CEL IV: moleculaire biologie
H1: grondleggers van de moleculaire biologie
Mendel (1865):
- Overerving bij erwtenplanten
- P-generatie: zuiver
- F1-generatie: allemaal hetzelfde
- F2-generatie: 3:1
- Monohybride
- Uniformiteitswet
- Splitsingswet = wet der segregatie
- Onafhankelijkheidswet
Flemming:
- Kleuring chromatine
- Bestaan chromosomen + splitsing tijdens mitose
Sutton & Boveri:
- Meiose: van diploïd naar haploïd
- Chromosomen gedragen zich onafhankelijk van elkaar
Thomas Morgan:
- Fruitvliegjes: oogkleur (wit ipv rood) op X chromosoom
- Erfelijke informatie op chromosomen
Miescher:
- Eiwitten en nucleïne uit celkern
Levene:
- Nucleotide: suiker + base (A,C,T,G) + fosfaatgroep
- Tetranucleotiden
Griffith:
- Stam R: rough, niet ziek
- Stam S: smooth, ziek + sterven
- Levend R + dood S: R => S, sterven
- Transforming principle
Avery, McLeod, McCarthy:
- Dood S behandelen met proteasen, ribonucleasen, desoxyribonucleasen
- In contact met levende R => levende S bij proteasen, ribonucleasen
- DNA is transformerende factor
Hershey & Chase:
- Bacteriofagen injecteren hun genetisch materiaal in de bacterie
- Radioisotopen: 35S (eiw.) en 32P (DNA)
- Bacteriën en fagen gescheiden + gecentrifugeerd => bacterie: zwaardere partikels, fagen: opl
- Bewijs dat DNA transformerend factor is
Chargaff:
- A,T,G,C nt in =e hoevelheid
, - A = T, G = C
- Regel van Chargaff
Watson & Crick:
- Dubbele helix
- Rosalind Franklin (Wilkins)
- Pauling
- Nobelprijs
- Centrale dogma: DNA => RNA => eiwit
H2: de structuur van DNA
De primaire structuur
- Nucleosiden: pentose + base
- Nucleotiden:
o Suiker: pentose: desoxyribose
o Fosfaatgroep (5’)
o Stikstofhoudende base: (1’)
Purines: adenine, guanine (9-N)
Pyrimidines: cytosine, thymine (1-N)
- 5’3’ fosfodïesterbinding tussen OH-groep (3’) en fosfaatgroep (5’)
o Eliminatie water en pyrofosfaat
De secundaire structuur
- Waterstofbrug + van der Waalskrachten tussen basen => stabiliteit
- Watson-Crick/complementaire basenparing (A en T/ G en C)
- Base stacking
- Grote en kleine groeves
- Rechtshandig
- Anti-parallel
- 2 conformaties: A-DNA en B-DNA
- Denaturatie: waterstofbruggen w verbroken (smelten)
- Absorptie UV is bij enkelstrengig DNA 2x zo sterk als bij dubbelstrengig: hyperchromiciteit
- Smeltteperatuur/Tm: temp. Waarbij ½ van dubbelstrengig DNA gedenatureerd is (G-C)
- Renaturatie/annealing: weer nieuwe dubbele helix vormen
- Hybridisatie: complementaire DNA strengen van versch. oorsprong paren
o Snelheid afh. v. concentratie, zoutconcentratie, temperatuur, complexiteit
De tertiaire structuur
- Supercoiling
H3: genoomorganisatie en evolutie
Genoomsequentie
- Prokaryota: Eubacteria & Archaea + Eukaryota
- Elke somatische cel bevat een identieke versie vh genoom (diploïd)
o !RBC
o ! B/T-lymfocyten
Variaties in genoomorganisatie
- Dubbel/enkelstrengig
, - Lineair/circulair
- Variatie in #chromosomen
- Polyploïdie
- Mens: slecht 2% vh DNA codeert voor eiwitten (22 000)
Repititief DNA <-> uniek/low copy number DNA (spacer DNA)
- C-value: hoeveelheid DNA per haploïd genoom => C-value paradox
- Tandem repeats = satelliet DNA:
o Heterochromatine: telomeren + centromeren
o Hoog repititief DNA
o Satellieten
o Minisatellieten = VNTRs
o Microsatellieten = STRs
- Interspersed elements:
o (kopieën van) transposeerbare elementen => selfish, parasitair DNA
o Gemiddeld repititief DNA
o LINEs: > 500 bp
o SINEs: < 500 bp
Extrachromosomaal DNA en horizontale gentransfer
- Horizontale/laterale gentransfer: genomisch DNA ve organisme doorgeven aan ander
organisme
- Mitochondriaal genoom: mtDNA
o Ontstaan uit bacteriële endosymbionten
o Heteroplasmie: zowel mutante als normale mtDNA’s
o 1000/cel
o Maternale overerving
o Circulair
o Enkel coderend DNA
- Plasmide DNA (prokaryoten)
- Uitwisseling genen:
o Conjugatie = bacterieel paren:
Tussen F+ stam en F- stam
F+ is donor van F-plasmide
F-plasmide w doorgegeven via cytoplasmatische brug
Recombinatie: Hfr-cel: delen van chromosomen overdragen aan F-plasmide
Excisie: F-factor uit chromosoom verwijderen !R-genen
o Transformatie:
Opname vreemd DNA uit omringend milieu
Recombinant DNA onderzoek
DNAse
o Transductie:
Integrase: herkenning specifieke chromosoomsequentie in bacterieel
genoom
Lytisch: λ faag injecteert λ genoom in gastheercel => aanmaak virale eiwitten
=> gastheercel barst open + viruspartikels komen vrij
Transductie: bacterieel genoom w verknipt => in viruspartikels =>
overgedragen naar andere bacteriecel
, Lysogeen: λ genoom integreert in chromosomen van gastheercel => pro-faag
=> λ genoom w vermenigvuldigd => milieuwijziging: λ genoom komt vrij
Transductie: λ genoom w uitgeknipt => gastheer DNA in viruspartikel
getransporteerd naar andere cel
Genenclusters
- Solitaire genen
- Genduplicatie: homologe genen: paraloog/ortholoog => gespecialiseerde functies
- Multigen superfamilie: ontstaan door duplicatie van oergen
- α- en β-globine in genenclusters: gedupliceerde genen liggen naast elkaar
- pseudogenen: niet-functionele kopijen, door mutaties na genduplicatie
- syntenie: #chromosomen verschillend, maar genenkoppeling =
Het menselijk genoomproject
- opgestart in jaren ’90, eerste versie in 2001
- functional genomics
- comparative genomics (BLAST)
Polymorfisme
- polymorf: komen in meer dan 1 vorm voor
- SNP’s = snips = single nucleotide polymorphisms:
o Individuele nucleotide met 2 of meer variaties
o Frequentie >1%
o 3 miljoen = 1/1000 bp
o 4000 ziektebeelden met gekende genetische achtergroend
o <1% is functioneel relevant
- Farmaco-genomics: relatie tussen genetische verschillen en effectiviteit/toxiciteit
geneesmiddelen
- Copy Number Variants: grotere variaties (inserties, deleties)
- HLA systeem: transplantaties
- DNA fingerprinting: Southern blotting:
o DNA isoleren en in stukjes knippen met restrictive enzyme
o Gelelktroforese: fragmenten scheiden op basis van grootte
o Denaturatie DNA
o DNA op membraan + radioactieve probe (hybridisatie)
o Detectie probe via autoradiografie
Genoomsequentie van hominiden
- Bonobo en chimpansee meest verwant ad mens
Condensatie vh genoom
- Histonen + DNA: nucleosoom solenoïde lussen chromosoom (beads-on-a-string:
ontdekt adhv MNase)
- Histonen: eiwitten
o Basisch: Lys + Arg
o Kern/core histonen: H2A, H2B, H3, H4 => histonstaarten
o Linker histonen: H1
o Octameer (2 moleculen H2A, H2B, H3, H4) met daarrond DNA (2x)
o Stabilisatie/compacte structuur DNA
H1: grondleggers van de moleculaire biologie
Mendel (1865):
- Overerving bij erwtenplanten
- P-generatie: zuiver
- F1-generatie: allemaal hetzelfde
- F2-generatie: 3:1
- Monohybride
- Uniformiteitswet
- Splitsingswet = wet der segregatie
- Onafhankelijkheidswet
Flemming:
- Kleuring chromatine
- Bestaan chromosomen + splitsing tijdens mitose
Sutton & Boveri:
- Meiose: van diploïd naar haploïd
- Chromosomen gedragen zich onafhankelijk van elkaar
Thomas Morgan:
- Fruitvliegjes: oogkleur (wit ipv rood) op X chromosoom
- Erfelijke informatie op chromosomen
Miescher:
- Eiwitten en nucleïne uit celkern
Levene:
- Nucleotide: suiker + base (A,C,T,G) + fosfaatgroep
- Tetranucleotiden
Griffith:
- Stam R: rough, niet ziek
- Stam S: smooth, ziek + sterven
- Levend R + dood S: R => S, sterven
- Transforming principle
Avery, McLeod, McCarthy:
- Dood S behandelen met proteasen, ribonucleasen, desoxyribonucleasen
- In contact met levende R => levende S bij proteasen, ribonucleasen
- DNA is transformerende factor
Hershey & Chase:
- Bacteriofagen injecteren hun genetisch materiaal in de bacterie
- Radioisotopen: 35S (eiw.) en 32P (DNA)
- Bacteriën en fagen gescheiden + gecentrifugeerd => bacterie: zwaardere partikels, fagen: opl
- Bewijs dat DNA transformerend factor is
Chargaff:
- A,T,G,C nt in =e hoevelheid
, - A = T, G = C
- Regel van Chargaff
Watson & Crick:
- Dubbele helix
- Rosalind Franklin (Wilkins)
- Pauling
- Nobelprijs
- Centrale dogma: DNA => RNA => eiwit
H2: de structuur van DNA
De primaire structuur
- Nucleosiden: pentose + base
- Nucleotiden:
o Suiker: pentose: desoxyribose
o Fosfaatgroep (5’)
o Stikstofhoudende base: (1’)
Purines: adenine, guanine (9-N)
Pyrimidines: cytosine, thymine (1-N)
- 5’3’ fosfodïesterbinding tussen OH-groep (3’) en fosfaatgroep (5’)
o Eliminatie water en pyrofosfaat
De secundaire structuur
- Waterstofbrug + van der Waalskrachten tussen basen => stabiliteit
- Watson-Crick/complementaire basenparing (A en T/ G en C)
- Base stacking
- Grote en kleine groeves
- Rechtshandig
- Anti-parallel
- 2 conformaties: A-DNA en B-DNA
- Denaturatie: waterstofbruggen w verbroken (smelten)
- Absorptie UV is bij enkelstrengig DNA 2x zo sterk als bij dubbelstrengig: hyperchromiciteit
- Smeltteperatuur/Tm: temp. Waarbij ½ van dubbelstrengig DNA gedenatureerd is (G-C)
- Renaturatie/annealing: weer nieuwe dubbele helix vormen
- Hybridisatie: complementaire DNA strengen van versch. oorsprong paren
o Snelheid afh. v. concentratie, zoutconcentratie, temperatuur, complexiteit
De tertiaire structuur
- Supercoiling
H3: genoomorganisatie en evolutie
Genoomsequentie
- Prokaryota: Eubacteria & Archaea + Eukaryota
- Elke somatische cel bevat een identieke versie vh genoom (diploïd)
o !RBC
o ! B/T-lymfocyten
Variaties in genoomorganisatie
- Dubbel/enkelstrengig
, - Lineair/circulair
- Variatie in #chromosomen
- Polyploïdie
- Mens: slecht 2% vh DNA codeert voor eiwitten (22 000)
Repititief DNA <-> uniek/low copy number DNA (spacer DNA)
- C-value: hoeveelheid DNA per haploïd genoom => C-value paradox
- Tandem repeats = satelliet DNA:
o Heterochromatine: telomeren + centromeren
o Hoog repititief DNA
o Satellieten
o Minisatellieten = VNTRs
o Microsatellieten = STRs
- Interspersed elements:
o (kopieën van) transposeerbare elementen => selfish, parasitair DNA
o Gemiddeld repititief DNA
o LINEs: > 500 bp
o SINEs: < 500 bp
Extrachromosomaal DNA en horizontale gentransfer
- Horizontale/laterale gentransfer: genomisch DNA ve organisme doorgeven aan ander
organisme
- Mitochondriaal genoom: mtDNA
o Ontstaan uit bacteriële endosymbionten
o Heteroplasmie: zowel mutante als normale mtDNA’s
o 1000/cel
o Maternale overerving
o Circulair
o Enkel coderend DNA
- Plasmide DNA (prokaryoten)
- Uitwisseling genen:
o Conjugatie = bacterieel paren:
Tussen F+ stam en F- stam
F+ is donor van F-plasmide
F-plasmide w doorgegeven via cytoplasmatische brug
Recombinatie: Hfr-cel: delen van chromosomen overdragen aan F-plasmide
Excisie: F-factor uit chromosoom verwijderen !R-genen
o Transformatie:
Opname vreemd DNA uit omringend milieu
Recombinant DNA onderzoek
DNAse
o Transductie:
Integrase: herkenning specifieke chromosoomsequentie in bacterieel
genoom
Lytisch: λ faag injecteert λ genoom in gastheercel => aanmaak virale eiwitten
=> gastheercel barst open + viruspartikels komen vrij
Transductie: bacterieel genoom w verknipt => in viruspartikels =>
overgedragen naar andere bacteriecel
, Lysogeen: λ genoom integreert in chromosomen van gastheercel => pro-faag
=> λ genoom w vermenigvuldigd => milieuwijziging: λ genoom komt vrij
Transductie: λ genoom w uitgeknipt => gastheer DNA in viruspartikel
getransporteerd naar andere cel
Genenclusters
- Solitaire genen
- Genduplicatie: homologe genen: paraloog/ortholoog => gespecialiseerde functies
- Multigen superfamilie: ontstaan door duplicatie van oergen
- α- en β-globine in genenclusters: gedupliceerde genen liggen naast elkaar
- pseudogenen: niet-functionele kopijen, door mutaties na genduplicatie
- syntenie: #chromosomen verschillend, maar genenkoppeling =
Het menselijk genoomproject
- opgestart in jaren ’90, eerste versie in 2001
- functional genomics
- comparative genomics (BLAST)
Polymorfisme
- polymorf: komen in meer dan 1 vorm voor
- SNP’s = snips = single nucleotide polymorphisms:
o Individuele nucleotide met 2 of meer variaties
o Frequentie >1%
o 3 miljoen = 1/1000 bp
o 4000 ziektebeelden met gekende genetische achtergroend
o <1% is functioneel relevant
- Farmaco-genomics: relatie tussen genetische verschillen en effectiviteit/toxiciteit
geneesmiddelen
- Copy Number Variants: grotere variaties (inserties, deleties)
- HLA systeem: transplantaties
- DNA fingerprinting: Southern blotting:
o DNA isoleren en in stukjes knippen met restrictive enzyme
o Gelelktroforese: fragmenten scheiden op basis van grootte
o Denaturatie DNA
o DNA op membraan + radioactieve probe (hybridisatie)
o Detectie probe via autoradiografie
Genoomsequentie van hominiden
- Bonobo en chimpansee meest verwant ad mens
Condensatie vh genoom
- Histonen + DNA: nucleosoom solenoïde lussen chromosoom (beads-on-a-string:
ontdekt adhv MNase)
- Histonen: eiwitten
o Basisch: Lys + Arg
o Kern/core histonen: H2A, H2B, H3, H4 => histonstaarten
o Linker histonen: H1
o Octameer (2 moleculen H2A, H2B, H3, H4) met daarrond DNA (2x)
o Stabilisatie/compacte structuur DNA
