Samenvatting - Biochemie, Partim moleculaire biochemie (D001248A)

Biochemie: moleculaire biologie


1. Cellen en hun genoom



1. 1 Inleiding en situering

●​ Genetische informatie → overgedragen van ouders naar kinderen → bepaalt eigenschappen.
●​ Overerfbaarheid → essentieel kenmerk van leven.
●​ Levende organismen → verbruiken energie → drijft chemische en fysische processen aan → gestuurd door genetische
code.

Veel levende organismen → bestaat uit één cel
13
→ mens: 10 cellen die zich organiseren in weefsel en orgaanstructuren → hebben specifieke functies die vaak verbonden zijn

●​ Bacterie & mens → ontstaan door deling van één cel.
●​ Eerste cel bevat:
○​ Genetische informatie → nodig voor ontwikkeling van levend organisme.
○​ Moleculaire machines → nemen bouwstenen uit omgeving op → maken nieuwe dochtercel.
■​ DNA-replicatie
■​ RNA-synthese
■​ eiwitsynthese




1.2 Cellen stockeren hun genetische informatie in dezelfde chemische code: DNA

●​ DNA als genetische drager: Alle levende organismen slaan genetische informatie op als dubbelstrengig DNA.
●​ Bouwstenen van DNA: vier nucleotiden met de nucleobasen:
○​ Adenine (A)
○​ Thymine (T)
○​ Guanine (G)
○​ Cytosine (C)
●​ Verschil met eiwitten: DNA heeft slechts 4 bouwstenen, terwijl eiwitten uit 20 verschillende aminozuren bestaan.
●​ Codering van genetische informatie:
○​ De volgorde van nucleotiden codeert genetische informatie
●​ DNA-overdracht naar dochtercellen:
○​ Cellen bevatten een moleculaire machinerie die DNA nauwkeurig kopieert met minimale fouten.
●​ Structuur van een nucleotide:
○​ suikergroep (deoxyribose)
○​ fosfaatgroep
○​ nucleobase (A, T, G of C)




1

, ●​ Fosfaatgroepen koppelen suikergroepen → vormen lineaire keten van nucleotiden met een specifieke sequentie
●​ Nucleotiden asymmetrisch → DNA-molecule krijgt richting, cruciaal voor biologische processen.




●​ DNA = dubbelstrengige helix → door complementaire baseparing:
○​ Adenine (A) ↔ Thymine (T) → heel gemakkelijk breken
○​ Guanine (G) ↔ Cytosine (C) → vraagt veel energie om te breken
●​ Waterstofbruggen tussen basen houden de dubbele streng samen
●​ Twee complementaire strengen → informatie in één streng kan worden
afgelezen van de andere.​

●​ Geen lineaire synthese → bestaande streng = mal.
●​ Nieuwe streng gevormd door aflezing complementaire streng.
●​ Proces = DNA-replicatie




1.3 Informatie vloeit eerst van DNA naar RNA



●​ DNA bevat informatie → gebruikt voor meer dan alleen replicatie/celdeling.
●​ Twee belangrijke moleculen geproduceerd uit DNA:
○​ RNA (ribonucleïnezuur)
○​ Eiwitten

Centraal dogma= beschrijft stroom van genetische informatie in cel: DNA → RNA → Eiwit​
→ kan niet omgekeerd! (alleen bij retrovirussen)




●​ Transcriptie → DNA → RNA
○​ Enzymcomplex zet bepaalde DNA-segmenten (genen) om in RNA.
○​ Complementaire baseparing bepaalt RNA-sequentie.
○​ Niet elk DNA-segment wordt omgezet.
○​ mRNA (boodschapper-RNA) → codeert voor eiwitten.
●​ Translatie (vertaling) → RNA → eiwit
○​ mRNA wordt vertaald naar eiwit door ribosomen (grote enzymcomplexen).


2

,Verschil tussen RNA en DNA

●​ Ruggengraat:
○​ RNA → ribose
○​ DNA → deoxyribose
●​ Nucleobasen:
○​ RNA → uracil (U) i.p.v. thymine (T)

1.4 Boodschapper RNA wordt vertaald naar eiwitten

Van nucleotiden naar eiwitten

●​ Slechts 4 nucleotiden → coderen voor 20 aminozuren.
●​ Codons = 3 opeenvolgende nucleotiden → coderen voor 1 aminozuur.
●​ 64 mogelijke codons (4 × 4 × 4), maar slechts 20 aminozuren → degeneratie genetische code (meerdere codons voor
hetzelfde aminozuur).




start: ATG, AUG: Met

stop: UAA, UAG, UGA

Examen: CUA (Leu): welk codon is de meeste kans ook
vr Leu? → 1e en 2e altijd hetzelfde

61 codons + 3 stopcodons

Rol van transfer RNA (tRNA)

●​ tRNA = gespecialiseerde RNA-molecule → helpt bij translatie.
●​ Elk tRNA draagt een specifiek aminozuur.
●​ Anticodon (3 nucleotiden op tRNA) → bindt complementair aan codon op
mRNA → juiste aminozuur wordt ingebouwd in het eiwit.

Leesraam en mutaties

●​ Tussen start- en stopcodon → codeert voor eiwit.
●​ Inserties/deleties → leesraam-mutaties (frameshift) → verschuiving van codons → foutieve eiwitten.
●​ Open Reading Frame (ORF) → aaneengesloten reeks codons zonder stopcodon → voorspelling van eiwit-coderende
sequenties in DNA/RNA → altijd veelvoud van 3!

Eiwittranslatie en ribosomen

●​ tRNA-moleculen → elk geladen met een specifiek aminozuur.
●​ Basenparing → tRNA bindt aan mRNA-codon.
●​ Aminozuren gekoppeld → vorming van peptidenbruggen.
●​ Vrijgekomen tRNA → gerecycleerd.
●​ Proces gebeurt op ribosomen
●​ Ribosomen = gigantische moleculaire machines, opgebouwd uit:
○​ rRNA (ribosomaal RNA) → twee grote RNA-ketens.
○​ Eiwitten → ~50 verschillende.
●​ Conservatie door evolutie → ribosomen functioneel in alle levende cellen.



3

, 1.5 Genomen en hun complexiteit

Classificatie van levende organismen

●​ Oorspronkelijke indeling → eukaryoten & prokaryoten (op basis van celstructuur).
○​ Eukaryoten → DNA in celkern (nucleus), verpakt als chromosomen.
○​ Prokaryoten → geen kern, DNA vrij in de cel.
●​ Nieuwere indeling → toevoeging van archaea (oerbacteriën)
●​ Morfologie als classificatieprobleem:
○​ Onder de microscoop lijken sommige organismen sterk op elkaar (bv. gist & bacterie).
○​ Zonder hoge resolutie → moeilijk om een nucleusstructuur te onderscheiden.




Genetische sequencing en evolutionaire verwantschap

●​ Volledige DNA-sequentie van een cel/organisme kan bepaald worden.
●​ Mutaties → kunnen voordelen bieden → bijdragen aan evolutie.
●​ Vergelijking van organismen:
○​ Nauw verwante soorten → minder mutaties (bv. Listeria monocytogenes & Rickettsia prowazekii).
○​ Verre verwanten → meer mutaties (bv. Listeria monocytogenes & een kat).
●​ Essentiële genen (bv. rRNA-genen) → mutaties hierin helpen bij het opstellen van genetische stambomen

Verschillen tussen genomen
Genoom = complete genetische informatie

Verschillen tussen de genomen in …

●​ Genoomgrootte → variatie in aantal nucleotiden.
●​ Genen → verschillen in hoeveelheid coderende informatie tussen organismen.

Oorzaken van verschillen in genoomcomplexiteit

●​ Voedingsbronnen → organismen gebruiken verschillende koolstof- en stikstofbronnen → nieuwe eiwitten & genen
nodig
○​ Vooral bacteriën hebben hierin grote variatie.
●​ Omgevingsfactoren → aanpassing aan extreme omstandigheden:
○​ Thermofielen → groeien bij hoge temperaturen (bv. warmwaterbronnen).
○​ Halofielen → groeien bij hoge zoutconcentraties.
○​ Extremofielen → speciale eiwitten & genen voor overleving.
●​ Mutaties & DNA-replicatie:
○​ Foutgevoelig proces → ontstaan van functioneel voordelige/nadelige mutaties.
○​ Genduplicatie → volledige genen kunnen verdubbelen → bijdragen aan complexiteit




4