0. CELLS AND GENOMES
a. The universal features of cells on earth
Alle cellen hebben overdraagbare informatie in DNA gecodeerd
- Replicatie door dubbel helix te openen en een deel als template te gebruiken
DNA strand is open: polymerisatie: toevoegen van vrije nucleotide
Opnieuw opbouwen DNA strand bestaande uit oude en nieuwe strand
o Semi-conservatieve replicatie
▪ Grote impact + kracht van DNA als houder genetische informatie: normale
situatie = back-up van alle informatie (duplicatie van data)
• DNA schade: andere strand gebruiken van back-up
• Verschil met RNA
- Dogma in moleculaire biologie
Replicatie (DNA) – transcriptie (RNA) – translatie (proteïne)
o Veel RNA vanuit 1 gen maken
o Veel eiwit per RNA
- RNA
Kan soms dubbele helices vormen met zichzelf en speciale 3D structuur aannemen
o Klassieke eiwitten: enzymen met katalytische site (om polysaccharide te cleaven)
Bevat genetische informatie onder vorm van genetische code
o Triplet (3 nucleïne zuren naast elkaar) gelezen door tRNA die anti-codon heeft:
herkent codon: aminozuur komt overeen
▪ Gebruikt door ribosomen = groep eiwitten en rRNA: 2 subeenheden
• 3 sites waar tRNA kan binden
• Stochastische processen: trial-and-error
- Bacteriën: 1 gen is 1 eiwit
Gen LacZ zal voor beta galactosidase coderen
Bijzonder: alle genen in 1 RNA en zal gelezen worden door verschillende ribosomen
o Meerdere ribosoom entry sites om eiwit aan te maken
1
, - Regulatorische eiwitten binden aan een DNA strand (specifieke sequentie) en controleren een
gen: aan- of afzetten
Meestal combinatie van eiwitten
- Mycoplasma genitalium minder dan 500 genen (uitzondering: genoom sterk verminderd)
b. The diversity of genomes and the tree of life
Grootste diversiteit in prokaryoten
- Spherical, rod-shaped, spiral …
- Prokaryoot: geen nucleus
1 lang lineair DNA vrij in de cel
Tree of life
- Genen studeren door conservatie (sommige genen evolueren snel andere zijn conservatief)
Construeren van genen en aligneren
o Genen met functie die hoge evolutionaire druk heeft over conservatie
Vaak gebruikt: rRNA (zeer geconserveerd)
- Bacteriën en archaea: vaak 1000 – 6000 genen
E. coli: +/- 4200 genen
o Circulair DNA
- Eukaryoten
Gist: +/- 6300 genen
Arabidopsis thaliana: +/- 26 000 genen
Drosophila: +/- 14 000 genen
Mens: +/- 24 000 genen
- Nieuwe genen
Mutatie: nieuwe functies of verliezen van genen
o Vb: lactose gebruiken: mutatie bij begin van domesticatie van koeien
Gen duplicatie: 2 genen zijn equivalent: 1 kan muteren en functie gaat niet verloren door
andere
o Genen niet alleen: families
▪ Groeperen in de evolutie door families: ongeveer 50% van de genen zitten
in een familie
▪ Orthologen
• Ancestraal gen: specialisatie en 2 verschillende soorten
▪ Paralogen
• Duplicatie en divergentie in zelfde organisme
▪ Homologen
• Duplicatie dan speciatie
o Universele families te vinden in alle 3 branches van tree of life
▪ Vb: transcriptie, translatie, metabolisme processen …
Segmenten wisselen
Horizontale gentransfer: vooral bij prokaryoten
o Gen dat van 1 organisme naar ander organisme zal gaan
c. Genetic information in eucaryotes
Eukaryoot
- Kern: dubbelzijdige membraan met poriën die gecontroleerd worden + nucleolus
2
, Membraan verbonden met ER: rough (ribosomen: geëxporteerd: transmembranaal of
uitgescheiden) en smooth + losse ribosomen (eiwitten in de cel)
o Geconnecteerd met vesicles naar Golgi apparaat: modificaties: eventueel
uitgescheiden worden met vesicles
- Mitochondria
Symbiose van een bacterie: progressief genen verloren en engulfment in eukaryotische cel:
dubbele membraan
Mitochondria nog steeds een aantal genen: beetje DNA informatie
o Komt van de moeder (eicel)
- Chloroplasten (planten)
Symbiose met fotosynthetische bacterie
- Microtubuli en andere cytoskeletale elementen
- Centrosoom: mitose!
Genomen van eukaryoten zijn groot
- Arabidopsis sp.: meer genen maar kleiner genoom
Pathways voor regulatie
- Signaal van omgeving via receptor: activatie
- Regulatorisch proteïne geactiveerd (conformationele verandering door binding ligand: andere
affiniteit (nu wel voor DNA))
- Binden aan bepaalde DNA regio: transcriptie gen aan
- Cascades + feedback loops: functie netwerk bepalen
Protisten: zeer divers
Gist: eukaryote cel (model)
- Levenscyclus meestal haploïd
Mitose en vormt 2 dochtercellen die ook haploïd zijn
Af en toe: fusie van cellen: diploïde cel ontstaat (door bepaalde omstandigheden)
o Kan via mitose blijven
o Meestal: ondergaat meiose en sporulatie: opnieuw 4 haploïde cellen
▪ Nieuwe genetische mix
Netwerken generen van genen die interageren en groepen van genen
3
, Feedback loop: eiwit controleert zichzelf
- Positief: eiwit activeert gen nog sterker: meer van zichzelf aanmaken
Bij celdeling: beide cellen hebben feedback loop
o Wordt doorgegeven aan volgende generatie
- Negatief: eiwit remt de transcriptie
Typisch voor homeostase: schommeling rond een evenwicht
Modellen: nematode, Drosophila, muis, mens
1. DNA, CHROMOSOMES AND GENOMES
Jean Brachet: een van de pioniers
- Aantonen: DNA stijgt tijdens de ontwikkeling van de zee-egel in een lineaire manier terwijl
RNA niet in dezelfde lijn stijgt bij verdubbeling van de cel
DNA heeft genetische informatie
Sleutel experiment
- Bacterie geeft pneumonia aan muizen: S strain
Kweken van S strain: 1 kolonie is rough: R strain
o R strain aan muizen: doodt de muizen niet (geen pneumonia doorgeven)
- R strain gekweekt boven dode S strain
Opnieuw S strain kolonies = opnieuw dodelijk
Hypothese: R strain heeft informatie opgenomen uit dode cellen
o Wat geeft informatie
▪ S strain gefractioneerd: R strain opkweken op verschillende fracties (RNA,
proteïne, DNA, lipide, carbohydraten): enkel op DNA werd R strain terug
S strain
▪ Dus: DNA heeft genetische informatie
4
a. The universal features of cells on earth
Alle cellen hebben overdraagbare informatie in DNA gecodeerd
- Replicatie door dubbel helix te openen en een deel als template te gebruiken
DNA strand is open: polymerisatie: toevoegen van vrije nucleotide
Opnieuw opbouwen DNA strand bestaande uit oude en nieuwe strand
o Semi-conservatieve replicatie
▪ Grote impact + kracht van DNA als houder genetische informatie: normale
situatie = back-up van alle informatie (duplicatie van data)
• DNA schade: andere strand gebruiken van back-up
• Verschil met RNA
- Dogma in moleculaire biologie
Replicatie (DNA) – transcriptie (RNA) – translatie (proteïne)
o Veel RNA vanuit 1 gen maken
o Veel eiwit per RNA
- RNA
Kan soms dubbele helices vormen met zichzelf en speciale 3D structuur aannemen
o Klassieke eiwitten: enzymen met katalytische site (om polysaccharide te cleaven)
Bevat genetische informatie onder vorm van genetische code
o Triplet (3 nucleïne zuren naast elkaar) gelezen door tRNA die anti-codon heeft:
herkent codon: aminozuur komt overeen
▪ Gebruikt door ribosomen = groep eiwitten en rRNA: 2 subeenheden
• 3 sites waar tRNA kan binden
• Stochastische processen: trial-and-error
- Bacteriën: 1 gen is 1 eiwit
Gen LacZ zal voor beta galactosidase coderen
Bijzonder: alle genen in 1 RNA en zal gelezen worden door verschillende ribosomen
o Meerdere ribosoom entry sites om eiwit aan te maken
1
, - Regulatorische eiwitten binden aan een DNA strand (specifieke sequentie) en controleren een
gen: aan- of afzetten
Meestal combinatie van eiwitten
- Mycoplasma genitalium minder dan 500 genen (uitzondering: genoom sterk verminderd)
b. The diversity of genomes and the tree of life
Grootste diversiteit in prokaryoten
- Spherical, rod-shaped, spiral …
- Prokaryoot: geen nucleus
1 lang lineair DNA vrij in de cel
Tree of life
- Genen studeren door conservatie (sommige genen evolueren snel andere zijn conservatief)
Construeren van genen en aligneren
o Genen met functie die hoge evolutionaire druk heeft over conservatie
Vaak gebruikt: rRNA (zeer geconserveerd)
- Bacteriën en archaea: vaak 1000 – 6000 genen
E. coli: +/- 4200 genen
o Circulair DNA
- Eukaryoten
Gist: +/- 6300 genen
Arabidopsis thaliana: +/- 26 000 genen
Drosophila: +/- 14 000 genen
Mens: +/- 24 000 genen
- Nieuwe genen
Mutatie: nieuwe functies of verliezen van genen
o Vb: lactose gebruiken: mutatie bij begin van domesticatie van koeien
Gen duplicatie: 2 genen zijn equivalent: 1 kan muteren en functie gaat niet verloren door
andere
o Genen niet alleen: families
▪ Groeperen in de evolutie door families: ongeveer 50% van de genen zitten
in een familie
▪ Orthologen
• Ancestraal gen: specialisatie en 2 verschillende soorten
▪ Paralogen
• Duplicatie en divergentie in zelfde organisme
▪ Homologen
• Duplicatie dan speciatie
o Universele families te vinden in alle 3 branches van tree of life
▪ Vb: transcriptie, translatie, metabolisme processen …
Segmenten wisselen
Horizontale gentransfer: vooral bij prokaryoten
o Gen dat van 1 organisme naar ander organisme zal gaan
c. Genetic information in eucaryotes
Eukaryoot
- Kern: dubbelzijdige membraan met poriën die gecontroleerd worden + nucleolus
2
, Membraan verbonden met ER: rough (ribosomen: geëxporteerd: transmembranaal of
uitgescheiden) en smooth + losse ribosomen (eiwitten in de cel)
o Geconnecteerd met vesicles naar Golgi apparaat: modificaties: eventueel
uitgescheiden worden met vesicles
- Mitochondria
Symbiose van een bacterie: progressief genen verloren en engulfment in eukaryotische cel:
dubbele membraan
Mitochondria nog steeds een aantal genen: beetje DNA informatie
o Komt van de moeder (eicel)
- Chloroplasten (planten)
Symbiose met fotosynthetische bacterie
- Microtubuli en andere cytoskeletale elementen
- Centrosoom: mitose!
Genomen van eukaryoten zijn groot
- Arabidopsis sp.: meer genen maar kleiner genoom
Pathways voor regulatie
- Signaal van omgeving via receptor: activatie
- Regulatorisch proteïne geactiveerd (conformationele verandering door binding ligand: andere
affiniteit (nu wel voor DNA))
- Binden aan bepaalde DNA regio: transcriptie gen aan
- Cascades + feedback loops: functie netwerk bepalen
Protisten: zeer divers
Gist: eukaryote cel (model)
- Levenscyclus meestal haploïd
Mitose en vormt 2 dochtercellen die ook haploïd zijn
Af en toe: fusie van cellen: diploïde cel ontstaat (door bepaalde omstandigheden)
o Kan via mitose blijven
o Meestal: ondergaat meiose en sporulatie: opnieuw 4 haploïde cellen
▪ Nieuwe genetische mix
Netwerken generen van genen die interageren en groepen van genen
3
, Feedback loop: eiwit controleert zichzelf
- Positief: eiwit activeert gen nog sterker: meer van zichzelf aanmaken
Bij celdeling: beide cellen hebben feedback loop
o Wordt doorgegeven aan volgende generatie
- Negatief: eiwit remt de transcriptie
Typisch voor homeostase: schommeling rond een evenwicht
Modellen: nematode, Drosophila, muis, mens
1. DNA, CHROMOSOMES AND GENOMES
Jean Brachet: een van de pioniers
- Aantonen: DNA stijgt tijdens de ontwikkeling van de zee-egel in een lineaire manier terwijl
RNA niet in dezelfde lijn stijgt bij verdubbeling van de cel
DNA heeft genetische informatie
Sleutel experiment
- Bacterie geeft pneumonia aan muizen: S strain
Kweken van S strain: 1 kolonie is rough: R strain
o R strain aan muizen: doodt de muizen niet (geen pneumonia doorgeven)
- R strain gekweekt boven dode S strain
Opnieuw S strain kolonies = opnieuw dodelijk
Hypothese: R strain heeft informatie opgenomen uit dode cellen
o Wat geeft informatie
▪ S strain gefractioneerd: R strain opkweken op verschillende fracties (RNA,
proteïne, DNA, lipide, carbohydraten): enkel op DNA werd R strain terug
S strain
▪ Dus: DNA heeft genetische informatie
4
