Molecular Biology of the Cell – Hoofdstuk 6
Central dogma: DNA –(transcriptie)-> RNA –(translatie)-> eiwitten
Een cel controleert de expressie van elk gen aan de hand van de behoeften van de cel.
RNA verschilt in de volgende chemische aspecten van DNA:
1. De nucleotiden van RNA zijn ribonucleotiden; ze bestaan uit de suiker ribose.
2. RNA bevat de nucleotide Uracil in plaats van Thymine.
3. G basenpaart af en toe met U
4. RNA is meestal enklestrengs, waardoor het in een andere driedimensionale structuur kan
vouwen.
Net als bij DNA-replicatie wordt de energie van RNA-elongatie verkregen door de inkomende
nucleotide. Transcriptie kan dus ook enkel van 5’ naar 3’ lopen. De enzymen die de transcriptie
uitvoeren zijn de RNA polymerases. RNA-moleculen laten vrijwel direct achter het RNA-polymerase
los waardoor er meerdere RNA-afschriften tegelijk kunnen worden gemaakt. Daarnaast kunnen de
RNA-polymerases een keten beginnen zonder een primer. Dit wordt verklaard doordat RNA-
polymerase minder nauwkeurig is, maar foutjes ook minder erg zijn. Toch beschikken ze over enige
proofreading activiteit.
Types RNA:
- mRNA: RNA moleculen die coderen voor eiwitten.
- snRNA: leiden de splicing van pre-mRNA.
- rRNA: vormen de kern van ribosomen.
- tRNA: brengen de aminozuren naar de ribosomen om eiwitten te vormen.
- miRNA: reguleren eukaryote gen expressie.
- piRNA: beschermen kiemlijnen tegen transposons.
- lncRNA: reguleren verschillende processen, waaronder X-chromosoom inactivatie.
Transcription unit: een afgeschreven DNA-segment. Bij eukaryoten omreikt een transcription unit
altijd één gen. In bacteriën kunnen meerdere genen worden afgeschreven in één unit.
Transcriptie in prokaryoten:
1. RNA-polymerase is een eiwitcomplex van meerdere subeenheden. De sigma factor helpt de
RNA-polymerase core met het signaal te lezen waar de transcriptie moet beginnen. De sigma
factor en het core enzym worden samen het RNA-polymerase holoenzym genoemd. Normaal
bindt het holoenzym zwak aan het DNA en beweegt het zich hier snel overheen.
2. Als het holoenzym de promotor bereikt bindt het veel strakker aan het DNA dankzij de sigma
factor.
3. RNA-polymerase opent steeds een klein stukje DNA om de basen af te kunnen lezen, dit
wordt de transcription bubble genoemd. De bubbel wordt gestabiliseerd omdat de sigma
factor bindt aan de blootliggende basen. De andere blootliggende srtand dient als template
voor het RNA-molecuul.
4. De eerste tien basen worden aangelegd middels de scrunching method waarbij polymerase
aan de promotor blijft zitten en het DNA naar zich toe trekt. Hierdoor wordt spanning
gecreëerd die nodig is om het core enzym los te trekken van de promotor, echter worden er
ook een aantal korte en nutteloze stukjes RNA gecreëerd, dit is de aborative initiation. De
sigma factor wordt nu ook achter gelaten.
5. De polymerase beweegt zich per nucleotide voort. De bubble groeit aan de voorkant en
verkleint direct weer aan de achterkant.
, 6. Keten verlenging gaat door tot de terminator sequentie bereikt wordt. Dit is een sequentie
met veel A’s en T’s waardoor een hairpin gevormd wordt en het molecuul zich uit de active
site verplaatst. Polymerase laat nu zowel het RNA-molecuul als het DNA los. De core gaat
weer opzoek naar een sigma factor.
Een consensus sequentie is een soort samenvatting val een heel aantal vergelijkbare sequenties. Dit
geeft de frequenties weer van de verschillende nucleotiden op een bepaalde sequentie. De DNA-
sequenties van promotoren van genen die veel afgeschreven moeten worden zijn dan ook ‘sterker’
dan de andere promotoren. Dit geldt ook voor transcriptie terminatoren.
Promotor sequenties zijn asymmetrisch zodat RNA-polymerase maar op één manier kan binden en
transcriptie altijd in de juiste richting verloopt. De oriëntatie van de promotor geeft dan ook aan
welke strand de template strand is.
Eukaryoten hebben meerder varianten van RNA-polymerase:
- RNA-polymerase I: schrijft de 5.8S, 18S en 28S rRNA genen af.
- RNA-polymerase II: schrijft alle eiwit coderende genen, snoRNA genen, miRNA genen, siRNA
genen, lncRNA genen en snRNA genen af.
- RNA-polymerase III: schrijft de tRNA, 5S rRNA en sommige snRNA genen af.
Eukaryote RNA-polymerases hebben veel meer factoren nodig dan alleen de sigma factor om de
transcriptie te starten. Dit worden de general transcription factors genoemd. Deze factoren helpen
RNA-polymerase juist te positioneren, trekken de twee DNA strengen uit elkaar en helpen RNA-
polymerase de promotor los te laten om de transcriptie te starten. De factoren worden TFIIA, TFIIB
etc. genoemd (Transcription Factor for RNA-Polymerase II A…).
Daarnaast moeten de eukaryote RNA-polymerases chromatine en andere eiwitten passeren.
Eukaryote transcriptie:
1. Regulerende eiwitten binden aan de transcriptionele activatoren (ook wel enhancers) in het
DNA. Dit helpt het aantrekken van RNA-polymerase (II). Het mediator eiwit is nodig om alle
transcriptiefactoren en de activatoren juist met het polymerase te laten communiceren.
2. Chromatine remoddeling complexen en histon remoddeling complexen worden
aangetrokken
3. De transcriptie begint met het binden van TFIID aan een kort stukje helix met veel T’s en A’s.
Dit wordt ook wel de TATA box genoemd. TFIID wordt ook wel TBP (TATA-binding protein)
genoemd. De TATA box ligt vaak 25 nucleotiden voor de transcription start.
4. Door de DNA conformatie verandering binden ook de andere transcriptie factoren en RNA-
polymerase. Nu is het transcription initiation complex compleet.
5. TFIIH hydrolyseert ATP en maakt daarna de helix los.
6. Net als bij de prokaryoten transcribeert de RNA-polymerase eerst een aantal korte strengen
tot de elongatie echt kan beginnen. Om met de echte elongatie te beginnen wordt er een
staart (C-terminal domain) aan RNA-polymerase toegevoegd. TFIIH fosforyleert een van de
aminozuren in de C staart waardoor RNA-polymerase zich los kan trekken van een aantal
transcriptiefactoren. Daarnaast zorgt de fosforylatie ervoor dat eiwitten die nodig zijn voor
het verwerken van het RNA op de polymerase gaan zitten.
7. Tijdens de elongatie wordt RNA-polymerase vergezeld door elongation factors om te
voorkomen dat RNA-polymerase vroegtijdig het DNA loslaat. Ook de nucleosoom
remodelling complexen en chromatide remoddeling complexen bewegen met de polymerase
mee.
8. Net als bij DNA-replicatie ontstaat er ook bij RNA transcriptie een draai spanning op het DNA.
Dit is voor RNA-polymerase aan de ene kant wel gunstig omdat het DNA los komt uit de
histonen.
Central dogma: DNA –(transcriptie)-> RNA –(translatie)-> eiwitten
Een cel controleert de expressie van elk gen aan de hand van de behoeften van de cel.
RNA verschilt in de volgende chemische aspecten van DNA:
1. De nucleotiden van RNA zijn ribonucleotiden; ze bestaan uit de suiker ribose.
2. RNA bevat de nucleotide Uracil in plaats van Thymine.
3. G basenpaart af en toe met U
4. RNA is meestal enklestrengs, waardoor het in een andere driedimensionale structuur kan
vouwen.
Net als bij DNA-replicatie wordt de energie van RNA-elongatie verkregen door de inkomende
nucleotide. Transcriptie kan dus ook enkel van 5’ naar 3’ lopen. De enzymen die de transcriptie
uitvoeren zijn de RNA polymerases. RNA-moleculen laten vrijwel direct achter het RNA-polymerase
los waardoor er meerdere RNA-afschriften tegelijk kunnen worden gemaakt. Daarnaast kunnen de
RNA-polymerases een keten beginnen zonder een primer. Dit wordt verklaard doordat RNA-
polymerase minder nauwkeurig is, maar foutjes ook minder erg zijn. Toch beschikken ze over enige
proofreading activiteit.
Types RNA:
- mRNA: RNA moleculen die coderen voor eiwitten.
- snRNA: leiden de splicing van pre-mRNA.
- rRNA: vormen de kern van ribosomen.
- tRNA: brengen de aminozuren naar de ribosomen om eiwitten te vormen.
- miRNA: reguleren eukaryote gen expressie.
- piRNA: beschermen kiemlijnen tegen transposons.
- lncRNA: reguleren verschillende processen, waaronder X-chromosoom inactivatie.
Transcription unit: een afgeschreven DNA-segment. Bij eukaryoten omreikt een transcription unit
altijd één gen. In bacteriën kunnen meerdere genen worden afgeschreven in één unit.
Transcriptie in prokaryoten:
1. RNA-polymerase is een eiwitcomplex van meerdere subeenheden. De sigma factor helpt de
RNA-polymerase core met het signaal te lezen waar de transcriptie moet beginnen. De sigma
factor en het core enzym worden samen het RNA-polymerase holoenzym genoemd. Normaal
bindt het holoenzym zwak aan het DNA en beweegt het zich hier snel overheen.
2. Als het holoenzym de promotor bereikt bindt het veel strakker aan het DNA dankzij de sigma
factor.
3. RNA-polymerase opent steeds een klein stukje DNA om de basen af te kunnen lezen, dit
wordt de transcription bubble genoemd. De bubbel wordt gestabiliseerd omdat de sigma
factor bindt aan de blootliggende basen. De andere blootliggende srtand dient als template
voor het RNA-molecuul.
4. De eerste tien basen worden aangelegd middels de scrunching method waarbij polymerase
aan de promotor blijft zitten en het DNA naar zich toe trekt. Hierdoor wordt spanning
gecreëerd die nodig is om het core enzym los te trekken van de promotor, echter worden er
ook een aantal korte en nutteloze stukjes RNA gecreëerd, dit is de aborative initiation. De
sigma factor wordt nu ook achter gelaten.
5. De polymerase beweegt zich per nucleotide voort. De bubble groeit aan de voorkant en
verkleint direct weer aan de achterkant.
, 6. Keten verlenging gaat door tot de terminator sequentie bereikt wordt. Dit is een sequentie
met veel A’s en T’s waardoor een hairpin gevormd wordt en het molecuul zich uit de active
site verplaatst. Polymerase laat nu zowel het RNA-molecuul als het DNA los. De core gaat
weer opzoek naar een sigma factor.
Een consensus sequentie is een soort samenvatting val een heel aantal vergelijkbare sequenties. Dit
geeft de frequenties weer van de verschillende nucleotiden op een bepaalde sequentie. De DNA-
sequenties van promotoren van genen die veel afgeschreven moeten worden zijn dan ook ‘sterker’
dan de andere promotoren. Dit geldt ook voor transcriptie terminatoren.
Promotor sequenties zijn asymmetrisch zodat RNA-polymerase maar op één manier kan binden en
transcriptie altijd in de juiste richting verloopt. De oriëntatie van de promotor geeft dan ook aan
welke strand de template strand is.
Eukaryoten hebben meerder varianten van RNA-polymerase:
- RNA-polymerase I: schrijft de 5.8S, 18S en 28S rRNA genen af.
- RNA-polymerase II: schrijft alle eiwit coderende genen, snoRNA genen, miRNA genen, siRNA
genen, lncRNA genen en snRNA genen af.
- RNA-polymerase III: schrijft de tRNA, 5S rRNA en sommige snRNA genen af.
Eukaryote RNA-polymerases hebben veel meer factoren nodig dan alleen de sigma factor om de
transcriptie te starten. Dit worden de general transcription factors genoemd. Deze factoren helpen
RNA-polymerase juist te positioneren, trekken de twee DNA strengen uit elkaar en helpen RNA-
polymerase de promotor los te laten om de transcriptie te starten. De factoren worden TFIIA, TFIIB
etc. genoemd (Transcription Factor for RNA-Polymerase II A…).
Daarnaast moeten de eukaryote RNA-polymerases chromatine en andere eiwitten passeren.
Eukaryote transcriptie:
1. Regulerende eiwitten binden aan de transcriptionele activatoren (ook wel enhancers) in het
DNA. Dit helpt het aantrekken van RNA-polymerase (II). Het mediator eiwit is nodig om alle
transcriptiefactoren en de activatoren juist met het polymerase te laten communiceren.
2. Chromatine remoddeling complexen en histon remoddeling complexen worden
aangetrokken
3. De transcriptie begint met het binden van TFIID aan een kort stukje helix met veel T’s en A’s.
Dit wordt ook wel de TATA box genoemd. TFIID wordt ook wel TBP (TATA-binding protein)
genoemd. De TATA box ligt vaak 25 nucleotiden voor de transcription start.
4. Door de DNA conformatie verandering binden ook de andere transcriptie factoren en RNA-
polymerase. Nu is het transcription initiation complex compleet.
5. TFIIH hydrolyseert ATP en maakt daarna de helix los.
6. Net als bij de prokaryoten transcribeert de RNA-polymerase eerst een aantal korte strengen
tot de elongatie echt kan beginnen. Om met de echte elongatie te beginnen wordt er een
staart (C-terminal domain) aan RNA-polymerase toegevoegd. TFIIH fosforyleert een van de
aminozuren in de C staart waardoor RNA-polymerase zich los kan trekken van een aantal
transcriptiefactoren. Daarnaast zorgt de fosforylatie ervoor dat eiwitten die nodig zijn voor
het verwerken van het RNA op de polymerase gaan zitten.
7. Tijdens de elongatie wordt RNA-polymerase vergezeld door elongation factors om te
voorkomen dat RNA-polymerase vroegtijdig het DNA loslaat. Ook de nucleosoom
remodelling complexen en chromatide remoddeling complexen bewegen met de polymerase
mee.
8. Net als bij DNA-replicatie ontstaat er ook bij RNA transcriptie een draai spanning op het DNA.
Dit is voor RNA-polymerase aan de ene kant wel gunstig omdat het DNA los komt uit de
histonen.
