EIWITSYNTHESE

De cel: bouwsteen van het leven OOG HERSENEN LEVER DARM De cel is de bouwsteen van elk levend wezen. Sommige organismen bestaan slechts uit één cel (vb. bacterie), andere tellen er zeer veel. De mens bestaat naar schatting uit zo’n tienduizend miljard cellen. Ze liggen aan de basis van alles wat we doen. Onze cellen zijn georganiseerd in weefsels en organen waarin elke cel een specifieke functie uitoefent. Cellen in je maag helpen bij de vertering, cellen in je hart zorgen voor de bloedcirculatie, en dankzij de cellen in je spierweefsel kan je bewegen. De weefsels voorgesteld op de dia zijn: staafjes uit het netvlies van het oog, hersencellen (neuronen) uit de cerebrale cortex, levercellen (hepatocyten) (links is er eentje aan het delen), het darmepitheel met microvilli om voedingsstoffen te absorberen uit de darm, cellen van de huid en bloedcellen (rode, witte (geel) en bloedplaatjes (paars)). HUID BLOED

Hetzelfde DNA in elke cel Het complexe menselijke lichaam, opgebouwd uit miljarden cellen, is gegroeid uit één enkele cel. Die ene cel is ontstaan door een versmelting van een eicel en een zaadcel. Dit eerste celletje deelt zich tot twee dochtercellen die zich op hun beurt opnieuw in twee cellen splitsen. Dit proces blijft zo doorgaan, waarbij alle vitale onderdelen van het menselijke lichaam geleidelijk aan vorm krijgen. Voor elke celdeling wordt een identieke kopij van het DNA gemaakt zodat elke dochtercel hetzelfde DNA bevat als de moedercel. Dankzij dit proces bezit elke cel in ons lichaam hetzelfde DNA: uiteindelijk bevat elke cel een volledige DNA-kopij van de cel waaruit deze is ontstaan en is identiek aan die allereerste bevruchte eicel.

De cel membraan kern organellen Cellen bestaan in talloze variaties, in verschillende groottes en in verschillende vormen. Als we echter naar de binnenkant van cellen kijken, zien we een fundamentele verwantschap. De gemiddelde cel heeft een diameter van ongeveer vijftien micrometer (vijftien miljoenste meter). Dat is ongeveer 200 keer kleiner dan een peperbolletje. Een cel bestaat voor zeventig procent uit water, voor twintig procent uit eiwitten en voor tien procent uit andere biomoleculen en zouten. De cel wordt omsloten door een membraan. Het gelachtig materiaal binnenin de cel heet het cytoplasma. Het is opgebouwd uit een groot aantal organellen, verschillende kleine fabriekjes die specifieke producten (vooral eiwitten) aanmaken. Deze producten worden elders in de cel of in het lichaam gebruikt. Middenin de cel bevindt zich de celkern. De celkern dicteert hoe de cel zich moet gedragen. Hij bevat het DNA, de basis van de erfelijkheid.

DNA Cel Kern Chromosomen Gen DNA-molecuul (chromosoom)

De bouwstenen van DNA Gen Chemische basen DNA-molecuul (chromosoom) A Ons erfelijke materiaal is in de celkern opgeslagen. Het bestaat uit een lange streng DNA, die onder een compacte vorm is opgerold. Het DNA bestaat uit slechts vier verschillende bouwstenen of nucleotiden: adenosine, cytidine, guanosine en thymidine. Een nucleotide bestaat uit een base (adenine (A), guanine (G), cytosine (C) en thymine (T)), een suiker en een fosfaatgroep. De nucleotiden volgen elkaar op in één lange keten. De lange DNA-keten, die in elke cel van het menselijke lichaam voorkomt, kan je vergelijken met een dik boek. De volgorde van de nucleotiden kan je lezen als de letters van het boek. De specifieke opeenvolging van letters vormen dan de zinnen, onze genen. De genen geven de cel instructies. Ze geven de opdracht voor de aanmaak van eiwitten. Soms zijn het korte zinnen: genen opgebouwd uit amper enkele honderden letters of nucleotiden. Andere genen zijn net heel lang en bestaan uit enkele miljoenen nucleotiden. C G

DNA  RNA  eiwit Celmembraan DNA Kern Aminozuur-keten (= eiwit) DNA basen mRNA Gen eiwit Het bouwen van eiwitten ligt aan de basis van de celfunctie. Eiwitten zijn de vertaling van wat in onze genen staat. Ze zorgen ervoor dat het lichaam goed functioneert (de vertering van je eten gebeurt door eiwitten die enzymen heten, de afbraak van alcohol in je lever gebeurt ook door enzymen, ...) en bepalen voor een groot stuk je uiterlijk (je haar is eiwit, de kleur van je ogen wordt gemaakt door eiwitten, ...) Om een eiwit te maken wordt de informatie van het gen eerst overgeschreven op een tijdelijke drager: het messenger RNA (mRNA). Dit boodschapper-RNA gaat vervolgens uit de kern naar het cytoplasma waar het door ribosomen vertaald wordt in een keten van aminozuren: een eiwit. Ribosoom

Eiwitsynthese DNA >>>>>>> m-RNA>>>>>>> eiwit Transcriptie speelt zich af in de kern Translatie speelt zich af in het cytoplasma

 Knipenzym X  Knipenzym Y TACCATACTTATATATGCTTTTGTGGGAATT Benodigdheden DNA TACCATACTTATATATGCTTTTGTGGGAATT ATGGTATGAATATATACGAAAACACCCTTAA m-RNA-polymerase  Knipenzym X  Knipenzym Y

Waterstofbruggen worden verbroken. DNA bestaat uit een aaneenschakeling van nucleotiden (Nucleotide = desoxyribose + fosfaat + organische base). Alleen de organische basen zijn afgebeeld.  Waterstofbruggen worden verbroken. TACCATACTTATATATGCTTTTGTGGGAATT 3 waterstofbruggen tussen Guanine en Cytosine 2 waterstofbruggen tussen Adenine en Thymine ATGGTATGAATATATACGAAAACACCCTTAA

TACCATACTTATATATGCTTTTGTGGGAATT DNA heeft een richting, dit wordt de 5’- 3’ richting genoemd. De richting van een streng is altijd het tegenovergestelde van de streng die ernaast ligt. ‘5 3’ TACCATACTTATATATGCTTTTGTGGGAATT ’3 5’ ATGGTATGAATATATACGAAAACACCCTTAA TACCATACTTATATATGCTTTTGTGGGAATT

primair messenger-RNA m-RNA-polymerase schuift over DNA-enkelstreng en maakt primair m-RNA via een polymerisatieproces. ’5 3’ TACCATACTTATATATGCTTTTGTGGGAATT AUGGUAUGAAUAUAUACGAAAACACCGUUAA 5’ ’3 primair messenger-RNA ATGGTATGAATATATACGAAAACACCCTTAA

primair messenger-RNA TACCATACTTATATATGCTTTTGTGGGAATT  AUGGUAUGAAUAUAUACGAAAACACCGUUAA 5’ ’3 primair messenger-RNA ATGGTATGAATATATACGAAAACACCCTTAA

TACCATACTTATATATGCTTTTGTGGGAATT ’3 5’ AUGGUAUGAAUAUAUACGAAAACACCGUUAA ATGGTATGAATATATACGAAAACACCCTTAA

primair messenger-RNA TACCATACTTATATATGCTTTTGTGGGAATT ATGGTATGAATATATACGAAAACACCCTTAA primair messenger-RNA ’3 5’ AUGGUAUGAAUAUAUACGAAAACACCGUUAA

primair messenger-RNA DNA TACCATACTTATATATGCTTTTGTGGGAATT ATGGTATGAATATATACGAAAACACCCTTAA primair messenger-RNA ’3 5’ AUGGUAUGAAUAUAUACGAAAACACCGUUAA

AUGGUACGAAAACACCGUUAA messenger-RNA m-RNA bestaat uit aan elkaar geschakelde nucleotiden (nucleotide = ribose + fosfaat + organische base). ’3 5’ AUGGUACGAAAACACCGUUAA De organische basen zijn: U: uracil (i.p.v. thymine bij DNA) A: adenine G: guanine C: cytosine

Translatie: vertaling van m-RNA tot eiwit. Hoe worden eiwitten gemaakt?

AUG GUA CGA AAA CAC CGU UAA Benodigdheden m-RNA Codon Codon Codon Codon Codon Codon Codon ’3 5’ AUG GUA CGA AAA CAC CGU UAA RF RF = Release Factor Anti-codon t-RNA UAC CAU GCU ribosoom Aminozuur 30 S UUU GUG GCA 50 S

Waarom 3 basen per codon??? ’3 5’ AUG GUA CGA AAA CAC CGU UAA Een codon (triplet) komt overeen met een bepaald aminozuur of duidt start en stop aan. ’3 5’ AUG GUA CGA AAA CAC CGU UAA UAA = stopcodon Arginine Histidine Lysine Waarom 3 basen per codon??? Arginine Valine Methionine AUG = startcodon

Eiwitten zijn opgebouwd uit 20 verschillende aminozuren. Hoeveel basen moet ik combineren om 20 verschillende mogelijkheden te hebben? 1 base? A,U,C of G 4 combinaties AU,UU,CU,GU AA,UA,CA,GAAC,UC,CC,GCAG,UG,CG,GG 2 basen? 16 combinaties

3 basen dan? Ja! Want dat levert 4×4×4 (43) mogelijkheden dus 64 combinaties en dat is zat om voor alle aminozuren te coderen.

Eerste base (5’begin) Tweede base Derde base (3’einde) U C A G UUU (Phe) fenylalanine UCU (Ser) Serine UAU (Tyr) Tyrosine UGU (Cys) Cysteïne UUC (Phe) fenylalanine UCC (Ser) Serine UAC (Tyr) Tyrosine UGC (Cys) Cysteïne UUA (Leu) Leucine UCA (Ser) Serine UAA STOP UGA STOP UUG (Leu) Leucine UCG (Ser) Serine UAG STOP UGG (Trp) Tryptofaan CUU (Leu) Leucine CCU (Pro) Proline CAU (His) Histidine CGU (Arg) Arginine CUC (Leu) Leucine CCC (Pro) Proline CAC (His) Histidine CGC (Arg) Arginine CUA (Leu) Leucine CCA (Pro) Proline CAA (Gln) Glutamine CGA (Arg) Arginine CUG (Leu) Leucine CCG (Pro) Proline CAG (Gln) Glutamine CGG (Arg) Arginine AUU (Ile) Isoleucine ACU (Thr) Threonine AAU (Asn) Asparagine AGU (Ser) Serine AUC (Ile) Isoleucine ACC (Thr) Threonine AAC (Asn) Asparagine AGC (Ser) Serine AUA (Ile) Isoleucine ACA (Thr) Threonine AAA (Lys) Lysine AGA (Arg) Arginine AUG (Met) Methionine START ACG (Thr) Threonine AAG (Lys) Lysine AGG (Arg) Arginine GUU (Val) Valine GCU (Ala) Alanine GAU (Asp) Asparaginezuur GGU (Gly) Glycine GUC (Val) Valine GCC (Ala) Alanine GAC (Asp) Asparaginezuur GGC (Gly) Glycine GUA (Val) Valine GCA (Ala) Alanine GAA (Glu) Glutaminezuur GGA (Gly) Glycine GUG (Val) Valine GCG (Ala) Alanine GAG (Glu) Glutaminezuur GGG (Gly) Glycine

AUG GUA CGA AAA CAC CGU UAA AUG = startcodon AUG GUA CGA AAA CAC CGU UAA UAC Met CAU Val Het m-RNA zal door het ribosoom heen 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.

AUG GUA CGA AAA CAC CGU UAA CAU Val Met

AUG GUA CGA AAA CAC CGU UAA CAU UAC Val Met

AUG GUA CGA AAA CAC CGU UAA CAU GCU Arg UAC Val Met

AUG GUA CGA AAA CAC CGU UAA CAU GCU UAC Arg Val Met

AUG GUA CGA AAA CAC CGU UAA GCU UUU Lys CAU UAC Arg Val Met

AUG GUA CGA AAA CAC CGU UAA GCU UUU CAU UAC Lys Arg Val Met

AUG GUA CGA AAA CAC CGU UAA UUU GUG His GCU CAU UAC Lys Arg Val Met

AUG GUA CGA AAA CAC CGU UAA UUU GUG GCU CAU UAC His Lys Arg Val Met

AUG GUA CGA AAA CAC CGU UAA GUG GCA Arg UUU GCU CAU His UAC Lys Arg Val Met

AUG GUA CGA AAA CAC CGU UAA GUG GCA UUU GCU CAU Arg UAC His Lys Arg Val Met

AUG GUA CGA AAA CAC CGU UAA RF GCA GUG UUU GCU Arg CAU His UAC Lys Arg Val Met

AUG GUA CGA AAA CAC CGU UAA RF GCA GUG UUU GCU CAU Arg UAC His Lys Arg Val Met

AUG GUA CGA AAA CAC CGU UAA GCA GUG UUU GCU RF CAU Arg UAC His Lys Arg Val Met

AUG GUA CGA AAA CAC CGU UAA CAU GCU RF t-RNA-molecylen worden weer voorzien van hun juiste aminozuren UUU GUG GCA EIWIT Arg His Lys Val Arg Met

EIWIT Arginine Histidine Methionine kan afgeknipt worden. Lysine Valine Arginine Methionine

Aan elkaar geschakelde aminozuren EIWIT Aan elkaar geschakelde aminozuren Arginine m-RNA codons  Aminozuur UAA  Stop CGU  Arginine CAC  Histidine AAA  Lysine CGA  Arginine GUA  Valine AUG  Methionine / Start Histidine Lysine Valine Arginine

Bestaat natuurlijk niet uit 5 aminozuren maar veel meer. EIWIT Bestaat natuurlijk niet uit 5 aminozuren maar veel meer. Eiwitten zijn de belangrijkste stoffen in cellen. Ze bestaan uit een ketting van aminozuren. Het aantal aminozuren en de volgorde bepaalt het soort eiwit. In een mens zitten zo’n 300.000 verschillende eiwitten. Voorbeelden:

Hemoglobine; De zuurstoftransporteur in rode bloedcellen

Myosine (Links) en Actine (hieronder) de Bouwstenen van al je spieren!!!