Thema 7 Genexpressie DEEL 3 Gentisch materiaal en celdelingen

1 Het leven van een cel in een notendop Celyclus: interfase gevolgd door celdeling Vereenvoudigde voorstelling van de celcyclus van een levercel

2 2.1 Chemische samenstelling van DNA Chromatine Histonen Chromatine tijdens de interfase 2 2.1 Chemische samenstelling van DNA Chromatine DNA Histonen

DNA DesoxyriboNucleïneAcid is een polynucleotide Eén nucleotide bestaat uit: Desoxyribose Fosfaatgroep Organische stikstofbase Adenine (A) Cytosine (C) Guanine (G) Thymine (T)

Structuur van de suikermolecule en de fosfaatgroep

Structuur van de organische stikstofbasen

Maurice Wilkins Crick & Watson Rosalind Franklin 1953 2.2 Ruimtelijke structuur van DNA 1953 Maurice Wilkins Crick & Watson Rosalind Franklin

A T C G Dubbele helix: 2 suiker-fosfaatruggengraten Complementaire structuur: A T C G Antiparallele structuur: 5’  3’ 3’  5’ Basensequentie: = genetische informatie

2.3 Verband tussen DNA en gen GEN = DNA-fragment met de code voor de aanmaak van een polypeptide

2.4 Histonen Proteïne Ondersteunende rol Regulerende rol bij genexpressie Opwinden van DNA: DNA heeft totale lengte van 2m  past in kern met Ø van 2µm

genexpressie is mogelijk 2.5 Structuur van een chromatinevezel Chromatinevezel = DNA + histonen  ‘parelsnoer’ euchromatine heterochromatine genexpressie is mogelijk geen genexpressie

3 3.1 Chemische samenstelling van RNA Chemische samenstelling + ruimtelijke structuur RNA 3 3.1 Chemische samenstelling van RNA Nucleïnezuur, opgebouwd uit nucleotiden Ribose (ipv. desoxyribose) Fosfaatgroep Organische stikstofbase Cytosine Guanine Adenine Uracil  ipv. thymine bij DNA

3.2 Ruimtelijke structuur van RNA Enkelstrengig Oriëntatie 5’  3’ Kan ruimtelijk opgevouwen zijn door basenparing

Genexpressie 4 Gen  Polytpeptide Proteïne  

Centrale hypothese v. moleculaire biologie 5 Eiwitsynthese DNA >>>>>>> m-RNA>>>>>>> eiwit Transcriptie Translatie

Verloop van de proteïnesynthese 6

In de kern bevinden zich DNA-moleculen die de genetische codes bevatten voor de erfelijke kenmerken. Bij de mens vinden we er 46 DNA-moleculen per cel. KERN CYTOPLASMA DNA

Messenger-RNA (boodschapper-RNZ voor een bepaald eiwit) wordt gemaakt, overeenkomstig met de DNA-codes. De DNA-helix ontplooit zich op de plaats waar de genetische codes liggen voor de aanmaak van een bepaald eiwit. In de kern bevinden zich DNA-moleculen, waarvan er hier één is afgebeeld. Het is een dubbelstreng (helix). CYTOPLASMA KERN DNA m-RNA

m-RNA wordt losgekopppeld van DNA en de DNA-helix sluit zich weer. CYTOPLASMA KERN DNA m-RNA

m-RNA verlaat de celkern via de kernporiën.

m-RNA schuift in ribosomen binnen. Ribosoom m-RNA KERN Ruw endoplasmatisch reticulum

De eiwitten kunnen terecht komen in het endoplasmatisch reticulum. Ribosoom KERN m-RNA Eiwit Ruw endoplasmatisch reticulum

De eiwitten kunnen de cel verlaten. Ribosoom KERN m-RNA Eiwit Ruw endoplasmatisch reticulum

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

6.1

 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

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

precursor messenger-RNA TACCATACTTATATATGCTTTTGTGGGAATT  AUGGUAUGAAUAUAUACGAAAACACCGUUAA precursor messenger-RNA ATGGTATGAATATATACGAAAACACCCTTAA

TACCATACTTATATATGCTTTTGTGGGAATT AUGGUAUGAAUAUAUACGAAAACACCGUUAA ATGGTATGAATATATACGAAAACACCCTTAA

precursor messenger-RNA TACCATACTTATATATGCTTTTGTGGGAATT ATGGTATGAATATATACGAAAACACCCTTAA precursor messenger-RNA AUGGUAUGAAUAUAUACGAAAACACCGUUAA

precursor messenger-RNA DNA TACCATACTTATATATGCTTTTGTGGGAATT ATGGTATGAATATATACGAAAACACCCTTAA precursor messenger-RNA AUGGUAUGAAUAUAUACGAAAACACCGUUAA

precursor messenger-RNA Bepaalde stukken zullen uit dit RNA geknipt worden door bepaalde enzymen. Dit proces heet splicing. Alzo wordt precursor messenger-RNA het uiteindelijke messenger-RNA (mRNA). AUGGUAUGAAUAUAUACGAAAACACCGUUAA  Splicing

precursor messenger-RNA Exon Exon = Expressed region AUGGUA UAUAUACGAAAACACCGUUAA UGAA Intron

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

6.2 + 6.3 Translatie 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 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

mRNA-codons >> aminozuur

Andere voorstelling: aflezen van binnen naar buiten. 5’  3’

Transfer-RNA (tRNA) Elk tRNA bezit een anticodon (triplet) dat complementair is met een codon (triplet) van het mRNA Elk tRNA heeft een bindplaats voor een aminozuur (3’)

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

AUG GUA CGA AAA CAC CGU UAA AUG = startcodon AUG GUA CGA AAA CAC CGU UAA UAC Met CAU Val Het m-RNA zal doorheen het ribosoom 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. Translatie: in 5’ 3’ richting van mRNA

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 m-RNA codons  Aminozuur UAA  Stop CGU  Arginine CAC Histidine AAA  Lysine CGA  Arginine GUA  Valine AUG  Methionine / Start Arginine Histidine Valine Lysine

Voorbeeld in het handboek (p. 178 …) Synthese van de proteïne oxytocine (hormoon) Contractie baarmoeder tijdens de bevalling Contractie baarmoeder na bevalling Contractie spiertjes rond de melkklieren  Aanmaak in de hypothalamus

transcriptie

translatie Volledige mRNA voor oxytocine 5’ GAGGGGAAAUCUGAUGUGCUACAUACAGAACUGUCCCCUCGGCUAG 3’ De eerste nucleotiden voor het startcodon AUG worden niet vertaald in aminozuren. De translatie begint dus vanaf het startcodon AUG (vorming van het startcomplex).

Binding van aminozuren aan specifieke tRNA’s door enzymen.

Vorming van het startcomplex 5’ AUG UGC UAC AUA CAG AAC UGU CCC CUC GGC UAG 3’ Vorming van het startcomplex

Met Cys Tyr Ile Gln Asn Cys Pro Leu Gly Stop 5’ AUG UGC UAC AUA CAG AAC UGU CCC CUC GGC UAG 3’ Met Cys Tyr Ile Gln Asn Cys Pro Leu Gly Stop

Einde van de translatie: stopcodon (UAG)  release factor (RF) Methionine wordt afgeknipt + transport naar golgicomplex

6.3.5 Vorming van polysomen Parelsnoer van ribosomen op één mRNA-streng

6.4 Overzicht verloop proteïnesynthese Voorbeeld : vorming van oxytocine de basensequentie van het DNA-fragment (gen) voor oxytocine transcriptie in de celkern de basensequentie van een mRNA translatie in het cytosol een aminozuursequentie in een polypeptide opvouwing van de polypeptide de functionele proteïne oxytocine

Primaire eiwitstructuur De aminozuurvolgorde van het eiwit

Secundaire eiwitstructuur Ontstaat als de aminozuren zich ordenen in een alfa-helix of een beta-sheet Waterstofbruggen!

Tertiaire eiwitstructuur Ontstaat als alfa-helices of een beta-sheets zich vouwen tot een complexe 3-dimensionele structuur. Waterstofbruggen en disulfidebruggen

Quarternaire eiwitstructuur Ontstaat als 2 of meer peptiden samen een eiwit vormen. Vb: hemoglobine

Animaties eiwitsynthese https://www.youtube.com/watch?v=M568QP1K3sM https://www.youtube.com/watch?v=5wMqHOf692E https://www.youtube.com/watch?v=7D6EqlL5VsA https://www.youtube.com/watch?v=nHM4UUVHPQM&spfreload=1