biochemie
hoofdstuk 1: cellen en hun genoom
1.1 inleiding en situering
de mens is opgebouwd uit: 1013cellen die zich organiseren in complexe weefsels + orgaanstructuren
→ we ontstaan doordat 1 enkele cel begint te delen
• genetische informatie doorgeven → reproductie
• 1 cel bevat alle moleculaire machines om te reproduceren
- DNA-replicatie
- RNA-synthese
- eiwitsynthese
1.2 alle cellen stockeren hun genetische info in dezelfde ch. code; het DNA
desoxyribonucleïnezuur (DNA)
• 4 verschillende nucleotiden: Adenine, Thymine, Guanine, Cytosine
• elk nucleotide bestaat uit 2 grote delen
1. suikergroep (deoxyribose) met daaraan een fosfaatgroep
2. base (A,G,C of T)
• assymmetrische vorm (5’-3’)
-> geeft de polariteit weer
polymerisatie gebeurt ook altijd van 5’-3’ kant
• waterstofbruggen: 2 tussen A-T en 3 tussen G-C
- A-T dus makkelijker te verbreken, dus ook niet veel E verliezen hieraan
• DNA = rechtsdraaiende helix
1.3 informatie vloeit eerst van DNA naar RNA
transcriptie: DNA-> RNA
translatie: RNA-> eiwitten
sommige RNA moleculen coderen voor eiwitten = mRNA die worden vertaald tot eiwitten via
ribosomen
→ informatie-transfer is co-lineair, met behoud van polariteit
! bij RNA is er ook een extra hydroxylgroep aan gekoppeld
, 1.4 boodschapper RNA wordt vertaald naar eiwitten
genetische info wordt uitgelezen per codon van 3 nucleotiden
degeneratie van de genetische code
= aminozuren die gecodeerd worden door meerdere codons, 1ste
en 2de nucleotide staan vast maar 3de is verwisselend
AUG => startcodon
UAA, UAG, UGA => stopcodon
leesraam-mutaties, G en C na elkaar = gevoelig voor verandering
tgv verschuiving van leesraam
ze worden afgelezen via tRNA’s
• elk type tRNA molecule draagt een specifiek Az en
anticodon (RNA sequentie van 3 nucleotiden die
complementair is aan codon in mRNA molecule )
• ribosomen opgebouwd uit 2 grote RNA ketens, rRNA en
50-tal eiwitten
1.5 genomen en hun complexiteit
onderverdeling:
eukaryoten
→ houden grootste deel van hun DNA in hun celkern of nucleus onder de vorm van chromosomen
prokaryoten
→ hebben geen kern waarin ze hun DNA bewaren
archaea of oerbacteriën
genoom = genetische informatie, bevat alle info om eiwitten en RNA moleculen te synthetiseren
wat verklaart de grote verschillen in de complexiteit van genomen?
voedingsbronnen (C en N), omstandigheden,
vb. bij bacteriën en bij archaea vinden we extremofielen (vb. thermofielen) die groeien bij hoge
temperatuur en halofielen die groeien bij heel hoge zoutconcentraties
4 routes waardoor nieuwe genen uit bestaande genen ontstaan:
, 1. intragenische mutaties
= sequentie van een bestaand gen die vooral door fouten tijdens DNA
replicatie gemuteerd wordt
2. genduplicatie
= een bestaand gen wordt gedupliceerd en binnen 1 cel 2 identieke
kopijen van dit gen ontstaan, die dan vervolgens apart van elkaar
kunnen divergeren tijdens evolutie
3. omwisselen van gensegmenten
= 2(of meer) bestaande genen die als het ware gebroken worden en
terug aan elkaar geplakt worden waardoor een ‘hybride gen’ ontstaat
dat DNA segmenten van alle originele genen bevat
4. horizontale gentransfer
= een stuk DNA van het genoom van 1 cel naar dat van een andere cel wordt getransfereerd
-> ook tussen 2 verschillende organismen
staat loodrecht tegenover de verticale transfer van genetische info van vb. een cel naar
dochtercel
vb. bacteriele virussen zijn hier experten in (p.14-15) -> (retro)virussen
nieuwe genen?
veranderingen: intergenis = tussen 2 verschillende genen
intragenisse mutatie = variant in gen dat je bekijkt
voorbeeld van genduplicatie:
orthologe genen
= genen die we aantreffen in verschillende organismen en afkomstig zijn van hetzelfde gen in
gemeenschappelijke “voorouder” van die organismen
→ vaak identieke functie in verschillende organismen
→ bij speciesvorming
paraloge genen
= genen die ontstaan door genduplicatie binnenin genoom
→ onafhankelijk van elkaar, verschillende functie
homologe genen
= beide types (ortho en paraloge) van genen met gelijkaardige
sequenties
chromosomen:
• 23 paar chromosomen =46 chromosomen
-> 44 autosomen, geslachtschromosomen X en Y
-> haploide cel n, diploide cel 2n
1.6 de genetische informatie in eukaryoten is complex
eukaryoten: complexer + groter dan prokaryoten
• genetische informatie euk. → hybride oorsprong
, = groot deel van oorspronkelijke, anaerobe eukaryoot en andere deel van bacteriën die
geadopteerd werden als symbionten
• grootste deel genetische info in kern, klein deel in mitochondriën (bij planten/algen:
chondroplasten)
• mitochondriale genomen
- = gedegenereerde versies van oorspronkelijke bacteriële genomen, missen veel
genen die coderen voor eiwitten
- overgroot deel essentiële genen voor mitochondriën gecodeerd door nucleaire DNA
• ook veel meer niet-coderend DNA
• mitochondriaal DNA komt altijd van de mama
grootste deel niet coderend DNA: ballast (= junk DNA)
maar:
niet alle niet-coderend DNA is ballast:
❖ regulerend DNA: reguleert expressie van nabijgelegen genen
-> cruciaal voor vorming van multicellulaire organismen
→ genregulerende eiwitten: binden (in)direct aan het regulerend DNA dat transcriptie van
nabijgelegen genen controleert, of ze interfereren met gelijkaardige eiwitten om dus
transcriptie niet toe te laten (vaak via (de)fosforylering)
wat is nu precies het humane genoom?
genomen van 2 willekeurige gekozen mensen gem. per 1000 basenparen, 1-2 “afwijkingen” vertonen
→ er is dus niet zoiets als het humane genoom
1.7 de muis als model voor de mens
voorbeeld:
aminozuursequenties van humaan eiwit en orthologe tegenhanger in olifant vergelijken
→ 85% identiek of homoloog
voorbeeld:
grote homologie tussen het genoom van de muis en de mens
→ muis modelorganisme bij uitstel om moleculaire genetica in te bestuderen
hoofdstuk 2: DNA, chromosomen en genomen
2.1 inleiding
genetische info doorgegeven: via celdeling/ gameten (geslachtscellen)
Welke molecule maakt zulke accurate en schijnbaar ongelimiteerde replicatie mogelijk die de
ontwikkeling van een organisme mogelijk en die cellulaire homeostase in standhoudt?
Welke instructies en welke info zit er nu juist in die genetische info?
hoofdstuk 1: cellen en hun genoom
1.1 inleiding en situering
de mens is opgebouwd uit: 1013cellen die zich organiseren in complexe weefsels + orgaanstructuren
→ we ontstaan doordat 1 enkele cel begint te delen
• genetische informatie doorgeven → reproductie
• 1 cel bevat alle moleculaire machines om te reproduceren
- DNA-replicatie
- RNA-synthese
- eiwitsynthese
1.2 alle cellen stockeren hun genetische info in dezelfde ch. code; het DNA
desoxyribonucleïnezuur (DNA)
• 4 verschillende nucleotiden: Adenine, Thymine, Guanine, Cytosine
• elk nucleotide bestaat uit 2 grote delen
1. suikergroep (deoxyribose) met daaraan een fosfaatgroep
2. base (A,G,C of T)
• assymmetrische vorm (5’-3’)
-> geeft de polariteit weer
polymerisatie gebeurt ook altijd van 5’-3’ kant
• waterstofbruggen: 2 tussen A-T en 3 tussen G-C
- A-T dus makkelijker te verbreken, dus ook niet veel E verliezen hieraan
• DNA = rechtsdraaiende helix
1.3 informatie vloeit eerst van DNA naar RNA
transcriptie: DNA-> RNA
translatie: RNA-> eiwitten
sommige RNA moleculen coderen voor eiwitten = mRNA die worden vertaald tot eiwitten via
ribosomen
→ informatie-transfer is co-lineair, met behoud van polariteit
! bij RNA is er ook een extra hydroxylgroep aan gekoppeld
, 1.4 boodschapper RNA wordt vertaald naar eiwitten
genetische info wordt uitgelezen per codon van 3 nucleotiden
degeneratie van de genetische code
= aminozuren die gecodeerd worden door meerdere codons, 1ste
en 2de nucleotide staan vast maar 3de is verwisselend
AUG => startcodon
UAA, UAG, UGA => stopcodon
leesraam-mutaties, G en C na elkaar = gevoelig voor verandering
tgv verschuiving van leesraam
ze worden afgelezen via tRNA’s
• elk type tRNA molecule draagt een specifiek Az en
anticodon (RNA sequentie van 3 nucleotiden die
complementair is aan codon in mRNA molecule )
• ribosomen opgebouwd uit 2 grote RNA ketens, rRNA en
50-tal eiwitten
1.5 genomen en hun complexiteit
onderverdeling:
eukaryoten
→ houden grootste deel van hun DNA in hun celkern of nucleus onder de vorm van chromosomen
prokaryoten
→ hebben geen kern waarin ze hun DNA bewaren
archaea of oerbacteriën
genoom = genetische informatie, bevat alle info om eiwitten en RNA moleculen te synthetiseren
wat verklaart de grote verschillen in de complexiteit van genomen?
voedingsbronnen (C en N), omstandigheden,
vb. bij bacteriën en bij archaea vinden we extremofielen (vb. thermofielen) die groeien bij hoge
temperatuur en halofielen die groeien bij heel hoge zoutconcentraties
4 routes waardoor nieuwe genen uit bestaande genen ontstaan:
, 1. intragenische mutaties
= sequentie van een bestaand gen die vooral door fouten tijdens DNA
replicatie gemuteerd wordt
2. genduplicatie
= een bestaand gen wordt gedupliceerd en binnen 1 cel 2 identieke
kopijen van dit gen ontstaan, die dan vervolgens apart van elkaar
kunnen divergeren tijdens evolutie
3. omwisselen van gensegmenten
= 2(of meer) bestaande genen die als het ware gebroken worden en
terug aan elkaar geplakt worden waardoor een ‘hybride gen’ ontstaat
dat DNA segmenten van alle originele genen bevat
4. horizontale gentransfer
= een stuk DNA van het genoom van 1 cel naar dat van een andere cel wordt getransfereerd
-> ook tussen 2 verschillende organismen
staat loodrecht tegenover de verticale transfer van genetische info van vb. een cel naar
dochtercel
vb. bacteriele virussen zijn hier experten in (p.14-15) -> (retro)virussen
nieuwe genen?
veranderingen: intergenis = tussen 2 verschillende genen
intragenisse mutatie = variant in gen dat je bekijkt
voorbeeld van genduplicatie:
orthologe genen
= genen die we aantreffen in verschillende organismen en afkomstig zijn van hetzelfde gen in
gemeenschappelijke “voorouder” van die organismen
→ vaak identieke functie in verschillende organismen
→ bij speciesvorming
paraloge genen
= genen die ontstaan door genduplicatie binnenin genoom
→ onafhankelijk van elkaar, verschillende functie
homologe genen
= beide types (ortho en paraloge) van genen met gelijkaardige
sequenties
chromosomen:
• 23 paar chromosomen =46 chromosomen
-> 44 autosomen, geslachtschromosomen X en Y
-> haploide cel n, diploide cel 2n
1.6 de genetische informatie in eukaryoten is complex
eukaryoten: complexer + groter dan prokaryoten
• genetische informatie euk. → hybride oorsprong
, = groot deel van oorspronkelijke, anaerobe eukaryoot en andere deel van bacteriën die
geadopteerd werden als symbionten
• grootste deel genetische info in kern, klein deel in mitochondriën (bij planten/algen:
chondroplasten)
• mitochondriale genomen
- = gedegenereerde versies van oorspronkelijke bacteriële genomen, missen veel
genen die coderen voor eiwitten
- overgroot deel essentiële genen voor mitochondriën gecodeerd door nucleaire DNA
• ook veel meer niet-coderend DNA
• mitochondriaal DNA komt altijd van de mama
grootste deel niet coderend DNA: ballast (= junk DNA)
maar:
niet alle niet-coderend DNA is ballast:
❖ regulerend DNA: reguleert expressie van nabijgelegen genen
-> cruciaal voor vorming van multicellulaire organismen
→ genregulerende eiwitten: binden (in)direct aan het regulerend DNA dat transcriptie van
nabijgelegen genen controleert, of ze interfereren met gelijkaardige eiwitten om dus
transcriptie niet toe te laten (vaak via (de)fosforylering)
wat is nu precies het humane genoom?
genomen van 2 willekeurige gekozen mensen gem. per 1000 basenparen, 1-2 “afwijkingen” vertonen
→ er is dus niet zoiets als het humane genoom
1.7 de muis als model voor de mens
voorbeeld:
aminozuursequenties van humaan eiwit en orthologe tegenhanger in olifant vergelijken
→ 85% identiek of homoloog
voorbeeld:
grote homologie tussen het genoom van de muis en de mens
→ muis modelorganisme bij uitstel om moleculaire genetica in te bestuderen
hoofdstuk 2: DNA, chromosomen en genomen
2.1 inleiding
genetische info doorgegeven: via celdeling/ gameten (geslachtscellen)
Welke molecule maakt zulke accurate en schijnbaar ongelimiteerde replicatie mogelijk die de
ontwikkeling van een organisme mogelijk en die cellulaire homeostase in standhoudt?
Welke instructies en welke info zit er nu juist in die genetische info?
