Biologische geneesmiddelen | Samenvatting
FA-BA204
Week 1 | Farmaceutische biotechnologie en recombinant DNA-technologie
Algemene celbiologie
Biotechnologie: productie van grote biologische moleculen met behulp van biologische systemen
Centraal dogma biologie: DNA →(transcriptie)→
RNA →(translatie)→ eiwitten
- DNA
- Transcriptie: omzetting naar pre-mRNA
- Splicing: verwijderen van intronen (alleen in
eukaryote cellen‼)
o In celkern
o Alternative splicing: verwijderen van
verschillende intronen en exonen →
verschillende eiwitproducten
o Intronen: niet coderend voor eiwitten
o Exonen: coderend voor eiwitten
- mRNA
- Translatie: omzetting naar aminozuren
- Transport naar cytoplasma, ER en/of Golgi
- Post-translationele modificatie
- Eiwit
Bouw van een eukaryote cel
- Nucleus: bevat genetisch materiaal
o Chromatine: uitgevouwen DNA in nucleus
o Chromosomen: sterk opgevouwen DNA klaar voor
replicatie
o Nucleolus: productie van ribosomen
- Cytosol: onderdeel van cytoplasma; intracellulaire vloeistof
- Endoplasmatisch reticulum: netwerk van membranen in het
cytoplasma van eukaryote cellen. Ruw ER bevat ribosomen;
belangrijk voor eiwitsynthese en het verzamelt eiwitten voor
transport naar het Golgi-apparaat. Glad ER zorgt voor
transport van stoffen uit RER naar Golgi. Verder is het nodig
voor opslag van o.a. Ca2+ ionen.
o SER: geen ribosomen
o RER: met ribosomen
- Ribosomen: celorganel betrokken bij eiwitsynthese, vrijvoorkomend in cytoplasma of gebonden aan ER of
kernmembraan
- Golgi: opslag en modificatie producten afkomstig van ER om ze weer verder te transporteren
- Mitochondriën: cellulaire respiratie → ATP-productie
- Cytoskelet: behoud van vorm; microfilamenten en microtubuli
De bouw van een prokaryote cel; eencelligen
Geen nucleus of andere organellen, wel genetisch materiaal
1 - 38
,Bouw DNA
- Basen: adenine, thymine (2 h-bruggen) en guanine, cytosine (3 h-bruggen)
- 5’ kant: fosfaatgroep
- 3’ kant: -OH groep→ hier kan keten groeien
- Coding strand: codeert voor eiwitten die geproduceerd moeten worden
o Altijd bovenaan genoteerd!
- Template strand: complementair aan coding strand
o Template strand wordt afgelezen van 3’ → 5’, zodat mRNA sequentie gelijk
is aan coding strand (U i.p.v. T); gevormd van 5’ → 3’
DNA RNA
Dubbelstrengs Enkelstrengs
Basen: A, T, G, C Basen: A, U, G, C
In backbone keten: deoxyribose In backbone keten: ribose
Transcriptie
- RNA-synthese: in celkern
- Promotor: DNA-sequentie dat werking van een gen reguleert. Wordt niet afgelezen in de transcriptie.
Bevindt zich upstream van de gensequentie
o CMV promotor: eukaryote promotor
▪ Voordeel: geeft hoge expressie van recombinant eiwit in eukaryote cellen
▪ Nadelen: promotor kan niet worden gereguleerd als lagere eiwitproductie gewenst is, promotor
kan epigenetisch gesilenced worden, promotor werkt alleen in eukaryote cellen
- Enhancer: DNA-sequentie waar eiwitten aan binden om transcriptie te versterken
- Transcription start site: plaats waar transcriptie van een gen begint aan 5’ einde van DNA streng
- Poly A-staart: toegevoegd aan mRNA als posttranscriptionele modificatie; toevoeging poly-A staart aan 3’
einde mRNA. Bevat poly-A binding protein (PABP) nodig voor begin translatie en stabiliteit mRNA
2 - 38
,Translatie
- Eiwitsynthese: in cytosol
- Translation start site: plaats waar translatie begint; bij startcodon AUG (methionine)
- tRNA: transfer-RNA: belangrijk voor translatie mRNA naar eiwitten. t-RNA is RNA met enzymatische
activiteit. Het bevat een anticodon en een aminozuur, na binding van het anticodon op mRNA wordt het
aminozuur aan de keten bevestigd
- mRNA: template voor eiwitsynthese
- ribosomaal RNA: onderdeel van ribosoom; katalyseert reactie die eiwitketen verlengt
- microRNA: niet-coderend RNA dat translatie van mRNA kan reguleren (epigenetica)
- Untranslated region UTR: uiteinde van mRNA dat niet getransleerd wordt; kan aan 5’ en 3’ kant
voorkomen
o Kozak sequentie: specifieke sequentie als onderdeel van 5’ UTR
▪ Specifiek voor eukaryote cellen
▪ Sequentie om startcodon heen voor betere
aangrijping van een ribosoom op mRNA
- Codon: drietal basenparen coderend voor aminozuur
→ 4 basen → 43 = 64 codons coderend voor 20 aminzuren
Posttranslationele modificatie
- Glycosylering: in ER en Golgi-apparaat
o Verschillend per organisme; bacteriën kunnen dit niet
o N-glycosylering is bepalend voor de structuur van een
gevormd eiwit. Voor bioproductie van menselijke eiwitten is het nodig om te weten waar dit proces
zich afspeelt.
→ Therapeutische eiwitten die gemaakt zijn in een andere soort kunnen afwijkende glycosylering
hebben wat van invloed kan zijn op de functie en herkenning door het immuunsysteem (afweerreactie
tegen het eiwit)
o Doelen glycosylering
▪ Eiwit heeft sterker therapeutisch effect
▪ Immuunsysteem reageert minder sterk op geglycosyleerd eiwit
3 - 38
, - Posttranslationele modificaties:
o Hydroxylatie +OH
o Fosforylatie +P
o Glycosylering +suikergroep aan N of O in aminozuur
o Ubiquinatie +ubiquitine aan lysine residu; maakt eiwit doelwit voor degradatie
o Disulfidebinding covalente binding tussen S-atomen cysteïne residuen
o Acetylatie +acetylgroep een N-terminus of lysine residu
o Lipidatie +vetzuur aan eiwitketen
o Methylatie +methylgroep aan lysine of arginine residu
- Protein localization signals (signaalpeptide, eiwit tag): labels die aan eiwit worden vastgemaakt zodat
het kan worden herkend voor transport (zie afbeelding ER signaalsequentie)
o Voorbeelden: Myc en FLAG tags
Na translatie: eiwit krijgt ER signaalsequentie → wordt
herkend door receptor op ER → eiwit betreedt ER voor
posttranslationele modificaties
Bouw van eiwitten
Native staat: op juiste manier gevouwen, zodat het werkzaam is; natuurlijke, actieve vorm van het eiwit
Bepalend voor native staat:
- Oplosmiddel
- pH
- Isotoniciteit
- Temperatuur
Eiwitvouwing
- Primaire structuur: aminozuursequentie
o Genetica
- Secundaire structuur: vouwing tot α-helices en β-sheets
o H-bruggen
- Tertiaire structuur: 3D structuur van eiwit
o Ionogene interacties
o Hydrofobe interacties
o Disulfidebindingen; zwavelbruggen
o H-bruggen
o Op volgorde van sterkte: zwavelbruggen > elektrostatische interacties > waterstofbruggen >
Vanderwaalsinteracties
- Quaternaire structuur: associatie van tertiaire vormen
4 - 38
FA-BA204
Week 1 | Farmaceutische biotechnologie en recombinant DNA-technologie
Algemene celbiologie
Biotechnologie: productie van grote biologische moleculen met behulp van biologische systemen
Centraal dogma biologie: DNA →(transcriptie)→
RNA →(translatie)→ eiwitten
- DNA
- Transcriptie: omzetting naar pre-mRNA
- Splicing: verwijderen van intronen (alleen in
eukaryote cellen‼)
o In celkern
o Alternative splicing: verwijderen van
verschillende intronen en exonen →
verschillende eiwitproducten
o Intronen: niet coderend voor eiwitten
o Exonen: coderend voor eiwitten
- mRNA
- Translatie: omzetting naar aminozuren
- Transport naar cytoplasma, ER en/of Golgi
- Post-translationele modificatie
- Eiwit
Bouw van een eukaryote cel
- Nucleus: bevat genetisch materiaal
o Chromatine: uitgevouwen DNA in nucleus
o Chromosomen: sterk opgevouwen DNA klaar voor
replicatie
o Nucleolus: productie van ribosomen
- Cytosol: onderdeel van cytoplasma; intracellulaire vloeistof
- Endoplasmatisch reticulum: netwerk van membranen in het
cytoplasma van eukaryote cellen. Ruw ER bevat ribosomen;
belangrijk voor eiwitsynthese en het verzamelt eiwitten voor
transport naar het Golgi-apparaat. Glad ER zorgt voor
transport van stoffen uit RER naar Golgi. Verder is het nodig
voor opslag van o.a. Ca2+ ionen.
o SER: geen ribosomen
o RER: met ribosomen
- Ribosomen: celorganel betrokken bij eiwitsynthese, vrijvoorkomend in cytoplasma of gebonden aan ER of
kernmembraan
- Golgi: opslag en modificatie producten afkomstig van ER om ze weer verder te transporteren
- Mitochondriën: cellulaire respiratie → ATP-productie
- Cytoskelet: behoud van vorm; microfilamenten en microtubuli
De bouw van een prokaryote cel; eencelligen
Geen nucleus of andere organellen, wel genetisch materiaal
1 - 38
,Bouw DNA
- Basen: adenine, thymine (2 h-bruggen) en guanine, cytosine (3 h-bruggen)
- 5’ kant: fosfaatgroep
- 3’ kant: -OH groep→ hier kan keten groeien
- Coding strand: codeert voor eiwitten die geproduceerd moeten worden
o Altijd bovenaan genoteerd!
- Template strand: complementair aan coding strand
o Template strand wordt afgelezen van 3’ → 5’, zodat mRNA sequentie gelijk
is aan coding strand (U i.p.v. T); gevormd van 5’ → 3’
DNA RNA
Dubbelstrengs Enkelstrengs
Basen: A, T, G, C Basen: A, U, G, C
In backbone keten: deoxyribose In backbone keten: ribose
Transcriptie
- RNA-synthese: in celkern
- Promotor: DNA-sequentie dat werking van een gen reguleert. Wordt niet afgelezen in de transcriptie.
Bevindt zich upstream van de gensequentie
o CMV promotor: eukaryote promotor
▪ Voordeel: geeft hoge expressie van recombinant eiwit in eukaryote cellen
▪ Nadelen: promotor kan niet worden gereguleerd als lagere eiwitproductie gewenst is, promotor
kan epigenetisch gesilenced worden, promotor werkt alleen in eukaryote cellen
- Enhancer: DNA-sequentie waar eiwitten aan binden om transcriptie te versterken
- Transcription start site: plaats waar transcriptie van een gen begint aan 5’ einde van DNA streng
- Poly A-staart: toegevoegd aan mRNA als posttranscriptionele modificatie; toevoeging poly-A staart aan 3’
einde mRNA. Bevat poly-A binding protein (PABP) nodig voor begin translatie en stabiliteit mRNA
2 - 38
,Translatie
- Eiwitsynthese: in cytosol
- Translation start site: plaats waar translatie begint; bij startcodon AUG (methionine)
- tRNA: transfer-RNA: belangrijk voor translatie mRNA naar eiwitten. t-RNA is RNA met enzymatische
activiteit. Het bevat een anticodon en een aminozuur, na binding van het anticodon op mRNA wordt het
aminozuur aan de keten bevestigd
- mRNA: template voor eiwitsynthese
- ribosomaal RNA: onderdeel van ribosoom; katalyseert reactie die eiwitketen verlengt
- microRNA: niet-coderend RNA dat translatie van mRNA kan reguleren (epigenetica)
- Untranslated region UTR: uiteinde van mRNA dat niet getransleerd wordt; kan aan 5’ en 3’ kant
voorkomen
o Kozak sequentie: specifieke sequentie als onderdeel van 5’ UTR
▪ Specifiek voor eukaryote cellen
▪ Sequentie om startcodon heen voor betere
aangrijping van een ribosoom op mRNA
- Codon: drietal basenparen coderend voor aminozuur
→ 4 basen → 43 = 64 codons coderend voor 20 aminzuren
Posttranslationele modificatie
- Glycosylering: in ER en Golgi-apparaat
o Verschillend per organisme; bacteriën kunnen dit niet
o N-glycosylering is bepalend voor de structuur van een
gevormd eiwit. Voor bioproductie van menselijke eiwitten is het nodig om te weten waar dit proces
zich afspeelt.
→ Therapeutische eiwitten die gemaakt zijn in een andere soort kunnen afwijkende glycosylering
hebben wat van invloed kan zijn op de functie en herkenning door het immuunsysteem (afweerreactie
tegen het eiwit)
o Doelen glycosylering
▪ Eiwit heeft sterker therapeutisch effect
▪ Immuunsysteem reageert minder sterk op geglycosyleerd eiwit
3 - 38
, - Posttranslationele modificaties:
o Hydroxylatie +OH
o Fosforylatie +P
o Glycosylering +suikergroep aan N of O in aminozuur
o Ubiquinatie +ubiquitine aan lysine residu; maakt eiwit doelwit voor degradatie
o Disulfidebinding covalente binding tussen S-atomen cysteïne residuen
o Acetylatie +acetylgroep een N-terminus of lysine residu
o Lipidatie +vetzuur aan eiwitketen
o Methylatie +methylgroep aan lysine of arginine residu
- Protein localization signals (signaalpeptide, eiwit tag): labels die aan eiwit worden vastgemaakt zodat
het kan worden herkend voor transport (zie afbeelding ER signaalsequentie)
o Voorbeelden: Myc en FLAG tags
Na translatie: eiwit krijgt ER signaalsequentie → wordt
herkend door receptor op ER → eiwit betreedt ER voor
posttranslationele modificaties
Bouw van eiwitten
Native staat: op juiste manier gevouwen, zodat het werkzaam is; natuurlijke, actieve vorm van het eiwit
Bepalend voor native staat:
- Oplosmiddel
- pH
- Isotoniciteit
- Temperatuur
Eiwitvouwing
- Primaire structuur: aminozuursequentie
o Genetica
- Secundaire structuur: vouwing tot α-helices en β-sheets
o H-bruggen
- Tertiaire structuur: 3D structuur van eiwit
o Ionogene interacties
o Hydrofobe interacties
o Disulfidebindingen; zwavelbruggen
o H-bruggen
o Op volgorde van sterkte: zwavelbruggen > elektrostatische interacties > waterstofbruggen >
Vanderwaalsinteracties
- Quaternaire structuur: associatie van tertiaire vormen
4 - 38
