Moleculaire genetica: erfelijkheid
Inleiding
1 zygote → duizenden miljarden cellen
Onderhoud van het lichaam: vervanging afgestorven cellen
Nageslacht: apart soort celdelingen
Mitose en meiose
Gewone celdeling of mitose: uit één cel ontstaan De reductiedeling of meiose voor de vorming van
twee dochtercellen, met identieke erfelijke voortplantingscellen of gameten. Bestaat uit twee
samenstelling aan de oorspronkelijke cel. Dit soort opeenvolgende delingen. De resulterende cellen
delingen zorgt voor de ontwikkeling van het bevatten ieder de helft van de totale hoeveelheid
embryo, voor de groei van het jong organisme en erfelijke materiaal. Bij de bevruchting zullen twee
voor het vervangen van afgestorven cellen van die cellen onderling versmelten met vorming
van een zygote die weer dezelfde hoeveelheid
DNA bevat als een normale lichaamscel.
De celcyclus
De celcyclus is de totale levensduur van een
individuele cel. De celcyclus begint met het
ontstaan van een nieuwe lichaamscel en
eindigt met haar eigen delingsactiviteit.
Vier fasen:
1. G1 of de eerste groeifase
interfase 2. S of synthese
3. G2, de tweede groeifase
4. M voor mitose of meiose
Alles wat zich afspeelt tussen twee delingen, dus G1, S en G2 wordt interfase genoemd.
Niet delende cellen blijven in de werkingsfase die dan aangeduid wordt als de G0- fase.
De opeenvolging van de verschillende fasen verloopt volgens strikte regels en wordt gecontroleerd door
verschillende genen/eiwitten, die zelf worden geactiveerd door specifieke eiwitten. Deze eiwitten kunnen
door invloeden van buitenaf aangezet worden, zoals groeihormonen of de toestand van het omringende
weefsel.
Soms loopt het fout en vernietigt de cel zichzelf, maar soms kan het aanleiding geven tot het ontstaan van
een al dan niet kwaadaardige tumor.
G1: de eigenlijke werkingsfase van de cel
- G van ‘gap’: interval tussen 2 belangrijke fasen
- Actieve werkingsfase
- Chromosomen ontrollen tot chromatinedraden
- Selectief gebruik van de erfelijke informatie: aanmaak nodige eiwitten
- Variabele duur
- Cellen die niet meer delen: G0
Levercellen, botcellen: delen wanneer door slijtage of beschadiging cellen verloren zijn gegaan
Zenuwcellen: permanent in de G0-fase vanaf de geboorte
Lymfocyten: G0-fase stopt wanneer ze door antigeenpresentatie geactiveerd worden
,S: de synthese van nieuw DNA
- Voorbereiding op de eigenlijke celdeling
- Verdubbeling van DNA in de celkern = replicatie
- Duurt gemiddeld 6 à 8 uur
Replicatie
- Semi-conservatief: nieuw DNA bestaat uit 1 nieuwe en 1 oude streng
→voor de helft het oud DNA en voor de helft het nieuwe DNA
- Synthese verloopt altijd 5’ → 3’ (DNA polymerase loopt in de 3’-5’ richting langs de template)
- Continu in de ene streng, discontinu in de andere: Okazaki fragmenten
- RNA primer, helicase, primase, DNA gyrase, DNA polymerasen, DNA ligase
- Bouwstenen → nucleotiden
Replicatie 1
- Ontwinden strengen: DNA-gyrase of DNA topoisomerase
- Waterstofbruggen moeten verbroken worden
- In A-T rijke gebieden
→ Helicase: verbreekt de waterstofbruggen tussen de complementaire nucleotiden
van de DNA-duplex
- Hier: ‘origin of replication’
- ‘Replicatievork’
Het ontwinden van de strengen gebeurt door DNA gyrasen (=topoisomerasen), hiervoor wordt het DNA
op regelmatige afstanden geknipt.
Replicatie 2
- Primase
- Trekt RNA nucleotiden aan
- Zet ze aan elkaar
, Replicatie 3: Elongatie
- Verschillend voor 5’-3’ streng en 3’-5’ streng:
- Leading strand: continu Lagging strand: discontinu → Okazaki fragmenten
DNA primase zet korte RNA-primer (die complementair zijn aan de DNA-streng) op regelmatige afstanden
van elkaar op de lagging steng.
Voor de leading streng is er maar één RNA-primer nodig. Naarmate vork opengaat, vordert de
leading strand verder
De RNA primers aan de lagging streng kunnen maar stapsgewijs worden aangehecht. Deze RNA-
primers kunnen verlengd worden door DNA-polymerase, tot de volgend RNA-primer wordt
bereikt. → Okazaki fragmenten.
Prokaryoten:
- DNA polymerase I: gaps tussen primers invullen bij de lagging streng
- DNA polymerase II: DNA herstel
- DNA polymerase III: belangrijkste polymerase bij de DNA replicatie (polymerisatie in de leading
streng)
Zoogdieren:
• : bestaat uit 4 subeenheden, waarvan er 2 het RNA primase vormen, de andere 2 subeenheden
vormen het gyrase/topoisomerase. Zodra het primase de RNA-primer heeft gemaakt, start pol
de replicatie door de primer met ongeveer 20 nt te verlengen. Na 20 nt wordt de synthese van de
lagging streng overgenomen door en door voor de leading streng.
• : DNA herstel
• : synthese van de leading streng.
• : DNA herstel + synthese van de lagging streng
• : replicatie mitochondriaal DNA
Replicatie 4
- DNA polymerase exonuclease: verwijdert primers
(RNaseH)
- DNA polymerase overbrugt de onderbreking
- DNA ligase: sluit de fragmenten aan elkaar
Het RNA wordt dan verwijderd en vervangen door dNTPs. De Okazaki
fragmenten worden vervolgens aan elkaar gezet door DNA-ligase.
Replicatie 5
Terminatie:
- Einde streng: telomeren
- Repetitieve sequenties
- Hier geen primer meer: DNA gap wordt niet overbrugd → bij elke replicatiestap stukje verloren
- Telomerase: kan dit wel!
Telomerase is enkel actief tijdens de embryonale ontwikkeling, nadien
wordt het inactief en krijgt men een verkorting van de telomeren bij elke
replicatiestap. Hierdoor wordt het aantal maal dat een cel kan delen
beperkt.
Abnormaal efficiënte telomerasen (mutante vorm) promoten
ongelimiteerde groei van kankercellen, doordat ze het telomeerverval
tegengaan.
DNA herstel: fouten eruit halen = proofreading activiteit
, Leading en lagging streng synthese gebeurt gelijktijdig
Bovendien gebeurt dit proces in twee richtingen, zodat er twee replicatievorken tegelijkertijd werken en
er dus een ‘replicatiebubbel’ ontstaat.
Proof reading
DNA polymerases beschikken over een ‘proof reading’ activiteit. Dit is nodig om eventueel
verkeerd ingebouwde nucleotiden te kunnen verwijderen. Proof reading activiteit bestaat uit
een 3’→5’ exonuclease activiteit, d.w.z. het verbreken van de fosfodiësterbinding van een
eindstandig nucleotide tegen de synthese-richting in.
Verlies van DNA aan de telomeren
Telomeren en telomerase
Telomeer = repetitieve sequentie van dsDNA aan het eind van chromosomen.
Een grotere telomeerlengte komt voor in geïmmortaliseerde cellijnen zoals embryonale
stamcellen of kankercellen.
Wanneer cellen van een organisme of cellijn delen worden de telomeren progressief korter.
Telomeren en telomerase zijn belangrijk in celdeling, normale ontwikkeling en veroudering.
Werking telomerase
Telomerase verlengt telomeren door het toevoegen van repetitieve DNA
sequenties.
Telomerase bindt aan het einde van telomeren via een RNA template, dit
wordt gebruikt voor het aanhechten van een nieuwe DNA streng. Het
enzym is dus eigenlijk een revers transcriptase. Het telomerase voegt de
repetitieve sequenties toe, laat dan los en een tweede enzym, het DNA
polymerase maakt de complementaire streng in de andere richting.
Belangrijk bij embryonale ontwikkeling
Inleiding
1 zygote → duizenden miljarden cellen
Onderhoud van het lichaam: vervanging afgestorven cellen
Nageslacht: apart soort celdelingen
Mitose en meiose
Gewone celdeling of mitose: uit één cel ontstaan De reductiedeling of meiose voor de vorming van
twee dochtercellen, met identieke erfelijke voortplantingscellen of gameten. Bestaat uit twee
samenstelling aan de oorspronkelijke cel. Dit soort opeenvolgende delingen. De resulterende cellen
delingen zorgt voor de ontwikkeling van het bevatten ieder de helft van de totale hoeveelheid
embryo, voor de groei van het jong organisme en erfelijke materiaal. Bij de bevruchting zullen twee
voor het vervangen van afgestorven cellen van die cellen onderling versmelten met vorming
van een zygote die weer dezelfde hoeveelheid
DNA bevat als een normale lichaamscel.
De celcyclus
De celcyclus is de totale levensduur van een
individuele cel. De celcyclus begint met het
ontstaan van een nieuwe lichaamscel en
eindigt met haar eigen delingsactiviteit.
Vier fasen:
1. G1 of de eerste groeifase
interfase 2. S of synthese
3. G2, de tweede groeifase
4. M voor mitose of meiose
Alles wat zich afspeelt tussen twee delingen, dus G1, S en G2 wordt interfase genoemd.
Niet delende cellen blijven in de werkingsfase die dan aangeduid wordt als de G0- fase.
De opeenvolging van de verschillende fasen verloopt volgens strikte regels en wordt gecontroleerd door
verschillende genen/eiwitten, die zelf worden geactiveerd door specifieke eiwitten. Deze eiwitten kunnen
door invloeden van buitenaf aangezet worden, zoals groeihormonen of de toestand van het omringende
weefsel.
Soms loopt het fout en vernietigt de cel zichzelf, maar soms kan het aanleiding geven tot het ontstaan van
een al dan niet kwaadaardige tumor.
G1: de eigenlijke werkingsfase van de cel
- G van ‘gap’: interval tussen 2 belangrijke fasen
- Actieve werkingsfase
- Chromosomen ontrollen tot chromatinedraden
- Selectief gebruik van de erfelijke informatie: aanmaak nodige eiwitten
- Variabele duur
- Cellen die niet meer delen: G0
Levercellen, botcellen: delen wanneer door slijtage of beschadiging cellen verloren zijn gegaan
Zenuwcellen: permanent in de G0-fase vanaf de geboorte
Lymfocyten: G0-fase stopt wanneer ze door antigeenpresentatie geactiveerd worden
,S: de synthese van nieuw DNA
- Voorbereiding op de eigenlijke celdeling
- Verdubbeling van DNA in de celkern = replicatie
- Duurt gemiddeld 6 à 8 uur
Replicatie
- Semi-conservatief: nieuw DNA bestaat uit 1 nieuwe en 1 oude streng
→voor de helft het oud DNA en voor de helft het nieuwe DNA
- Synthese verloopt altijd 5’ → 3’ (DNA polymerase loopt in de 3’-5’ richting langs de template)
- Continu in de ene streng, discontinu in de andere: Okazaki fragmenten
- RNA primer, helicase, primase, DNA gyrase, DNA polymerasen, DNA ligase
- Bouwstenen → nucleotiden
Replicatie 1
- Ontwinden strengen: DNA-gyrase of DNA topoisomerase
- Waterstofbruggen moeten verbroken worden
- In A-T rijke gebieden
→ Helicase: verbreekt de waterstofbruggen tussen de complementaire nucleotiden
van de DNA-duplex
- Hier: ‘origin of replication’
- ‘Replicatievork’
Het ontwinden van de strengen gebeurt door DNA gyrasen (=topoisomerasen), hiervoor wordt het DNA
op regelmatige afstanden geknipt.
Replicatie 2
- Primase
- Trekt RNA nucleotiden aan
- Zet ze aan elkaar
, Replicatie 3: Elongatie
- Verschillend voor 5’-3’ streng en 3’-5’ streng:
- Leading strand: continu Lagging strand: discontinu → Okazaki fragmenten
DNA primase zet korte RNA-primer (die complementair zijn aan de DNA-streng) op regelmatige afstanden
van elkaar op de lagging steng.
Voor de leading streng is er maar één RNA-primer nodig. Naarmate vork opengaat, vordert de
leading strand verder
De RNA primers aan de lagging streng kunnen maar stapsgewijs worden aangehecht. Deze RNA-
primers kunnen verlengd worden door DNA-polymerase, tot de volgend RNA-primer wordt
bereikt. → Okazaki fragmenten.
Prokaryoten:
- DNA polymerase I: gaps tussen primers invullen bij de lagging streng
- DNA polymerase II: DNA herstel
- DNA polymerase III: belangrijkste polymerase bij de DNA replicatie (polymerisatie in de leading
streng)
Zoogdieren:
• : bestaat uit 4 subeenheden, waarvan er 2 het RNA primase vormen, de andere 2 subeenheden
vormen het gyrase/topoisomerase. Zodra het primase de RNA-primer heeft gemaakt, start pol
de replicatie door de primer met ongeveer 20 nt te verlengen. Na 20 nt wordt de synthese van de
lagging streng overgenomen door en door voor de leading streng.
• : DNA herstel
• : synthese van de leading streng.
• : DNA herstel + synthese van de lagging streng
• : replicatie mitochondriaal DNA
Replicatie 4
- DNA polymerase exonuclease: verwijdert primers
(RNaseH)
- DNA polymerase overbrugt de onderbreking
- DNA ligase: sluit de fragmenten aan elkaar
Het RNA wordt dan verwijderd en vervangen door dNTPs. De Okazaki
fragmenten worden vervolgens aan elkaar gezet door DNA-ligase.
Replicatie 5
Terminatie:
- Einde streng: telomeren
- Repetitieve sequenties
- Hier geen primer meer: DNA gap wordt niet overbrugd → bij elke replicatiestap stukje verloren
- Telomerase: kan dit wel!
Telomerase is enkel actief tijdens de embryonale ontwikkeling, nadien
wordt het inactief en krijgt men een verkorting van de telomeren bij elke
replicatiestap. Hierdoor wordt het aantal maal dat een cel kan delen
beperkt.
Abnormaal efficiënte telomerasen (mutante vorm) promoten
ongelimiteerde groei van kankercellen, doordat ze het telomeerverval
tegengaan.
DNA herstel: fouten eruit halen = proofreading activiteit
, Leading en lagging streng synthese gebeurt gelijktijdig
Bovendien gebeurt dit proces in twee richtingen, zodat er twee replicatievorken tegelijkertijd werken en
er dus een ‘replicatiebubbel’ ontstaat.
Proof reading
DNA polymerases beschikken over een ‘proof reading’ activiteit. Dit is nodig om eventueel
verkeerd ingebouwde nucleotiden te kunnen verwijderen. Proof reading activiteit bestaat uit
een 3’→5’ exonuclease activiteit, d.w.z. het verbreken van de fosfodiësterbinding van een
eindstandig nucleotide tegen de synthese-richting in.
Verlies van DNA aan de telomeren
Telomeren en telomerase
Telomeer = repetitieve sequentie van dsDNA aan het eind van chromosomen.
Een grotere telomeerlengte komt voor in geïmmortaliseerde cellijnen zoals embryonale
stamcellen of kankercellen.
Wanneer cellen van een organisme of cellijn delen worden de telomeren progressief korter.
Telomeren en telomerase zijn belangrijk in celdeling, normale ontwikkeling en veroudering.
Werking telomerase
Telomerase verlengt telomeren door het toevoegen van repetitieve DNA
sequenties.
Telomerase bindt aan het einde van telomeren via een RNA template, dit
wordt gebruikt voor het aanhechten van een nieuwe DNA streng. Het
enzym is dus eigenlijk een revers transcriptase. Het telomerase voegt de
repetitieve sequenties toe, laat dan los en een tweede enzym, het DNA
polymerase maakt de complementaire streng in de andere richting.
Belangrijk bij embryonale ontwikkeling
