Hoofdstuk 06: Hoe cellen het genoom lezen: van DNA tot eiwit
Leerdoel: Onderscheid maken tussen DNA en RNA.
Antwoord: RNA verschilt van DNA doordat het ribose i.p.v. deoxyribose bevat, uracil in plaats
van thymine heeft, meestal enkelstrengig is en daardoor kan opvouwen tot specifieke 3D-
structuren (met conventionele en niet-conventionele baseparen) — terwijl DNA een stabiele
dubbelstrengige helix is die genetische informatie bewaart.
Kernverschillen:
• Suiker: DNA bevat deoxyribose; RNA bevat ribose (ribose heeft een extra –OH-groep).
• Basen: Beide hebben A, G, C. DNA gebruikt thymine (T); RNA gebruikt uracil (U) (U mist
de –CH₃-groep die T heeft).
• Streng-structuur: DNA komt in cellen altijd voor als een dubbelstrengige helix. RNA is enkelstrengig en kan zichzelf intramoleculair
base-paren waardoor het opvouwt tot specifieke 3D-structuren.
• Basenparing: In RNA geldt, net als in DNA, complementaire pairing: G–C en A–U (in plaats van A–T). RNA kan daarnaast ook niet-
conventionele base-paren vormen (bv. A–G) die bijdragen aan opvouwing.
• Functionele consequentie: Door enkelstrengigheid en opvouwmogelijkheden kunnen sommige RNA-moleculen structurele en
katalytische functies vervullen (bijv. ribozymen), terwijl DNA vooral stabiele opslag van genetische informatie biedt.
• Ontstaan/rol in de cel: RNA wordt door transcriptie gekopieerd van een DNA-gen en draagt informatie in dezelfde nucleotide-taal over.
Leerdoel: Template- en coderende DNA-strengen en hun verschillen identificeren.
Antwoord: De template-streng wordt door RNA-polymerase gelezen en is complementair aan het RNA. De coderende streng heeft dezelfde
sequentie als het RNA (behalve dat RNA U gebruikt in plaats van T).
Verschil kenmerk Template-streng (Antisense) Coderende streng (Sense)
Functie Sjabloon voor RNA-synthese Niet gebruikt in synthese
Relatie tot RNA Complementair Identiek (behalve T→U)
Richting aflezen 3’ → 5’ 5’ → 3’ (zelfde richting als RNA)
Template-streng (antisense-streng):
• Functie: Deze streng wordt gebruikt als sjabloon voor RNA-synthese.
• Kenmerk: De RNA-polymerase leest de basen van de template-streng en bouwt een complementaire RNA-keten op.
• Relatie met RNA: Het RNA is complementair aan de template-streng.
Coderende streng (sense-streng):
• Functie: Deze streng wordt niet direct gebruikt in de transcriptie.
• Kenmerk: Basenvolgorde coderende streng gelijk aan die van RNA-transcript, met één uitzondering: in RNA is uracil (U) ipv thymine (T).
• Relatie met RNA: Het RNA heeft dezelfde sequentie als de coderende streng (behalve T → U).
Leerdoel: Beschrijf verschillende soorten RNA en hun functies.
Antwoord: Cellen produceren verschillende soorten RNA, elk met een specifieke functie. Deze zijn onder te verdelen in coderende RNA’s
(mRNA) en niet-coderende RNA’s (de rest).
RNA direct betrokken bij eiwitsynthese:
• mRNA (messenger RNA):
o Functie: Draagt de genetische code van DNA naar de ribosomen.
o Rol: Bepaalt de aminozuurvolgorde van een eiwit.
• rRNA (ribosomaal RNA):
o Functie: Vormt de structurele en katalytische kern van ribosomen.
o Rol: Essentieel voor de eiwitsynthese.
• tRNA (transfer RNA):
o Functie: Werkt als adaptor tussen mRNA-codon en aminozuur.
o Rol: Zorgt dat de juiste aminozuren op de juiste plaats in het eiwit worden ingebouwd.
1|Page
,Verwerking en modificatie van RNA:
• snRNA (small nuclear RNA):
o Functie: Betrokken bij splicing van pre-mRNA.
o Rol: Onderdeel van het spliceosoom.
• snoRNA (small nucleolar RNA):
o Functie: Chemische modificatie en verwerking van rRNA.
Regulatie en bescherming van genexpressie en genoom:
• miRNA (microRNA):
o Functie: Reguleert genexpressie door binding aan mRNA.
o Rol: Blokkeert translatie of stimuleert afbraak van specifieke mRNA’s.
• siRNA (small interfering RNA):
o Functie: Schakelt genexpressie uit.
o Rol: Bindt aan mRNA en veroorzaakt afbraak, helpt ook bij vorming van compact chromatine.
• piRNA (piwi-interacting RNA):
o Functie: Beschermt de kiembaan tegen transposons.
o Rol: Werkt samen met Piwi-eiwitten om schadelijke DNA-elementen uit te schakelen.
• lncRNA (long noncoding RNA):
o Functie: Lange RNA’s die vaak als scaffolds dienen.
o Rol: Reguleren diverse cellulaire processen, o.a. X-chromosoom inactivatie.
Leerdoel: Vergelijk transcriptieprocessen in prokaryoten en eukaryoten.
Antwoord:
Start van transcriptie:
• Prokaryoten:
o Slechts één RNA-polymerase voor alle RNA’s.
o Promotorherkenning via σ-factor, die bindt aan specifieke DNA-sequenties (−10 en −35 regio).
o RNA-polymerase holo-enzym (core + σ) start transcriptie; σ-factor laat los na de initiatie.
• Eukaryoten:
o RNA Pol I → rRNA
o RNA Pol II → mRNA en sommige snRNA’s
o RNA Pol III → tRNA en andere kleine RNA’s
o RNA Pol II vereist general transcription factors (TFII’s) (bijv. TFIID met TBP dat TATA-box herkent).
o TFIIH opent DNA (ATP-hydrolyse) en fosforyleert de CTD van Pol II → overgang naar elongatie.
Elongatie:
• Prokaryoten: RNA-synthese direct na initiatie; snelheid ~50 nt/sec; RNA kan meteen worden vertaald omdat er geen kern is.
• Eukaryoten: RNA Pol II maakt pre-mRNA dat eerst verwerkt moet worden (5’-cap, splicing, poly-A). Transcriptie en translatie zijn
gescheiden (kern vs. cytoplasma).
Terminatie:
• Prokaryoten: Stop-signalen in DNA; vaak een GC-rijke hairpin in RNA gevolgd door U’s destabiliseert polymerase → transcript valt los.
• Eukaryoten: Complexer; Pol II stopt vaak downstream van gen en RNA wordt losgemaakt door specifieke eiwitten na polyadenylatiesignaal.
Belangrijkste verschillen:
• Aantal polymerasen: 1 (prok.) vs. 3 (euk.).
• Promotorherkenning: σ-factor (prok.) vs. algemene transcriptiefactoren incl. TFIID/TBP (euk.).
• Complexiteit: Eukaryoten hebben extra regulatielagen (enhancers, chromatin remodeling).
• Transcriptie & translatie: Gekoppeld in prokaryoten, gescheiden in eukaryoten.
• RNA-verwerking: Afwezig in prokaryoten, essentieel in eukaryoten.
2|Page
, Leerdoel: Leg transcriptie-initiatie, verlenging en terminatie uit in eukaryoten.
Antwoord: Initiatie: TFIID bindt TATA-box → rekrutering GTF’s + RNA Pol II → TFIIH opent DNA & fosforyleert CTD → Pol II start. Elongatie: Pol
II beweegt langs DNA en synthetiseert RNA, gekoppeld aan RNA-processing. Terminatie: pre-mRNA geknipt na poly-A-sig., Pol II dissocieert.
Initiatie (vereist samenwerking van tientallen eiwitten, veel complexer dan in prokaryoten):
• General transcription factors (GTF’s):
o TFIID (12 subunits, incl. TBP): herkent de TATA-box, vormt startpunt voor assemblage.
o TFIIB: bindt BRE-element en positioneert RNA Pol II correct.
o TFIIA: stabiliseert TFIID-binding.
o TFIIF: stabiliseert interactie RNA Pol II met TFIIB; trekt TFIIE/TFIIH aan.
o TFIIE: reguleert en rekruteert TFIIH.
o TFIIH:
▪ Helicase-activiteit → opent DNA bij startpunt (ATP-afhankelijk).
▪ Kinase-activiteit → fosforyleert CTD (C-terminale staart) van Pol II → vrijgave Pol II voor elongatie.
• In vivo extra factoren:
o Activator-eiwitten binden enhancers → trekken transcriptiemachinerie aan.
o Mediator-complex → brug tussen activators en Pol II + GTF’s; positioneert TFIIH.
o Chromatine-modificerende enzymen (remodelers, histon-modificatoren) → maken DNA toegankelijk.
Elongatie:
• Na CTD-fosforylatie door TFIIH gaat RNA Pol II over naar elongatie-modus.
• RNA Pol II schuift langs de DNA-template en voegt ribonucleotiden toe (5’ → 3’).
• Tijdens elongatie:
o Transcriptie-bubbel blijft open voor RNA-synthese.
o RNA Pol II blijft stabiel gebonden → procesiviteit.
• Bij eukaryoten wordt het RNA meteen gecoat met RNA-processing factoren (5’-capping, splicing en later poly-A).
Terminatie:
• Complexer dan bij bacteriën:
o RNA Pol II leest voorbij het polyadenylatiesignaal.
o Specifieke endonucleasen knippen het RNA downstream → vrijgave pre-mRNA.
o Poly-A-polymerase voegt poly-A-staart toe.
• RNA Pol II valt uiteindelijk van DNA af, geholpen door nog niet volledig opgehelderde eiwitfactoren.
Leerdoel: Ken de verschillende eukaryotische RNA-polymerasen en hun functies.
Antwoord: In tegenstelling tot bacteriën (met slechts één RNA-polymerase) hebben eukaryoten drie verschillende RNA-polymerasen, elk
gespecialiseerd in bepaalde genen:
• Pol I → rRNA (meeste ribosomale RNA’s).
• Pol II → mRNA (alle eiwitcoderende genen) + veel regulerende RNA’s.
• Pol III → tRNA, 5S rRNA en andere kleine RNA’s.
RNA-polymerase: Genen die het transcribeert: Functie:
Pol I 5.8S, 18S en 28S rRNA-genen Synthese van de meeste rRNA’s, essentieel voor ribosomen (behalve 5S rRNA).
Pol II Alle eiwitcoderende genen, plus snoRNA, miRNA, Zorgt voor transcriptie van mRNA (dus eiwitproductie) én veel regulerende
siRNA, lncRNA en de meeste snRNA-genen RNA’s. Dit is het belangrijkste polymerase voor genexpressie.
Pol III tRNA-genen, 5S rRNA, sommige snRNA-genen en Maakt tRNA’s (voor translatie), 5S rRNA (onderdeel ribosoom) en diverse kleine
andere kleine RNA-genen RNA’s met regulerende functies.
3|Page
Leerdoel: Onderscheid maken tussen DNA en RNA.
Antwoord: RNA verschilt van DNA doordat het ribose i.p.v. deoxyribose bevat, uracil in plaats
van thymine heeft, meestal enkelstrengig is en daardoor kan opvouwen tot specifieke 3D-
structuren (met conventionele en niet-conventionele baseparen) — terwijl DNA een stabiele
dubbelstrengige helix is die genetische informatie bewaart.
Kernverschillen:
• Suiker: DNA bevat deoxyribose; RNA bevat ribose (ribose heeft een extra –OH-groep).
• Basen: Beide hebben A, G, C. DNA gebruikt thymine (T); RNA gebruikt uracil (U) (U mist
de –CH₃-groep die T heeft).
• Streng-structuur: DNA komt in cellen altijd voor als een dubbelstrengige helix. RNA is enkelstrengig en kan zichzelf intramoleculair
base-paren waardoor het opvouwt tot specifieke 3D-structuren.
• Basenparing: In RNA geldt, net als in DNA, complementaire pairing: G–C en A–U (in plaats van A–T). RNA kan daarnaast ook niet-
conventionele base-paren vormen (bv. A–G) die bijdragen aan opvouwing.
• Functionele consequentie: Door enkelstrengigheid en opvouwmogelijkheden kunnen sommige RNA-moleculen structurele en
katalytische functies vervullen (bijv. ribozymen), terwijl DNA vooral stabiele opslag van genetische informatie biedt.
• Ontstaan/rol in de cel: RNA wordt door transcriptie gekopieerd van een DNA-gen en draagt informatie in dezelfde nucleotide-taal over.
Leerdoel: Template- en coderende DNA-strengen en hun verschillen identificeren.
Antwoord: De template-streng wordt door RNA-polymerase gelezen en is complementair aan het RNA. De coderende streng heeft dezelfde
sequentie als het RNA (behalve dat RNA U gebruikt in plaats van T).
Verschil kenmerk Template-streng (Antisense) Coderende streng (Sense)
Functie Sjabloon voor RNA-synthese Niet gebruikt in synthese
Relatie tot RNA Complementair Identiek (behalve T→U)
Richting aflezen 3’ → 5’ 5’ → 3’ (zelfde richting als RNA)
Template-streng (antisense-streng):
• Functie: Deze streng wordt gebruikt als sjabloon voor RNA-synthese.
• Kenmerk: De RNA-polymerase leest de basen van de template-streng en bouwt een complementaire RNA-keten op.
• Relatie met RNA: Het RNA is complementair aan de template-streng.
Coderende streng (sense-streng):
• Functie: Deze streng wordt niet direct gebruikt in de transcriptie.
• Kenmerk: Basenvolgorde coderende streng gelijk aan die van RNA-transcript, met één uitzondering: in RNA is uracil (U) ipv thymine (T).
• Relatie met RNA: Het RNA heeft dezelfde sequentie als de coderende streng (behalve T → U).
Leerdoel: Beschrijf verschillende soorten RNA en hun functies.
Antwoord: Cellen produceren verschillende soorten RNA, elk met een specifieke functie. Deze zijn onder te verdelen in coderende RNA’s
(mRNA) en niet-coderende RNA’s (de rest).
RNA direct betrokken bij eiwitsynthese:
• mRNA (messenger RNA):
o Functie: Draagt de genetische code van DNA naar de ribosomen.
o Rol: Bepaalt de aminozuurvolgorde van een eiwit.
• rRNA (ribosomaal RNA):
o Functie: Vormt de structurele en katalytische kern van ribosomen.
o Rol: Essentieel voor de eiwitsynthese.
• tRNA (transfer RNA):
o Functie: Werkt als adaptor tussen mRNA-codon en aminozuur.
o Rol: Zorgt dat de juiste aminozuren op de juiste plaats in het eiwit worden ingebouwd.
1|Page
,Verwerking en modificatie van RNA:
• snRNA (small nuclear RNA):
o Functie: Betrokken bij splicing van pre-mRNA.
o Rol: Onderdeel van het spliceosoom.
• snoRNA (small nucleolar RNA):
o Functie: Chemische modificatie en verwerking van rRNA.
Regulatie en bescherming van genexpressie en genoom:
• miRNA (microRNA):
o Functie: Reguleert genexpressie door binding aan mRNA.
o Rol: Blokkeert translatie of stimuleert afbraak van specifieke mRNA’s.
• siRNA (small interfering RNA):
o Functie: Schakelt genexpressie uit.
o Rol: Bindt aan mRNA en veroorzaakt afbraak, helpt ook bij vorming van compact chromatine.
• piRNA (piwi-interacting RNA):
o Functie: Beschermt de kiembaan tegen transposons.
o Rol: Werkt samen met Piwi-eiwitten om schadelijke DNA-elementen uit te schakelen.
• lncRNA (long noncoding RNA):
o Functie: Lange RNA’s die vaak als scaffolds dienen.
o Rol: Reguleren diverse cellulaire processen, o.a. X-chromosoom inactivatie.
Leerdoel: Vergelijk transcriptieprocessen in prokaryoten en eukaryoten.
Antwoord:
Start van transcriptie:
• Prokaryoten:
o Slechts één RNA-polymerase voor alle RNA’s.
o Promotorherkenning via σ-factor, die bindt aan specifieke DNA-sequenties (−10 en −35 regio).
o RNA-polymerase holo-enzym (core + σ) start transcriptie; σ-factor laat los na de initiatie.
• Eukaryoten:
o RNA Pol I → rRNA
o RNA Pol II → mRNA en sommige snRNA’s
o RNA Pol III → tRNA en andere kleine RNA’s
o RNA Pol II vereist general transcription factors (TFII’s) (bijv. TFIID met TBP dat TATA-box herkent).
o TFIIH opent DNA (ATP-hydrolyse) en fosforyleert de CTD van Pol II → overgang naar elongatie.
Elongatie:
• Prokaryoten: RNA-synthese direct na initiatie; snelheid ~50 nt/sec; RNA kan meteen worden vertaald omdat er geen kern is.
• Eukaryoten: RNA Pol II maakt pre-mRNA dat eerst verwerkt moet worden (5’-cap, splicing, poly-A). Transcriptie en translatie zijn
gescheiden (kern vs. cytoplasma).
Terminatie:
• Prokaryoten: Stop-signalen in DNA; vaak een GC-rijke hairpin in RNA gevolgd door U’s destabiliseert polymerase → transcript valt los.
• Eukaryoten: Complexer; Pol II stopt vaak downstream van gen en RNA wordt losgemaakt door specifieke eiwitten na polyadenylatiesignaal.
Belangrijkste verschillen:
• Aantal polymerasen: 1 (prok.) vs. 3 (euk.).
• Promotorherkenning: σ-factor (prok.) vs. algemene transcriptiefactoren incl. TFIID/TBP (euk.).
• Complexiteit: Eukaryoten hebben extra regulatielagen (enhancers, chromatin remodeling).
• Transcriptie & translatie: Gekoppeld in prokaryoten, gescheiden in eukaryoten.
• RNA-verwerking: Afwezig in prokaryoten, essentieel in eukaryoten.
2|Page
, Leerdoel: Leg transcriptie-initiatie, verlenging en terminatie uit in eukaryoten.
Antwoord: Initiatie: TFIID bindt TATA-box → rekrutering GTF’s + RNA Pol II → TFIIH opent DNA & fosforyleert CTD → Pol II start. Elongatie: Pol
II beweegt langs DNA en synthetiseert RNA, gekoppeld aan RNA-processing. Terminatie: pre-mRNA geknipt na poly-A-sig., Pol II dissocieert.
Initiatie (vereist samenwerking van tientallen eiwitten, veel complexer dan in prokaryoten):
• General transcription factors (GTF’s):
o TFIID (12 subunits, incl. TBP): herkent de TATA-box, vormt startpunt voor assemblage.
o TFIIB: bindt BRE-element en positioneert RNA Pol II correct.
o TFIIA: stabiliseert TFIID-binding.
o TFIIF: stabiliseert interactie RNA Pol II met TFIIB; trekt TFIIE/TFIIH aan.
o TFIIE: reguleert en rekruteert TFIIH.
o TFIIH:
▪ Helicase-activiteit → opent DNA bij startpunt (ATP-afhankelijk).
▪ Kinase-activiteit → fosforyleert CTD (C-terminale staart) van Pol II → vrijgave Pol II voor elongatie.
• In vivo extra factoren:
o Activator-eiwitten binden enhancers → trekken transcriptiemachinerie aan.
o Mediator-complex → brug tussen activators en Pol II + GTF’s; positioneert TFIIH.
o Chromatine-modificerende enzymen (remodelers, histon-modificatoren) → maken DNA toegankelijk.
Elongatie:
• Na CTD-fosforylatie door TFIIH gaat RNA Pol II over naar elongatie-modus.
• RNA Pol II schuift langs de DNA-template en voegt ribonucleotiden toe (5’ → 3’).
• Tijdens elongatie:
o Transcriptie-bubbel blijft open voor RNA-synthese.
o RNA Pol II blijft stabiel gebonden → procesiviteit.
• Bij eukaryoten wordt het RNA meteen gecoat met RNA-processing factoren (5’-capping, splicing en later poly-A).
Terminatie:
• Complexer dan bij bacteriën:
o RNA Pol II leest voorbij het polyadenylatiesignaal.
o Specifieke endonucleasen knippen het RNA downstream → vrijgave pre-mRNA.
o Poly-A-polymerase voegt poly-A-staart toe.
• RNA Pol II valt uiteindelijk van DNA af, geholpen door nog niet volledig opgehelderde eiwitfactoren.
Leerdoel: Ken de verschillende eukaryotische RNA-polymerasen en hun functies.
Antwoord: In tegenstelling tot bacteriën (met slechts één RNA-polymerase) hebben eukaryoten drie verschillende RNA-polymerasen, elk
gespecialiseerd in bepaalde genen:
• Pol I → rRNA (meeste ribosomale RNA’s).
• Pol II → mRNA (alle eiwitcoderende genen) + veel regulerende RNA’s.
• Pol III → tRNA, 5S rRNA en andere kleine RNA’s.
RNA-polymerase: Genen die het transcribeert: Functie:
Pol I 5.8S, 18S en 28S rRNA-genen Synthese van de meeste rRNA’s, essentieel voor ribosomen (behalve 5S rRNA).
Pol II Alle eiwitcoderende genen, plus snoRNA, miRNA, Zorgt voor transcriptie van mRNA (dus eiwitproductie) én veel regulerende
siRNA, lncRNA en de meeste snRNA-genen RNA’s. Dit is het belangrijkste polymerase voor genexpressie.
Pol III tRNA-genen, 5S rRNA, sommige snRNA-genen en Maakt tRNA’s (voor translatie), 5S rRNA (onderdeel ribosoom) en diverse kleine
andere kleine RNA-genen RNA’s met regulerende functies.
3|Page
