Cellen en weefsels – Hoorcolleges deeltentamen 1
Hoorcollege 1: 2 september 2019
Leerdoelen:
- Moleculaire mechanismen die een cal laten functioneren
- Organisatie van een dierlijke cel
- Microscopische technieken voor het bestuderen van de cel
- Functioneren van de cel in weefsel
Deeltoets 1: H4,5,6,7,9
Deeltoets 2: H12,13,15,17,18,19,20,22 + college therapie
Deeltoets 1, 40% van het eindcijfer
Deeltoets 2, 45% van het eindcijfer
Blackboard toetsen, 5% van het eindcijfer
Journal Club, 10% van het eindcijfer
Hoorcollege 2: 4 september 2019
Het menselijke genoom heeft 3x 109 nucleotiden paren, de E. coli heeft er 4x 106. Beide hebben
ongeveer een mutatie snelheid van 1 nucleotiden per 1010 nucleotiden (per cel generatie). Bij
menselijke cellen betekent dat dat elke nieuwe cel 70 mutaties heeft. Bij een groter genoom zou je
dus nog meer fouten hebben. De frequentie van mutaties heeft dus deels invloed op de grootte van
het genoom wat je kan onderhouden.
De helft van ons genoom is opgebouwd uit transposons. Dit zijn sequenties die er in principe niet
veel toe doen. De meeste mutaties treden op in dit soort sequenties die er eigenlijk niet toe doen.
Nauwkeurigheid van replicatie:
1. 5’ naar 3’ DNA-polymerase: zorgt voor een fout per 105 toegevoegde nucleotiden
2. 5’ naar 3’ exonucleosae proofreading: zorgt voor een fout per 102 toegevoegde nucleotiden
3. Mismatch repair: zorgt voor een fout per 103 toegevoegde nucleotiden
Totaal: 1 fout per 1010 toegevoegde nucleotiden
DNA-polymerase verlengt een DNA streng door een nieuwe nucleotiden aan de 3’ kant van een
groeiende streng te zetten. DNA-polymerase controleert ook of de juiste nucleotiden aangezet
worden. Als een nucleotide niet goed past ontkoppelt DNA-polymerase deze ook weer. DNA-
polymerase heeft zelf een proofreading activiteit wat de nauwkeurigheid van het enzym sterk
vergroot.
Proofreading verklaart waarom polymerase van 5’ naar 3’ loopt. Aan de 5’ kant van nucleotiden
zitten namelijk fosfaat groepen die zelf hun energie voor de koppeling meenemen. Als een
nucleotiden aan de 5’ aangezet wordt, moet de groeiende streng zelf energie leveren voor koppeling.
Dit kan maar één keer, dus als een nucleotide ontkoppeld wordt kan de streng niet meer verder
groeien.
DNA-polymerase heeft dus een ‘polymerization’ en een ‘edition’ active site.
DNA-polymerase kan zelf geen DNA maken omdat het een vrije 3’ nodig heeft om nucleotiden aan
toe te voegen.
DNA-primase zorgt voor de initiatie van de DNA-polymerisatie door de aanmaak van RNA-primers.
DNA-primase is een RNA-polymerase, wat betekent dat het aan de hand van een DNA template een
,RNA streng aanmaakt. De RNA-primers kunnen herkend worden en vervolgens weer verwijderd om
fouten van de minder nauwkeurigere RNA-primase te herstellen.
De leading strand wordt continu gesynthetiseerd. De leading strand wordt steeds in stukjes
aangelegd omdat de replicatie vork in omgekeerde richting loopt van de DNA-polymerase.
DNA-polymerase houdt zich niet heel sterk vast aan het DNA. De sliding clamp is een eiwit ring die de
DNA-polymerase aan het DNA vasthoudt. De clamp loader gebruikt de energie uit ATP om de slinding
clamp op het DNA te zetten.
De energie die de DNA-polymerase nodig heeft om over het DNA te lopen wordt geleverd vanuit de
hydrolyse van PPi naar Pi en Pi.
Helicase gebruikt de energie uit de hydrolyse van ATP om de twee strengen uit elkaar te krijgen.
De lagging strand komt voor een tijdje bloot te liggen omdat de polymerisatie in stukjes verloopt.
Single strand binding proteins binden het enkelstrengs DNA om te voorkomen dat deze gaat vouwen.
Hoe herken je de ‘nieuwe’ strand?
- Bij bacteriën zet een strand methyl groepen op adenines in GATC-sequenties van de oude
streng. De nieuwe streng heeft single strand breukjes waarna een enzym ook op de nieuwe
streng methyl groepjes op adenines gaat zetten.
- Bij eukaryoten zitten er kleine singel strand breukjes in de nieuwe streng die herkend
worden door mismatch repair enzymen. De streng met de knikjes is buigzamer, waardoor
foutjes in de nieuwe streng ook makkelijker hersteld kunnen worden.
De DNA helx heeft 10 nucleotiden per rotatie. Bij het openen van de helix wordt de streng over
gedraaid.
Middels Topoisomerases wordt de draai stress van de helix verlost.
- Topoisomerase I: het enzym heeft een tyrosine die zich covalent koppelt aan de 5’ kant van
het DNA. Hierdoor breekt de backbone van de helix en kan de helix draaien. Het enzym
ontkoppet zich weer door de verbinding tussen twee nucleotiden te herstellen. Het enzym
gebruikt geen ATP.
- Topoisomerase II: het enzym knipt twee strengen DNA in één helix los en houdt deze vast.
Vervolgens kan een andere DNA streng door het gat in het enzym passeren en kunnen
knopen in het DNA verlost worden. Dit enzym gebruikt wel ATP.
Bacteriën hebben één Origin of Replication, dit is een stuk DNA wat rijk is aan A en T-sequenties.
Deze zijn makkelijker te doorbreken omdat ze maar twee waterstofbruggen hebben. De activiteit van
de eiwitten die met de replicatie beginnen is afhankelijk van de omgeving, ze zijn namelijk pas actief
als er voldoende voedingsstoffen in de omgeving is. De replicatie initiatie eiwitten zorgen ervoor dat
helicases geactiveerd worden.
Om te voorkomen dat DNA meerdere keren per deling gerepliceerd worden, worden nieuwe DNA
strengen niet direct gemethyleerd. Volledige DNA methylatie is een belangrijk signaal voor de start
van initiatie.
Replicatie bij eukaryoten verloopt langzamer omdat er veel eiwitten (‘nucleosomen’) aan het DNA
verbonden zijn. Het kost tijd om deze eiwitten te passeren tijdens de replicatie. Het menselijke
genoom heeft daarom meerdere Origins of Replication. Dit vraagt ook om een nauwkeurigere
aansturing.
, - Eiwitten die aan de Origin binden om de initiatie op te starten moeten fosforyleert worden.
- Eiwitten die aan de Origin binden worden direct na fosforylatie afgebroken waarna het weer
een celcyclus duurt voor ze weer worden aangelegd.
Niet alleen het DNA, maar ook de nucleosomen moeten gerepliceerd worden. Tijdens de S-fase
worden er heel veel nucleosomen gemaakt. Bij DNA-replicatie vallen nucleosomen gedeeltelijk uit
elkaar:
- H3-H4 tetrameren blijven losjes aan de streng zitten en worden verdeeld over de twee
dochter strengen.
- H2A-H2B dimeren vallen helemaal van het DNA af, worden deels afgebroken en opnieuw
gesynthetiseerd.
De eiwitten die de nieuwe nucleosomen in elkaar zetten zijn gekoppeld aan DNA-polymerase zodat
de aanleg van nieuwe nucleosomen gelijk wordt met de synthese van nieuw DNA.
Chromosomen worden actief verlengd middels een chemisch proces. Telomerase is een soort
omgekeerde transcriptase: dit enzym gebruikt RNA als template om DNA te maken. Het zet korte
DNA repeats aan uiteindes van chromosomen.
Een DNA-einde is een soort
alarmsignaal voor de cel omdat dit
zou duiden op DNA-schade. Om te
voorkomen dat telomeren
herkend worden als ‘DNA-schade’
worden ze goed verpakt. Het
einde van een telomeer heeft een
3’ overhang wat door Shelterine
middels een soort t-loop
verborgen wordt in een dubbele
DNA streng.
In niet delende cellen wordt telomerase uit gezet. Bij deze cellen verliezen chromosomen geleidelijk
hun uiteindes. Hier worden cellen ‘ziek’ van en komen in replicative cell senescence waardoor ze uit
de celcyclus worden gezet.
Circulaire genomen (van bijvoorbeeld bacteriën) hebben geen telomeren en dus ook dit probleem
niet.
DNA-repair herstelt continu DNA-schade.
Depurinatie: purine nucleotides (G en A) worden door hydrolyse ontkoppeld. Dit gebeurt 18.000 keer
per cel per dag.
Deaminatie: pyrimidine nucleotides (C en T) worden door hydrolyse ontkoppeld. Dit gebeurt 100
keer per cel per dag.
Als gemethyleerd cytosine zijn amino groep verliest wordt het een U. DNA heeft dus een T in plaats
van een U om een ‘verkeerde’ C te kunnen herkennen.
Specifieke DNA glycosylases herkennen een bepaalde base schade (zoals een A depurinatie of een C
deaminatie) en bewegen zich continu over de DNA streng door steeds basen naar buiten te
bewegen. Als ze hun fout tegen komen knippen ze de verkeerde base uit het DNA. Middels
endonucleoases wordt de suiker met de missende base uit de DNA backbone geknipt. Vervolgens
Hoorcollege 1: 2 september 2019
Leerdoelen:
- Moleculaire mechanismen die een cal laten functioneren
- Organisatie van een dierlijke cel
- Microscopische technieken voor het bestuderen van de cel
- Functioneren van de cel in weefsel
Deeltoets 1: H4,5,6,7,9
Deeltoets 2: H12,13,15,17,18,19,20,22 + college therapie
Deeltoets 1, 40% van het eindcijfer
Deeltoets 2, 45% van het eindcijfer
Blackboard toetsen, 5% van het eindcijfer
Journal Club, 10% van het eindcijfer
Hoorcollege 2: 4 september 2019
Het menselijke genoom heeft 3x 109 nucleotiden paren, de E. coli heeft er 4x 106. Beide hebben
ongeveer een mutatie snelheid van 1 nucleotiden per 1010 nucleotiden (per cel generatie). Bij
menselijke cellen betekent dat dat elke nieuwe cel 70 mutaties heeft. Bij een groter genoom zou je
dus nog meer fouten hebben. De frequentie van mutaties heeft dus deels invloed op de grootte van
het genoom wat je kan onderhouden.
De helft van ons genoom is opgebouwd uit transposons. Dit zijn sequenties die er in principe niet
veel toe doen. De meeste mutaties treden op in dit soort sequenties die er eigenlijk niet toe doen.
Nauwkeurigheid van replicatie:
1. 5’ naar 3’ DNA-polymerase: zorgt voor een fout per 105 toegevoegde nucleotiden
2. 5’ naar 3’ exonucleosae proofreading: zorgt voor een fout per 102 toegevoegde nucleotiden
3. Mismatch repair: zorgt voor een fout per 103 toegevoegde nucleotiden
Totaal: 1 fout per 1010 toegevoegde nucleotiden
DNA-polymerase verlengt een DNA streng door een nieuwe nucleotiden aan de 3’ kant van een
groeiende streng te zetten. DNA-polymerase controleert ook of de juiste nucleotiden aangezet
worden. Als een nucleotide niet goed past ontkoppelt DNA-polymerase deze ook weer. DNA-
polymerase heeft zelf een proofreading activiteit wat de nauwkeurigheid van het enzym sterk
vergroot.
Proofreading verklaart waarom polymerase van 5’ naar 3’ loopt. Aan de 5’ kant van nucleotiden
zitten namelijk fosfaat groepen die zelf hun energie voor de koppeling meenemen. Als een
nucleotiden aan de 5’ aangezet wordt, moet de groeiende streng zelf energie leveren voor koppeling.
Dit kan maar één keer, dus als een nucleotide ontkoppeld wordt kan de streng niet meer verder
groeien.
DNA-polymerase heeft dus een ‘polymerization’ en een ‘edition’ active site.
DNA-polymerase kan zelf geen DNA maken omdat het een vrije 3’ nodig heeft om nucleotiden aan
toe te voegen.
DNA-primase zorgt voor de initiatie van de DNA-polymerisatie door de aanmaak van RNA-primers.
DNA-primase is een RNA-polymerase, wat betekent dat het aan de hand van een DNA template een
,RNA streng aanmaakt. De RNA-primers kunnen herkend worden en vervolgens weer verwijderd om
fouten van de minder nauwkeurigere RNA-primase te herstellen.
De leading strand wordt continu gesynthetiseerd. De leading strand wordt steeds in stukjes
aangelegd omdat de replicatie vork in omgekeerde richting loopt van de DNA-polymerase.
DNA-polymerase houdt zich niet heel sterk vast aan het DNA. De sliding clamp is een eiwit ring die de
DNA-polymerase aan het DNA vasthoudt. De clamp loader gebruikt de energie uit ATP om de slinding
clamp op het DNA te zetten.
De energie die de DNA-polymerase nodig heeft om over het DNA te lopen wordt geleverd vanuit de
hydrolyse van PPi naar Pi en Pi.
Helicase gebruikt de energie uit de hydrolyse van ATP om de twee strengen uit elkaar te krijgen.
De lagging strand komt voor een tijdje bloot te liggen omdat de polymerisatie in stukjes verloopt.
Single strand binding proteins binden het enkelstrengs DNA om te voorkomen dat deze gaat vouwen.
Hoe herken je de ‘nieuwe’ strand?
- Bij bacteriën zet een strand methyl groepen op adenines in GATC-sequenties van de oude
streng. De nieuwe streng heeft single strand breukjes waarna een enzym ook op de nieuwe
streng methyl groepjes op adenines gaat zetten.
- Bij eukaryoten zitten er kleine singel strand breukjes in de nieuwe streng die herkend
worden door mismatch repair enzymen. De streng met de knikjes is buigzamer, waardoor
foutjes in de nieuwe streng ook makkelijker hersteld kunnen worden.
De DNA helx heeft 10 nucleotiden per rotatie. Bij het openen van de helix wordt de streng over
gedraaid.
Middels Topoisomerases wordt de draai stress van de helix verlost.
- Topoisomerase I: het enzym heeft een tyrosine die zich covalent koppelt aan de 5’ kant van
het DNA. Hierdoor breekt de backbone van de helix en kan de helix draaien. Het enzym
ontkoppet zich weer door de verbinding tussen twee nucleotiden te herstellen. Het enzym
gebruikt geen ATP.
- Topoisomerase II: het enzym knipt twee strengen DNA in één helix los en houdt deze vast.
Vervolgens kan een andere DNA streng door het gat in het enzym passeren en kunnen
knopen in het DNA verlost worden. Dit enzym gebruikt wel ATP.
Bacteriën hebben één Origin of Replication, dit is een stuk DNA wat rijk is aan A en T-sequenties.
Deze zijn makkelijker te doorbreken omdat ze maar twee waterstofbruggen hebben. De activiteit van
de eiwitten die met de replicatie beginnen is afhankelijk van de omgeving, ze zijn namelijk pas actief
als er voldoende voedingsstoffen in de omgeving is. De replicatie initiatie eiwitten zorgen ervoor dat
helicases geactiveerd worden.
Om te voorkomen dat DNA meerdere keren per deling gerepliceerd worden, worden nieuwe DNA
strengen niet direct gemethyleerd. Volledige DNA methylatie is een belangrijk signaal voor de start
van initiatie.
Replicatie bij eukaryoten verloopt langzamer omdat er veel eiwitten (‘nucleosomen’) aan het DNA
verbonden zijn. Het kost tijd om deze eiwitten te passeren tijdens de replicatie. Het menselijke
genoom heeft daarom meerdere Origins of Replication. Dit vraagt ook om een nauwkeurigere
aansturing.
, - Eiwitten die aan de Origin binden om de initiatie op te starten moeten fosforyleert worden.
- Eiwitten die aan de Origin binden worden direct na fosforylatie afgebroken waarna het weer
een celcyclus duurt voor ze weer worden aangelegd.
Niet alleen het DNA, maar ook de nucleosomen moeten gerepliceerd worden. Tijdens de S-fase
worden er heel veel nucleosomen gemaakt. Bij DNA-replicatie vallen nucleosomen gedeeltelijk uit
elkaar:
- H3-H4 tetrameren blijven losjes aan de streng zitten en worden verdeeld over de twee
dochter strengen.
- H2A-H2B dimeren vallen helemaal van het DNA af, worden deels afgebroken en opnieuw
gesynthetiseerd.
De eiwitten die de nieuwe nucleosomen in elkaar zetten zijn gekoppeld aan DNA-polymerase zodat
de aanleg van nieuwe nucleosomen gelijk wordt met de synthese van nieuw DNA.
Chromosomen worden actief verlengd middels een chemisch proces. Telomerase is een soort
omgekeerde transcriptase: dit enzym gebruikt RNA als template om DNA te maken. Het zet korte
DNA repeats aan uiteindes van chromosomen.
Een DNA-einde is een soort
alarmsignaal voor de cel omdat dit
zou duiden op DNA-schade. Om te
voorkomen dat telomeren
herkend worden als ‘DNA-schade’
worden ze goed verpakt. Het
einde van een telomeer heeft een
3’ overhang wat door Shelterine
middels een soort t-loop
verborgen wordt in een dubbele
DNA streng.
In niet delende cellen wordt telomerase uit gezet. Bij deze cellen verliezen chromosomen geleidelijk
hun uiteindes. Hier worden cellen ‘ziek’ van en komen in replicative cell senescence waardoor ze uit
de celcyclus worden gezet.
Circulaire genomen (van bijvoorbeeld bacteriën) hebben geen telomeren en dus ook dit probleem
niet.
DNA-repair herstelt continu DNA-schade.
Depurinatie: purine nucleotides (G en A) worden door hydrolyse ontkoppeld. Dit gebeurt 18.000 keer
per cel per dag.
Deaminatie: pyrimidine nucleotides (C en T) worden door hydrolyse ontkoppeld. Dit gebeurt 100
keer per cel per dag.
Als gemethyleerd cytosine zijn amino groep verliest wordt het een U. DNA heeft dus een T in plaats
van een U om een ‘verkeerde’ C te kunnen herkennen.
Specifieke DNA glycosylases herkennen een bepaalde base schade (zoals een A depurinatie of een C
deaminatie) en bewegen zich continu over de DNA streng door steeds basen naar buiten te
bewegen. Als ze hun fout tegen komen knippen ze de verkeerde base uit het DNA. Middels
endonucleoases wordt de suiker met de missende base uit de DNA backbone geknipt. Vervolgens
