucleotiden. Deze vormen een
fosfaat-deoxyribose backbone verbonden door een fosfordiesterbinding met daaraan
complementaire basen verbonden door waterstofbruggen. Dit vormt een rechts draaiende helix met
major en minor groove aan de zijkanten zoals weergegeven in onderstaande afbeelding, doordat de
basen complementair zijn, zijn de DNA strengen antiparallel. Antiparallel houdt in dat de DNA
strengen gelijk zijn, maar in de tegenovergestelde richting staan.
Figuur 1: De 3D structuur van DNA met daarin de major en minor groove aangegeven
Nucleosiden bestaan uit een pentose suiker met een daaraan gebonden stikstof-base. Het wordt een
nucleotiden genoemd wanneer hieraan één of meerdere fosfaat groepen gebonden zijn. Afhankelijk
van hoeveel fosfaatgroepen gebonden zijn wordt er bij de naamgeving – monofosfaat (1), - difosfaat
(2), of – trifosfaat (3) achter gezet.
De pentose van DNA is deoxyribose, in RNA is dit ribose. Het verschil tussen de twee suikers is het
ontbreken van een zuurstofmolecuul van het 2’ koolstof molecuul. Het is het molecuul in het
midden, de stikstof-base bindt aan het 1’ koolstof molecuul, de fosfaatgroep aan het 5’ molecuul.
Figuur 2: Het verschil weergegeven van een ribose en deoxyribose molecuul
, De stikstof-basen bestaan uit purinen en pyrimidinen, de waterstofbrug wordt altijd gevormd tussen
purinen-pyrimidinen. De pyrimidinen zijn Cytosine (C), Thymine (T) en de RNA base Uracil (U). De
purinen zijn Adenine (A) en Guanine (G). Cytosine vormt met Guanine drie waterstof bruggen en
Adenine vormt in DNA met Thymine twee waterstofbruggen en in RNA met Uracil twee
waterstofbruggen. G-C binding is dus sterker dan A-T binding.
Naast waterstofbruggen tussen de strengen en covalente bindingen binnen één streng treden er ook
van der waalskrachten op tussen de gestapelde basen, hydrofobe interacties in de minor groove en
ionbindingen tussen DNA en eiwitten.
De verschillen tussen DNA en RNA zijn:
DNA RNA
Dubbelstrengs Enkelstrengs
Deoxyribose Ribose
Basen A,G,C,T Basen A, G, C, U
Figuur 3: De structuur van DNA tijdens de replicatie Figuur 4: De verschillen tussen DNA en RNA weergegeven
Naamgeving
Deoxyribonucleotiden (DNA)
Nucleobasen Nucleosiden Nucleotiden
Adenine (A) Deoxyadenosine Deoxyadenosine(X)fosfaat
Cytosine (C) Deoxycytidine Deoxycytidine(X)fosfaat
Guanine (G) Deoxyguanine Deoxyguanine(X)fosfaat
Thymine (T) Thymidine Thymidine(X)fosfaat
NB: (X) fosfaat kan mono-, di- of trifosfaat zijn afhankelijk van de hoeveelheid fosfaatgroepen.
Afkorting wordt geschreven als: d (deoxy) – BASE – M(ONO)/D(I)/T(RI – P (fosfaat)
Voorbeeld van deoxyadenosinetrifosfaat = dATP
