Samenvatting: genetica
H0
Prokaryoot Eukaryoot
DNA in nucleoïde (regio zonder membraan in DNA in nucleus
cytoplasma, geen celkern)
Alles in cytoplasma Organellen aanwezig
Manieren voor evolutie genen uit reeds bestaande genen:
1. Intragenetische mutatie
2. Genduplicatie
3. Schuivend DNA-segment
4. Horizontale transfer (=genetische info uitwisselen zonder familierelatie)
Termen
Homologe genen = genen afkomstig van eenzelfde voorouder
Orthologe genen = homologe genen die na een speciatie divergeren
Paraloge genen = 2 genen dat het resultaat zijn van genduplicatie
Endosymbiose: bij eukaryoten
- Bacterie → mitochondrium
- Fotosynthetische bacterie → chloroplast
H1: DNA, chromosomes and genomes
- Celdeling: DNA splitsen onder de vorm van chromosomen
- DNA stijgt lineair met het verdubbelen van cellen tijdens de embryonale ontwikkeling
Experiment: transformatie-experiment
Het experiment omvatte twee hoofddelen:
• Griffith's experiment (links in de afbeelding):
o S-stam bacteriën: = zijn glad (smooth) en pathogeen: leiden tot longontsteking
(pneumonia) bij muizen.
o R-stam bacteriën: = zijn ruw (rough) en niet-pathogeen (veroorzaken geen ziekte.)
o Wanneer hitte-gedode S-stam cellen werden gemengd met levende R-stam cellen,
ontwikkelden de muizen longontsteking en stierven ze. Er werd geconcludeerd dat er
een "transformeerbaar principe" van de S-stam naar de R-stam moest zijn gegaan.
• Avery, MacLeod en McCarty's experiment (rechts in de afbeelding):
o Fractioneren hitte-gedode S-stam cellen in hun moleculaire componenten: RNA,
proteïne, DNA, lipide en koolhydraat.
o Elk van deze gezuiverde moleculen werd afzonderlijk getest op het vermogen om levende R-stam cellen te transformeren.
o Alleen de toevoeging van DNA resulteerde in de transformatie van R-stam cellen naar de pathogene S-stam.
Conclusie: Het molecuul dat de erfelijke informatie draagt en transformatie mogelijk maakt, is DNA.
The structure and function of DNA
Dubbele helix DNA (Crick & Watson)
1
,- Suikerfosfaatruggengraat + basenparen
Nucleotide = stukje suikerfosfaat + een base
o Purines = Adenine, guanine
o Pyrimidine = thymine, uracyl, cytosine
- Anti-parallelle complementaire strengen
5’ → 3’ en 3’ → 5’
- Enzym leest altijd 5’ → 3’, H-bruggen tussen beiden strands
2 tussen A en T/U
3 tussen C en G
- Template van parentaal DNA zorgt voor polymerisatie van nieuwe strand (= semiconservatief proces)
- Major & minor groove
In eukaryoten DNA omsloten door celkern behalve
- Mitochondriaal & chloroplast DNA
- Tijdens mitose
Functie DNA
- Opslag genetische informatie + overerving
- Replicatie
- Eiwitsynthese
- Regulatie genexpressie
Chromosomal DNA and its Packaging in the Chromatin Fiber
- DNA komt tezamen met eiwitten opgerold voor (≠ idee van Watson&Crick)
Eukaryotisch DNA is ingepakt in chromosomen
- Mens: 22 autosomen + X en X/Y
- Bv 2 verwante soorten kunnen ander # chromosomen hebben
- Chromosomen bevatten lange reeksen genen
- Afwijkingen # chromosomen:
Te veel: downsyndroom, Klinefelter syndroom
Te weinig: Turner syndroom
Statistieken voor genoom mens
- Basenparen: 3,2 * 109
- Genen: 25 000
- Hoog geconserveerd (=chromosomen gemeen met andere dieren): 3,5%
- Coderende regio’s (aanmaak proteïnen): 1,5% van genoom
- Hoog repetitief: 50% genoom
Andere 50% unieke sequenties met bv regulatorische regio’s
- Gen = een nucleotide sequentie in een DNA-molecule dat een functionele unit is voor de productie van
een proteïne, structureel RNA of regulatorisch RNA
- Niet alle genen komen tot uiting en afhankelijk van functie cel worden andere genen uitgedrukt
- Genen die proteïnen coderen in eukaryoten = reeks van intronen en exonen, geassocieerd met
regulatorische regio’s van DNA
Packaging
1. DNA
Breedte helix: 2 nm
Turn om de: 0,34 nm
2
,2. Nucleosomen
- +/- 140 basenparen opgerold rond octameer van histonen (eiwit)
- Breedte nucleosoom: 11 nm
3. Chromatindedraden
- Opgerolde nucleosomen
- Breedte: +/- 30 nm
- = meest voorkomende vorm DNA
4. Chromosoom
= chromatinedraden in loops
X-vorm: tijdens mitose
Opbouw chromosoom:
Voor replicatie: 23 homologe chromosomenparen (=genen, ≠allelen, 1moeder+1vader)
(=46 chromatiden)
Na replicatie: 92 chromatiden
Centromeer: plaats waar microtubuli aan hechten, zusterchromatiden aan elkaar vast
Telomeer: langs uiteinde, 2 per chromatide = stukjes herhaalde nucleotidesequentie
voor geen verlies DNA
Origin of replication = plaats waar RNA-polymerase replicatie start, meerdere in eukaryoten
Prokaryoten: circulair DNA → geen centromeren en telomeren, 1 origin of replication
Histonen
- 1 nucleosoom = hisoon octameer = 2x (H2A, H2B, H3, H4) → via “handshake interaction”
H2A-H2B vormen 2 dimeren
H3-H4 vormt een tetrameer
- Histon H1
Locatie: aan buitenkant nucleosoom
Functie: DNA extra compact maken + signaal voor apoptose
- N-staart: elk histon heeft er 1, functie: stabilisatie nucleosoom + regulatie genexpressie
- Dynamisch
Soms opent het een beetje → interactie met eiwitten mogelijk
- AA, TT en TA = liever als minor groove langs binnenkant
G-C als minor groove langs buitenkant
- Chaperonen = eiwitten die assisteren bij assemblage van nucleosomen
- Chromatine remodeling complex (met ATP): histonen losmaken en
veranderen
The Regulation of Chromatine Structure
Histonen bepalen densiteit van packaging
Euchromatine Los Actief
Heterochromatine Gecondenseerd en georganiseerd Voornamelijk inactief
In embryonale ontwikkeling: eerst heterochromatine dat zich verspreidt in euchromatine
Epigenetica
3
, - = Bestudeert veranderingen in genexpressie zonder dat de DNA-sequentie verandert, = overerfbaar
- Bv. structuur van chromatine
- Bv White gene Drosophila
Functie White gene in Drosophila: transport pigment precursors naar oog
1. Normale locatie White gene: in euchromatine, gescheiden van heterochromatine via
barrière
2. Chromosoom inversie → White gene dicht bij heterochromatine regio
3. Compacte structuur heterochromatine verspreid gedeeltelijk in White gene →
gedeeltelijke silencing → rode ogen met witte vlekken
Covalente modificaties aan N-staart
Mogelijke modificaties:
- Methylatie (toevoegen methylgroepen)
- Acetylatie (toevoegen acetylgroepen)
- Fosforylatie (toevoegen fosfaatgroepen)
- Ubiquinatie (toevoegen ubiquitine (= proteïne van 76 AZ))
- Bv:
Modificatie Gevolg
Methylatie (K9) Heterochromatine + gene silencing
Methylatie (K4) + acetylatie (K9) → Genexpressie
Fosforlyatie (S10) + acetylatie (K14) Genexpressie
Methyatie (K27) Hox genen uitschakelen + X-chromosoom uitschakelen
Modificaties door vervanging histonen
- Naast de standaard histonen bestaan er nog varianten die in mindere mate voorkomen → bv:
H3 → CENP-A: epigenetische marker die locatie centromeer definieert
H2A → macroH2A: transcriptionele repressie, inactivatie X-chromosoom
Complex van reader en writer proteïnen
Complexen:
- Code-writer: enzym dat markeringen maakt op histonen (bv methylgroep toevoegen)
- Code-reader: eiwit dat markeringen herkent → binding → aantrekken andere eiwitten met biologische
functies (bv DNA inpakken door bv ATP-remodeling complex)
- Code-reader-writer complex: samenwerkingscomplex, functie: verspreiding modificatie langs chromosoom
Processen met deze proteïnen:
A. Specifieke herkenning
1. Writer maakt een markering op histon
2. Reader herkent deze markering.
3. Reader bindt en haalt andere eiwitcomplexen erbij → biologische functie
B. Verspreiding van het signaal
1. Een reader-writer complex herkent de histon-modificatie.
2. De writer in dat complex zet dezelfde mark op het volgende nucleosoom.
3. Dit gaat nucleosoom voor nucleosoom → mark verspreidt langs het DNA.
4. ATP-remodeling complex adhv ATP modificeren. Resultaat: groter domein
van actief of inactief chromatine.
4
H0
Prokaryoot Eukaryoot
DNA in nucleoïde (regio zonder membraan in DNA in nucleus
cytoplasma, geen celkern)
Alles in cytoplasma Organellen aanwezig
Manieren voor evolutie genen uit reeds bestaande genen:
1. Intragenetische mutatie
2. Genduplicatie
3. Schuivend DNA-segment
4. Horizontale transfer (=genetische info uitwisselen zonder familierelatie)
Termen
Homologe genen = genen afkomstig van eenzelfde voorouder
Orthologe genen = homologe genen die na een speciatie divergeren
Paraloge genen = 2 genen dat het resultaat zijn van genduplicatie
Endosymbiose: bij eukaryoten
- Bacterie → mitochondrium
- Fotosynthetische bacterie → chloroplast
H1: DNA, chromosomes and genomes
- Celdeling: DNA splitsen onder de vorm van chromosomen
- DNA stijgt lineair met het verdubbelen van cellen tijdens de embryonale ontwikkeling
Experiment: transformatie-experiment
Het experiment omvatte twee hoofddelen:
• Griffith's experiment (links in de afbeelding):
o S-stam bacteriën: = zijn glad (smooth) en pathogeen: leiden tot longontsteking
(pneumonia) bij muizen.
o R-stam bacteriën: = zijn ruw (rough) en niet-pathogeen (veroorzaken geen ziekte.)
o Wanneer hitte-gedode S-stam cellen werden gemengd met levende R-stam cellen,
ontwikkelden de muizen longontsteking en stierven ze. Er werd geconcludeerd dat er
een "transformeerbaar principe" van de S-stam naar de R-stam moest zijn gegaan.
• Avery, MacLeod en McCarty's experiment (rechts in de afbeelding):
o Fractioneren hitte-gedode S-stam cellen in hun moleculaire componenten: RNA,
proteïne, DNA, lipide en koolhydraat.
o Elk van deze gezuiverde moleculen werd afzonderlijk getest op het vermogen om levende R-stam cellen te transformeren.
o Alleen de toevoeging van DNA resulteerde in de transformatie van R-stam cellen naar de pathogene S-stam.
Conclusie: Het molecuul dat de erfelijke informatie draagt en transformatie mogelijk maakt, is DNA.
The structure and function of DNA
Dubbele helix DNA (Crick & Watson)
1
,- Suikerfosfaatruggengraat + basenparen
Nucleotide = stukje suikerfosfaat + een base
o Purines = Adenine, guanine
o Pyrimidine = thymine, uracyl, cytosine
- Anti-parallelle complementaire strengen
5’ → 3’ en 3’ → 5’
- Enzym leest altijd 5’ → 3’, H-bruggen tussen beiden strands
2 tussen A en T/U
3 tussen C en G
- Template van parentaal DNA zorgt voor polymerisatie van nieuwe strand (= semiconservatief proces)
- Major & minor groove
In eukaryoten DNA omsloten door celkern behalve
- Mitochondriaal & chloroplast DNA
- Tijdens mitose
Functie DNA
- Opslag genetische informatie + overerving
- Replicatie
- Eiwitsynthese
- Regulatie genexpressie
Chromosomal DNA and its Packaging in the Chromatin Fiber
- DNA komt tezamen met eiwitten opgerold voor (≠ idee van Watson&Crick)
Eukaryotisch DNA is ingepakt in chromosomen
- Mens: 22 autosomen + X en X/Y
- Bv 2 verwante soorten kunnen ander # chromosomen hebben
- Chromosomen bevatten lange reeksen genen
- Afwijkingen # chromosomen:
Te veel: downsyndroom, Klinefelter syndroom
Te weinig: Turner syndroom
Statistieken voor genoom mens
- Basenparen: 3,2 * 109
- Genen: 25 000
- Hoog geconserveerd (=chromosomen gemeen met andere dieren): 3,5%
- Coderende regio’s (aanmaak proteïnen): 1,5% van genoom
- Hoog repetitief: 50% genoom
Andere 50% unieke sequenties met bv regulatorische regio’s
- Gen = een nucleotide sequentie in een DNA-molecule dat een functionele unit is voor de productie van
een proteïne, structureel RNA of regulatorisch RNA
- Niet alle genen komen tot uiting en afhankelijk van functie cel worden andere genen uitgedrukt
- Genen die proteïnen coderen in eukaryoten = reeks van intronen en exonen, geassocieerd met
regulatorische regio’s van DNA
Packaging
1. DNA
Breedte helix: 2 nm
Turn om de: 0,34 nm
2
,2. Nucleosomen
- +/- 140 basenparen opgerold rond octameer van histonen (eiwit)
- Breedte nucleosoom: 11 nm
3. Chromatindedraden
- Opgerolde nucleosomen
- Breedte: +/- 30 nm
- = meest voorkomende vorm DNA
4. Chromosoom
= chromatinedraden in loops
X-vorm: tijdens mitose
Opbouw chromosoom:
Voor replicatie: 23 homologe chromosomenparen (=genen, ≠allelen, 1moeder+1vader)
(=46 chromatiden)
Na replicatie: 92 chromatiden
Centromeer: plaats waar microtubuli aan hechten, zusterchromatiden aan elkaar vast
Telomeer: langs uiteinde, 2 per chromatide = stukjes herhaalde nucleotidesequentie
voor geen verlies DNA
Origin of replication = plaats waar RNA-polymerase replicatie start, meerdere in eukaryoten
Prokaryoten: circulair DNA → geen centromeren en telomeren, 1 origin of replication
Histonen
- 1 nucleosoom = hisoon octameer = 2x (H2A, H2B, H3, H4) → via “handshake interaction”
H2A-H2B vormen 2 dimeren
H3-H4 vormt een tetrameer
- Histon H1
Locatie: aan buitenkant nucleosoom
Functie: DNA extra compact maken + signaal voor apoptose
- N-staart: elk histon heeft er 1, functie: stabilisatie nucleosoom + regulatie genexpressie
- Dynamisch
Soms opent het een beetje → interactie met eiwitten mogelijk
- AA, TT en TA = liever als minor groove langs binnenkant
G-C als minor groove langs buitenkant
- Chaperonen = eiwitten die assisteren bij assemblage van nucleosomen
- Chromatine remodeling complex (met ATP): histonen losmaken en
veranderen
The Regulation of Chromatine Structure
Histonen bepalen densiteit van packaging
Euchromatine Los Actief
Heterochromatine Gecondenseerd en georganiseerd Voornamelijk inactief
In embryonale ontwikkeling: eerst heterochromatine dat zich verspreidt in euchromatine
Epigenetica
3
, - = Bestudeert veranderingen in genexpressie zonder dat de DNA-sequentie verandert, = overerfbaar
- Bv. structuur van chromatine
- Bv White gene Drosophila
Functie White gene in Drosophila: transport pigment precursors naar oog
1. Normale locatie White gene: in euchromatine, gescheiden van heterochromatine via
barrière
2. Chromosoom inversie → White gene dicht bij heterochromatine regio
3. Compacte structuur heterochromatine verspreid gedeeltelijk in White gene →
gedeeltelijke silencing → rode ogen met witte vlekken
Covalente modificaties aan N-staart
Mogelijke modificaties:
- Methylatie (toevoegen methylgroepen)
- Acetylatie (toevoegen acetylgroepen)
- Fosforylatie (toevoegen fosfaatgroepen)
- Ubiquinatie (toevoegen ubiquitine (= proteïne van 76 AZ))
- Bv:
Modificatie Gevolg
Methylatie (K9) Heterochromatine + gene silencing
Methylatie (K4) + acetylatie (K9) → Genexpressie
Fosforlyatie (S10) + acetylatie (K14) Genexpressie
Methyatie (K27) Hox genen uitschakelen + X-chromosoom uitschakelen
Modificaties door vervanging histonen
- Naast de standaard histonen bestaan er nog varianten die in mindere mate voorkomen → bv:
H3 → CENP-A: epigenetische marker die locatie centromeer definieert
H2A → macroH2A: transcriptionele repressie, inactivatie X-chromosoom
Complex van reader en writer proteïnen
Complexen:
- Code-writer: enzym dat markeringen maakt op histonen (bv methylgroep toevoegen)
- Code-reader: eiwit dat markeringen herkent → binding → aantrekken andere eiwitten met biologische
functies (bv DNA inpakken door bv ATP-remodeling complex)
- Code-reader-writer complex: samenwerkingscomplex, functie: verspreiding modificatie langs chromosoom
Processen met deze proteïnen:
A. Specifieke herkenning
1. Writer maakt een markering op histon
2. Reader herkent deze markering.
3. Reader bindt en haalt andere eiwitcomplexen erbij → biologische functie
B. Verspreiding van het signaal
1. Een reader-writer complex herkent de histon-modificatie.
2. De writer in dat complex zet dezelfde mark op het volgende nucleosoom.
3. Dit gaat nucleosoom voor nucleosoom → mark verspreidt langs het DNA.
4. ATP-remodeling complex adhv ATP modificeren. Resultaat: groter domein
van actief of inactief chromatine.
4
