Samenvatting+kennisclips biotechnologie
Kennisclip 1.1 → Hf 2 en 3.1+3.2
DNA is opgebouwd uit nucelotide (desoxyribose (in RNA een ribose), fosfaatgroep en
stikstofbase (A, G, T, C)). In het DNA komen als stikstofbasen de Adenine (purine),
Guanine (purine), Cytosine (pyrimidine) en Thymine (pyrimidine) voor. In RNA wordt de
thymine een Uracil (pyrimidine) → T wordt U.
DNA bestaat uit 2 losse strengen die zijn gebonden door waterstofbruggen tussen
complementaire stikstofbasen → tussen A en T zitten 2 waterstofbruggen en tussen G
en C zitten 3 waterstofbruggen. Binnen een streng zitten de nucelotide vast aan elkaar
met een fosfodiester binding. De DNA streng heeft een 5’-einde met een ongebonden
fosfaat groep en een 3’-einde met een ongebonden suikergroep → de 2 strengen zijn
anti-parallel.
Voor DNA-replicatie wordt een oude streng als template gebruikt voor het maken van
een nieuwe streng. Dit maakt DNA-replicatie semi-conservatief omdat het nieuwe DNA
bestaat uit een oude en een nieuwe streng.
DNA-replicatie prokaryoot: vindt plaats op de ORI van het circulair
chromosoom, hier zou het dubbelstrengs DNA uit elkaar worden gehaald en
zal de al bestaande DNA-streng als template voor een nieuwe DNA-streng
worden gebruikt. De replicatievorken ontstaan bij de ORI en gaan beide de
andere kant op en komen elkaar uiteindelijk tegen waardoor ze
samensmelten en de 2 nieuwe dubbele DNA strengen van elkaar los komen.
DNA-replicatie eukaryoot: eukaryotisch DNA is lineair en bevat meerdere
ORI’s waarbij het DNA uit elkaar gaat en er een replicatievork ontstaat. Er
ontstaan dus meerdere replicatievorken tegelijk die naar elkaar toe bewegen.
Stappenplan DNA-replicatie:
1. Dubbele DNA-streng wordt uit elkaar gehaald door DNA-helicase en
worden gebonden aan SSBP’s zodat ze niet weer met elkaar binden.
2. Primase maakt RNA-primers waar DNA-polymerase aan kan binden en een
nieuwe DNA-streng kan vormen. → DNA-polymerase kan alleen aflezen van 3’
naar 5’, en dus DNA aanmaken van 5’ naar 3’. De weg van DNA-polymerase kan
op de leading strand in 1x verlopen maar op de lagging strand niet (loopt van 5’
naar 3’).
3. Op de lagging strand wordt er door primase telkens een primer neergezet waarna
er een klein stukje DNA kan worden gemaakt door DNA-polymerase tussen de
primers in. Hierdoor ontstaan er veel losse DNA of okazaki fragmenten.
4. De RNA-primers worden vervangen voor DNA en DNA-ligase koppelt de okazaki
fragmenten aan elkaar tot een hele DNA-streng.
, Kennisclip 1.2
Celstructuur eukaryoot: kern met daarin genetisch materiaal, bevat membraan-
omgeven organellen. Bevatten lineaire chromosomen die vaak zijn gebonden door
histonen tot compacte structuren → chromatine = DNA + histon. Zijn vaak diploïd (2n)
en hebben 23 chromosoomparen en dus 64 chromosomen (22 autosomaal en 1
geslacht). Een chromosoom bestaat uit 2 zuster chromatide die aan elkaar zijn
gekoppeld bij een centromeer. Ook hebben ze telomeren die verkorten bij DNA-
replicatie.
Celstructuur prokaryoot: hebben geen kern maar los genetisch materiaal in cytoplasma,
hebben geen membraan-omgeven organellen. Bevatten circulair DNA/chromosoom en
zijn haploïd (n). bevatten ook plasmiden met secundaire eigenschappen voor de cel.
Centraal dogma:
• DNA-replicatie (kijk vorige kennisclip).
• Transcriptie (van DNA naar mRNA): bestaat uit 3 fasen:
1. Initiatie: RNA-polymerase bindt aan een promotor in het
DNA. Hierna ontwind deze de dubbele helix van het DNA.
2. Elongatie: RNA-polymerase leest DNA af van 3’ naar 5’ maakt
pre-mRNA van 5’ naar 3’.
3. Terminatie: RNA-polymerase laat los na terminatiesequentie
en de transcriptie stopt. → RNA komt vrij en RNA-
polymerase laat los.
Transcriptie bij prokaryoten gaat zonder transcriptiefactoren en start bij de
Pribnow box en stopt bij de terminatiesequentie. Transcriptie en translatie
gebeuren tegelijk door de afwezigheid van een kern. Prokaryoten bevatten een
operon waar de promotor voor RNA-polymerase in zit en meerdere gekoppelde
genen bevat die bij transcriptie allemaal worden getranscribeerd.
Eukaryoten bevatten geen operons en de transcriptie en translatie zijn
gescheiden. Eukaryoten hebben we transcriptiefactoren nodig voor het inzetten
van transcriptie en start bij de TATA-box en stopt bij een polyadenylatie sequentie.
voordat het pre-mRNA uit de kern kan gaan moet het eerst worden geprocessed
tot mRNA→ intronen worden via splicing uit pre-mRNA gehaald waarna exonen
weer worden gekoppeld en tot expressie kunnen komen. Gebeurd door
spliceosoom die ‘snurbs’ bevatten die exon sequenties herkennen en deze
losmaken van de intronen. Ook vindt er 5’-capping plaats waarbij een
gemodificeerde guanine aan de 5’-kant van het mRNA wordt toegevoegd. Ook
vindt er polyadenylatie plaats waarbij er aan de 3’-kant een polyA-staart wordt
toegevoegd → belangrijk voor bescherming en herkenning.
• Translatie (van mRNA naar eiwit):
, 1. Initiatie: Eukaryoot: kleine subunit van ribosoom herkent 5’-cap van mRNA →
kleine subunit scant mRNA af tot startcodon → bij startcodon bindt initiator
tRNA → grote subunit bindt. Prokaryoot: kleine subunit herkent shine
dalgarno sequentie (GGAGGA) op mRNA en bindt hieraan → initiator tRNA
bindt → grote subunit bindt.
2. Elongatie: tRNA, met gebonden aminozuur,
met complementaire codon bindt aan A-site in
ribosoom → nieuw aminozuur wordt
gekoppeld aan aminozuur van vorige tRNA →
tRNA met aminozuur keten schuift op naar P-
site → oude tRNA geeft hierbij zijn aminozuur keten over aan volgend tRNA en
verlaat ribosoom via E-site.
3. Terminatie: elongatie gaat door totdat ribosoom een stopcodon tegenkomt →
release factor bindt op de A-site → aminozuur keten (peptide) komt vrij uit
ribosoom en ribsomale subunits gaan uit elkaar.
Kennisclips 1.3
Regulatie van genexpressie door:
• Chromatine modificatie: door DNA-methylatie (zorgt voor blokkeren van
transcriptiefactoren binding en DNA-transcriptie), histon acetylering (DNA zit
losser → meer ruimte transcriptie) of histon methylatie (DNA zit strakker →
minder/geen ruimte transcriptie).
• Regulatie transcriptie: prokaryoten: met negatieve (repressie en inductie,
blokkeert binding van RNA-pol aan operon) of positieve regulatie (activator helpt
RNA-pol binden aan operon) van de operator op een operon. Eukaryoten: met
negatieve regulatie (repressor eiwitten binden aan specifieke sequenties in het
DNA, de silencers, en blokkeren hiermee transcriptie) en positieve regulatie
(activatoren binden aan specifieke sequenties in het DNA, de enhancers, en
activeren hiermee transcriptie) → als activators binden aan enhacers ontstaat er
een transcriptie initiatie-complex en kan het DNA buigen en een complex vormen
met transcriptiefactoren en RNA-polymerase om zo transcriptie tot gang te
zetten.
• Post-transcriptionele regulatie: alternatieve splicing: het in/uit laten van
specifieke exonen in mRNA om zo de eigenschappen op het mRNA aan te
passen.
• RNA-interferentie: dubbelstrengs mRNA wordt door dicer geknipt in kleine
stukjes mRNA (siRNA’s). vervolgens binden deze siRNA’s aan het RISC-complex
die 1 van de 2 strengen afbreekt. De nog overgebleven streng (guide-strand)
brengt het RISC-complex naar een stukje complementair mRNA en bindt hieraan,
dit kan afleiden tot afbraak of blokkering van de complementaire streng.
, • Eiwitten: de stabiliteit van eiwitten kan worden gereguleerd maar ook de activiteit
→ als ze zijn gefosforyleerd zijn de actief en als ze zijn gedefosforyleerd zijn ze
inactief.
Kennisclip 1.4
Mutaties kunnen ontstaan door mutagene stoffen, straling, tijdens replicatie of
aangeboren zijn.
Puntmutatie = een mutatie in maar 1 nucleotide.
Type mutaties:
• Silent mutatie: het ontstane eiwit blijft hetzelfde → de veranderde codon codeert
nog steeds voor hetzelfde aminozuur. Vaak op derde base van codon.
• Missense mutatie: de mutatie zorgt voor een ander codon wat codeert voor een
ander eiwit. Vaak op de eerste base van codon.
• Nonsense mutatie: mutatie zorgt voor een eerder stopcodon → kleiner eiwit.
• Frameshift mutatie: insertie/deletie van een nucleotide → leesraam verschuift.
Alle codons na de insertie/deletie coderen voor een ander aminozuur dan
oorspronkelijk.
Mutaties worden gerestaureerd door mismatch repair: complex herkent DNA-schade
(mutatie) → endonuclease knipt aan beide kanten van schade en verwijderd de
tussenliggende nucleotiden → DNA-polymerase zorgt ervoor dat het gat opnieuw wordt
opgevuld door de complementaire streng af te lezen → ligase bindt het nieuwe stukje
DNA aan de streng.
Als er een dubbelstrengsbreuk ontstaat in het DNA kan dit op 2 manieren worden
gemaakt:
1. Non-homologe end joining: de twee DNA fragmenten worden door ligatie weer
aan elkaar toegevoegd zonder aanwezigheid van een template streng. Kan
schadelijk zijn door mogelijke frameshift op plek van herstel van DNA.\
2. Homologe recombinatie: eiwitten herkennen de dubbelstrengsbreuk
en breken aan beide strengen een deel van het 5’-einde af (end
processing). Het overgebleven 3’-einde gaat zich verlengen door zich
te basenparen met de complementaire streng van een ander
homoloog DNA-molecuul → bijvoorbeeld tweede kopie van
chromosoom. Complementaire streng van ander DNA-molecuul
wordt als template gebruikt en DNA-pol maakt de gebroken streng
weer heel. Vervolgens gaat het weer gemaakte DNA uit het homologe
DNA-molecuul door dit te knippen en weer te ligeren → gen
uitwisseling mogelijk (genetische variatie).
Kennisclip 1.1 → Hf 2 en 3.1+3.2
DNA is opgebouwd uit nucelotide (desoxyribose (in RNA een ribose), fosfaatgroep en
stikstofbase (A, G, T, C)). In het DNA komen als stikstofbasen de Adenine (purine),
Guanine (purine), Cytosine (pyrimidine) en Thymine (pyrimidine) voor. In RNA wordt de
thymine een Uracil (pyrimidine) → T wordt U.
DNA bestaat uit 2 losse strengen die zijn gebonden door waterstofbruggen tussen
complementaire stikstofbasen → tussen A en T zitten 2 waterstofbruggen en tussen G
en C zitten 3 waterstofbruggen. Binnen een streng zitten de nucelotide vast aan elkaar
met een fosfodiester binding. De DNA streng heeft een 5’-einde met een ongebonden
fosfaat groep en een 3’-einde met een ongebonden suikergroep → de 2 strengen zijn
anti-parallel.
Voor DNA-replicatie wordt een oude streng als template gebruikt voor het maken van
een nieuwe streng. Dit maakt DNA-replicatie semi-conservatief omdat het nieuwe DNA
bestaat uit een oude en een nieuwe streng.
DNA-replicatie prokaryoot: vindt plaats op de ORI van het circulair
chromosoom, hier zou het dubbelstrengs DNA uit elkaar worden gehaald en
zal de al bestaande DNA-streng als template voor een nieuwe DNA-streng
worden gebruikt. De replicatievorken ontstaan bij de ORI en gaan beide de
andere kant op en komen elkaar uiteindelijk tegen waardoor ze
samensmelten en de 2 nieuwe dubbele DNA strengen van elkaar los komen.
DNA-replicatie eukaryoot: eukaryotisch DNA is lineair en bevat meerdere
ORI’s waarbij het DNA uit elkaar gaat en er een replicatievork ontstaat. Er
ontstaan dus meerdere replicatievorken tegelijk die naar elkaar toe bewegen.
Stappenplan DNA-replicatie:
1. Dubbele DNA-streng wordt uit elkaar gehaald door DNA-helicase en
worden gebonden aan SSBP’s zodat ze niet weer met elkaar binden.
2. Primase maakt RNA-primers waar DNA-polymerase aan kan binden en een
nieuwe DNA-streng kan vormen. → DNA-polymerase kan alleen aflezen van 3’
naar 5’, en dus DNA aanmaken van 5’ naar 3’. De weg van DNA-polymerase kan
op de leading strand in 1x verlopen maar op de lagging strand niet (loopt van 5’
naar 3’).
3. Op de lagging strand wordt er door primase telkens een primer neergezet waarna
er een klein stukje DNA kan worden gemaakt door DNA-polymerase tussen de
primers in. Hierdoor ontstaan er veel losse DNA of okazaki fragmenten.
4. De RNA-primers worden vervangen voor DNA en DNA-ligase koppelt de okazaki
fragmenten aan elkaar tot een hele DNA-streng.
, Kennisclip 1.2
Celstructuur eukaryoot: kern met daarin genetisch materiaal, bevat membraan-
omgeven organellen. Bevatten lineaire chromosomen die vaak zijn gebonden door
histonen tot compacte structuren → chromatine = DNA + histon. Zijn vaak diploïd (2n)
en hebben 23 chromosoomparen en dus 64 chromosomen (22 autosomaal en 1
geslacht). Een chromosoom bestaat uit 2 zuster chromatide die aan elkaar zijn
gekoppeld bij een centromeer. Ook hebben ze telomeren die verkorten bij DNA-
replicatie.
Celstructuur prokaryoot: hebben geen kern maar los genetisch materiaal in cytoplasma,
hebben geen membraan-omgeven organellen. Bevatten circulair DNA/chromosoom en
zijn haploïd (n). bevatten ook plasmiden met secundaire eigenschappen voor de cel.
Centraal dogma:
• DNA-replicatie (kijk vorige kennisclip).
• Transcriptie (van DNA naar mRNA): bestaat uit 3 fasen:
1. Initiatie: RNA-polymerase bindt aan een promotor in het
DNA. Hierna ontwind deze de dubbele helix van het DNA.
2. Elongatie: RNA-polymerase leest DNA af van 3’ naar 5’ maakt
pre-mRNA van 5’ naar 3’.
3. Terminatie: RNA-polymerase laat los na terminatiesequentie
en de transcriptie stopt. → RNA komt vrij en RNA-
polymerase laat los.
Transcriptie bij prokaryoten gaat zonder transcriptiefactoren en start bij de
Pribnow box en stopt bij de terminatiesequentie. Transcriptie en translatie
gebeuren tegelijk door de afwezigheid van een kern. Prokaryoten bevatten een
operon waar de promotor voor RNA-polymerase in zit en meerdere gekoppelde
genen bevat die bij transcriptie allemaal worden getranscribeerd.
Eukaryoten bevatten geen operons en de transcriptie en translatie zijn
gescheiden. Eukaryoten hebben we transcriptiefactoren nodig voor het inzetten
van transcriptie en start bij de TATA-box en stopt bij een polyadenylatie sequentie.
voordat het pre-mRNA uit de kern kan gaan moet het eerst worden geprocessed
tot mRNA→ intronen worden via splicing uit pre-mRNA gehaald waarna exonen
weer worden gekoppeld en tot expressie kunnen komen. Gebeurd door
spliceosoom die ‘snurbs’ bevatten die exon sequenties herkennen en deze
losmaken van de intronen. Ook vindt er 5’-capping plaats waarbij een
gemodificeerde guanine aan de 5’-kant van het mRNA wordt toegevoegd. Ook
vindt er polyadenylatie plaats waarbij er aan de 3’-kant een polyA-staart wordt
toegevoegd → belangrijk voor bescherming en herkenning.
• Translatie (van mRNA naar eiwit):
, 1. Initiatie: Eukaryoot: kleine subunit van ribosoom herkent 5’-cap van mRNA →
kleine subunit scant mRNA af tot startcodon → bij startcodon bindt initiator
tRNA → grote subunit bindt. Prokaryoot: kleine subunit herkent shine
dalgarno sequentie (GGAGGA) op mRNA en bindt hieraan → initiator tRNA
bindt → grote subunit bindt.
2. Elongatie: tRNA, met gebonden aminozuur,
met complementaire codon bindt aan A-site in
ribosoom → nieuw aminozuur wordt
gekoppeld aan aminozuur van vorige tRNA →
tRNA met aminozuur keten schuift op naar P-
site → oude tRNA geeft hierbij zijn aminozuur keten over aan volgend tRNA en
verlaat ribosoom via E-site.
3. Terminatie: elongatie gaat door totdat ribosoom een stopcodon tegenkomt →
release factor bindt op de A-site → aminozuur keten (peptide) komt vrij uit
ribosoom en ribsomale subunits gaan uit elkaar.
Kennisclips 1.3
Regulatie van genexpressie door:
• Chromatine modificatie: door DNA-methylatie (zorgt voor blokkeren van
transcriptiefactoren binding en DNA-transcriptie), histon acetylering (DNA zit
losser → meer ruimte transcriptie) of histon methylatie (DNA zit strakker →
minder/geen ruimte transcriptie).
• Regulatie transcriptie: prokaryoten: met negatieve (repressie en inductie,
blokkeert binding van RNA-pol aan operon) of positieve regulatie (activator helpt
RNA-pol binden aan operon) van de operator op een operon. Eukaryoten: met
negatieve regulatie (repressor eiwitten binden aan specifieke sequenties in het
DNA, de silencers, en blokkeren hiermee transcriptie) en positieve regulatie
(activatoren binden aan specifieke sequenties in het DNA, de enhancers, en
activeren hiermee transcriptie) → als activators binden aan enhacers ontstaat er
een transcriptie initiatie-complex en kan het DNA buigen en een complex vormen
met transcriptiefactoren en RNA-polymerase om zo transcriptie tot gang te
zetten.
• Post-transcriptionele regulatie: alternatieve splicing: het in/uit laten van
specifieke exonen in mRNA om zo de eigenschappen op het mRNA aan te
passen.
• RNA-interferentie: dubbelstrengs mRNA wordt door dicer geknipt in kleine
stukjes mRNA (siRNA’s). vervolgens binden deze siRNA’s aan het RISC-complex
die 1 van de 2 strengen afbreekt. De nog overgebleven streng (guide-strand)
brengt het RISC-complex naar een stukje complementair mRNA en bindt hieraan,
dit kan afleiden tot afbraak of blokkering van de complementaire streng.
, • Eiwitten: de stabiliteit van eiwitten kan worden gereguleerd maar ook de activiteit
→ als ze zijn gefosforyleerd zijn de actief en als ze zijn gedefosforyleerd zijn ze
inactief.
Kennisclip 1.4
Mutaties kunnen ontstaan door mutagene stoffen, straling, tijdens replicatie of
aangeboren zijn.
Puntmutatie = een mutatie in maar 1 nucleotide.
Type mutaties:
• Silent mutatie: het ontstane eiwit blijft hetzelfde → de veranderde codon codeert
nog steeds voor hetzelfde aminozuur. Vaak op derde base van codon.
• Missense mutatie: de mutatie zorgt voor een ander codon wat codeert voor een
ander eiwit. Vaak op de eerste base van codon.
• Nonsense mutatie: mutatie zorgt voor een eerder stopcodon → kleiner eiwit.
• Frameshift mutatie: insertie/deletie van een nucleotide → leesraam verschuift.
Alle codons na de insertie/deletie coderen voor een ander aminozuur dan
oorspronkelijk.
Mutaties worden gerestaureerd door mismatch repair: complex herkent DNA-schade
(mutatie) → endonuclease knipt aan beide kanten van schade en verwijderd de
tussenliggende nucleotiden → DNA-polymerase zorgt ervoor dat het gat opnieuw wordt
opgevuld door de complementaire streng af te lezen → ligase bindt het nieuwe stukje
DNA aan de streng.
Als er een dubbelstrengsbreuk ontstaat in het DNA kan dit op 2 manieren worden
gemaakt:
1. Non-homologe end joining: de twee DNA fragmenten worden door ligatie weer
aan elkaar toegevoegd zonder aanwezigheid van een template streng. Kan
schadelijk zijn door mogelijke frameshift op plek van herstel van DNA.\
2. Homologe recombinatie: eiwitten herkennen de dubbelstrengsbreuk
en breken aan beide strengen een deel van het 5’-einde af (end
processing). Het overgebleven 3’-einde gaat zich verlengen door zich
te basenparen met de complementaire streng van een ander
homoloog DNA-molecuul → bijvoorbeeld tweede kopie van
chromosoom. Complementaire streng van ander DNA-molecuul
wordt als template gebruikt en DNA-pol maakt de gebroken streng
weer heel. Vervolgens gaat het weer gemaakte DNA uit het homologe
DNA-molecuul door dit te knippen en weer te ligeren → gen
uitwisseling mogelijk (genetische variatie).
