Moleculaire Biologie
1 DNA: DeoxyriboNucleic Acid........................................................................................... 4
1.1 Inleiding.......................................................................................................................................... 4
1.1.1 Biochemische definities van leven........................................................................................... 4
1.1.2 Waaruit bestaat een levende cel?............................................................................................ 4
1.2 Mijlpalen uit de geschiedenis van de erfelijkheidsleer....................................................................5
1.2.1 De erfelijkheidsleer van Mendel............................................................................................... 5
1.2.2 Link tussen genen en biochemische processen door Garrod....................................................5
1.2.3 Welke stoffen bevatten de genetische informatie?...................................................................5
1.3 De structuur van het deoxyribonucleic acid (DNA).........................................................................6
1.3.1 DNA = suiker + fosfaat + basen.............................................................................................. 6
1.3.2 Eigenschappen van DNA.......................................................................................................... 9
1.4 DNA bestuderen........................................................................................................................... 10
1.4.1 Lichtabsorptie........................................................................................................................ 10
1.4.2 DNA elektroforese.................................................................................................................. 10
2 DNA replicatie............................................................................................................. 10
2.1 Replicatie is semi-conservatief..................................................................................................... 11
2.2 DNA polymerasen......................................................................................................................... 11
2.2.1 5’-3’ polymerase.................................................................................................................... 11
2.2.2 3’-5’ exonuclease................................................................................................................... 11
2.3 De replicatievork.......................................................................................................................... 11
2.4 De replicatievork is asymmetrisch................................................................................................ 13
2.5 De replicatiestart.......................................................................................................................... 13
2.5.1 Prokaryoten............................................................................................................................ 13
2.5.2 Eukaryoten............................................................................................................................. 13
2.6 Terminatie van de replicatie......................................................................................................... 14
2.6.1 Prokaryoten............................................................................................................................ 14
2.6.2 Eukaryoten............................................................................................................................. 14
2.7 DNA technologie: de polymerase kettingreactie (PCR).................................................................14
3 DNA herstelmechanismen............................................................................................. 16
3.1 Inleiding........................................................................................................................................ 16
3.2 Verschillende typen en oorzaken van mutaties............................................................................16
3.2.1 Algemene nomenclatuur van mutaties...................................................................................16
3.2.2 Mutaties kunnen ontstaan tijdens het replicatieproces..........................................................16
3.2.3 Fouten die optreden in het DNA, onafhankelijk van de replicatie...........................................17
3.3 De cel beschikt over DNA herselmechanismen.........................................................................18
3.3.1 Specifieke enzymen............................................................................................................... 18
3.3.2 Mismatch repair..................................................................................................................... 18
3.3.3 Base excision repair (BER)..................................................................................................... 18
3.3.4 Nucleotide excision repair...................................................................................................... 19
3.3.5 Herstelmechanismen voor dubbele strengbreuken................................................................19
3.4 De ames test................................................................................................................................ 20
4 Transcriptie................................................................................................................. 20
1
, 4.1 De verschillen tussen RNA en DNA............................................................................................... 20
4.2 In welke RNA moleculen bevindt zich de boodschap?...................................................................21
4.3 RNA-polymerasen......................................................................................................................... 21
4.3.1 RNA polymerisatie.................................................................................................................. 21
4.3.2 De RNA polymerasen............................................................................................................. 22
4.4 Transcriptie-initiatie en terminatie bij prokaryoten.......................................................................22
4.4.1 De promotor........................................................................................................................... 22
4.4.2 Terminatie van transcriptie in prokaryoten.............................................................................23
4.5 Transcriptie-initiatie en terminatie bij eukaryoten........................................................................23
4.5.1 De eukaryote promotor.......................................................................................................... 23
4.5.2 Het transcriptie-initiatiecomplex (TIC)....................................................................................24
4.5.3 Terminatie van transcriptie bij eukaryoten.............................................................................24
5 Translatie.................................................................................................................... 24
5.1 Genetische code........................................................................................................................... 24
5.2 De verschillende soorten RNA...................................................................................................... 25
5.2.1 Messenger RNA (mRNA)......................................................................................................... 25
5.2.2 Transfer RNA (tRNA)............................................................................................................... 27
5.2.3 Ribosomaal RNA (rRNA)......................................................................................................... 28
5.3 Het translatieproces..................................................................................................................... 29
5.3.1 Translatie-initiatie................................................................................................................... 29
5.3.2 Translatie-elongatie................................................................................................................ 29
5.3.3 Translatie-terminatie.............................................................................................................. 30
5.3.4 Moleculaire mimicry............................................................................................................... 30
5.4 Antibiotica en translatie................................................................................................................ 30
5.4.1 Bekendste antibiotica............................................................................................................. 30
5.4.2 Het probleem van resistenties................................................................................................31
5.4.3 Hoe kan men nagaan of een bacterie resistent is tegen antibiotica?.....................................31
6 Wat gebeurt er na de translatie?..................................................................................31
6.1 De moleculaire chaperones HSP60 en HSP70...............................................................................31
6.1.1 Hsp70..................................................................................................................................... 31
6.1.2 Hsp60..................................................................................................................................... 32
6.2 Posttranslationele modificaties..................................................................................................... 32
6.3 Proteasen..................................................................................................................................... 32
6.3.1 Het typevoorbeeld van proteasen: Chymotrypsine................................................................32
6.3.2 Classificatie van de proteasen................................................................................................ 33
6.3.3 Activering van enzymen door proteolyse...............................................................................33
6.4 Intracellulaire afbraak van eiwitten: het proteasoom...................................................................34
6.4.1 Het proteasoom..................................................................................................................... 34
6.4.2 Controle van proteolyse is cruciaal voor het functioneren en overleven van een cel.............35
6.5 Bloedstolling en het oplossen van bloedklonters door proteasen.................................................36
6.5.1 Bloedstolling of coagulatie..................................................................................................... 36
6.5.2 Oplossen van bloedklonters of fibrinolyse..............................................................................36
6.5.3 Aandoening en medicaties..................................................................................................... 36
6.5.4 Ubiquitine heeft meerdere functies........................................................................................ 37
7 Genetische variatie...................................................................................................... 37
7.1 Definitie........................................................................................................................................ 37
2
, 7.2 Genetische variatie bij prokaryoten.............................................................................................. 37
7.2.1 Snelle vermenigvuldiging....................................................................................................... 37
7.2.2 Uitwisseling van genetisch materiaal bij prokaryoten............................................................38
7.2.3 Mechanismen van gentransfer...............................................................................................38
7.3 Genetische variatie bij eukaryoten............................................................................................... 40
7.3.1 Repetitieve sequenties........................................................................................................... 40
7.3.2 Genetische variatie en retrotransposons................................................................................40
7.3.3 Single Nucleotide Polymorphisms (SNP).................................................................................41
7.3.4 Sexuele voortplanting en genetische variatie........................................................................41
7.3.5 Copy number variations (CNV)...............................................................................................42
7.3.6 Retrovirussen......................................................................................................................... 42
7.4 Technologische toepassingen van genetische variatie.................................................................43
7.4.1 Transgene dieren.................................................................................................................... 43
7.4.2 CRISPR/Cas9........................................................................................................................... 44
8 Regeling van transcriptie bij prokaryoten.....................................................................44
8.1 Inleiding........................................................................................................................................ 44
8.2 Transcriptiefactoren...................................................................................................................... 45
8.3 Het lactose-operon....................................................................................................................... 45
8.3.1 Definities van operon............................................................................................................. 45
8.3.2 De regeling van transcriptie van het lactose operon..............................................................46
8.4 Het tryptofaan operon.................................................................................................................. 47
8.4.1 Repressie................................................................................................................................ 47
8.4.2 Attenuatie.............................................................................................................................. 47
9 Regeling van transcriptie bij eukaryoten.......................................................................48
9.1 Organisatie van het genoom bij eukaryoten.................................................................................48
9.1.1 Organisatie van nucleosomen................................................................................................ 48
9.1.2 Hogere organisatie van chromatine.......................................................................................49
9.2 Epigenetische controle................................................................................................................. 50
9.2.1 Position effect variegation...................................................................................................... 50
9.2.2 X-inactivatie........................................................................................................................... 50
9.2.3 Genomic imprinting................................................................................................................ 51
9.3 Transcriptie-regeling van op afstand............................................................................................ 51
9.3.1 Enhancers.............................................................................................................................. 51
9.3.2 Transcriptiefactoren................................................................................................................ 52
9.3.3 Samenvatting transcriptie-regeling bij eukaryoten.................................................................55
9.4 Uitbreidingen van het centrale dogma......................................................................................... 55
9.4.1 Regeling van translatie door microRNAs................................................................................55
9.4.2 miRNA synthese..................................................................................................................... 56
9.4.3 Long non-coding RNAs (lncRNAs)...........................................................................................57
3
, Moleculaire biologie
1 DNA: DeoxyriboNucleic Acid
1.1 Inleiding
1.1.1Biochemische definities van leven
Afgescheiden
Levende organisme zijn afgescheiden van hun leefomgeving door celmembranen of
celwanden
samenstelling van inhoud is sterk verschillend
Energieopname en -verbruik
Energie = noodzakelijk voor in stand houden van leven
Meeste energie voor leven geleverd door zonlicht gebruikt door planten voor
fotosynthese
Planten zijn dan voedsel voor andere organismen
Groei
Levend organisme evolueert in de tijd.
Lange termijn elk levend individu sterft
Oorzaken: ‘ouderdom’ of deling in 2 of meerdere dochterorganismen
Voortplanting
Al het leven kan zich vermeerderen door (a)seksuele voortplanting
Zonder voortplanting = leven is eindig
Interpretatie van prikkels
Levend wezen kan gegevens verzamelen + reageren
Beweging
Levende organisme bewegen zelfstandig (ook planten)
Communicatie
Cellen communiceren met elkaar.
Communicatie = biodiversiteit noodzakelijk voor voortbestaan van alle leven op
aarde
1.1.2Waaruit bestaat een levende cel?
Een cel = een eenheid die afgescheiden is van zijn omgeving en bestaat uit een zeer
georganiseerde opbouw die tot stand komt door de wisselwerkingen tussen
biomoleculen
Informatie van de opbouw van de cel componenten aanwezig in alle cellen
op gecontroleerde wijze tot expressie
brengen
Eukaryote cellen meer compartimentalisatie (duidelijkste is de celkern)
4
1 DNA: DeoxyriboNucleic Acid........................................................................................... 4
1.1 Inleiding.......................................................................................................................................... 4
1.1.1 Biochemische definities van leven........................................................................................... 4
1.1.2 Waaruit bestaat een levende cel?............................................................................................ 4
1.2 Mijlpalen uit de geschiedenis van de erfelijkheidsleer....................................................................5
1.2.1 De erfelijkheidsleer van Mendel............................................................................................... 5
1.2.2 Link tussen genen en biochemische processen door Garrod....................................................5
1.2.3 Welke stoffen bevatten de genetische informatie?...................................................................5
1.3 De structuur van het deoxyribonucleic acid (DNA).........................................................................6
1.3.1 DNA = suiker + fosfaat + basen.............................................................................................. 6
1.3.2 Eigenschappen van DNA.......................................................................................................... 9
1.4 DNA bestuderen........................................................................................................................... 10
1.4.1 Lichtabsorptie........................................................................................................................ 10
1.4.2 DNA elektroforese.................................................................................................................. 10
2 DNA replicatie............................................................................................................. 10
2.1 Replicatie is semi-conservatief..................................................................................................... 11
2.2 DNA polymerasen......................................................................................................................... 11
2.2.1 5’-3’ polymerase.................................................................................................................... 11
2.2.2 3’-5’ exonuclease................................................................................................................... 11
2.3 De replicatievork.......................................................................................................................... 11
2.4 De replicatievork is asymmetrisch................................................................................................ 13
2.5 De replicatiestart.......................................................................................................................... 13
2.5.1 Prokaryoten............................................................................................................................ 13
2.5.2 Eukaryoten............................................................................................................................. 13
2.6 Terminatie van de replicatie......................................................................................................... 14
2.6.1 Prokaryoten............................................................................................................................ 14
2.6.2 Eukaryoten............................................................................................................................. 14
2.7 DNA technologie: de polymerase kettingreactie (PCR).................................................................14
3 DNA herstelmechanismen............................................................................................. 16
3.1 Inleiding........................................................................................................................................ 16
3.2 Verschillende typen en oorzaken van mutaties............................................................................16
3.2.1 Algemene nomenclatuur van mutaties...................................................................................16
3.2.2 Mutaties kunnen ontstaan tijdens het replicatieproces..........................................................16
3.2.3 Fouten die optreden in het DNA, onafhankelijk van de replicatie...........................................17
3.3 De cel beschikt over DNA herselmechanismen.........................................................................18
3.3.1 Specifieke enzymen............................................................................................................... 18
3.3.2 Mismatch repair..................................................................................................................... 18
3.3.3 Base excision repair (BER)..................................................................................................... 18
3.3.4 Nucleotide excision repair...................................................................................................... 19
3.3.5 Herstelmechanismen voor dubbele strengbreuken................................................................19
3.4 De ames test................................................................................................................................ 20
4 Transcriptie................................................................................................................. 20
1
, 4.1 De verschillen tussen RNA en DNA............................................................................................... 20
4.2 In welke RNA moleculen bevindt zich de boodschap?...................................................................21
4.3 RNA-polymerasen......................................................................................................................... 21
4.3.1 RNA polymerisatie.................................................................................................................. 21
4.3.2 De RNA polymerasen............................................................................................................. 22
4.4 Transcriptie-initiatie en terminatie bij prokaryoten.......................................................................22
4.4.1 De promotor........................................................................................................................... 22
4.4.2 Terminatie van transcriptie in prokaryoten.............................................................................23
4.5 Transcriptie-initiatie en terminatie bij eukaryoten........................................................................23
4.5.1 De eukaryote promotor.......................................................................................................... 23
4.5.2 Het transcriptie-initiatiecomplex (TIC)....................................................................................24
4.5.3 Terminatie van transcriptie bij eukaryoten.............................................................................24
5 Translatie.................................................................................................................... 24
5.1 Genetische code........................................................................................................................... 24
5.2 De verschillende soorten RNA...................................................................................................... 25
5.2.1 Messenger RNA (mRNA)......................................................................................................... 25
5.2.2 Transfer RNA (tRNA)............................................................................................................... 27
5.2.3 Ribosomaal RNA (rRNA)......................................................................................................... 28
5.3 Het translatieproces..................................................................................................................... 29
5.3.1 Translatie-initiatie................................................................................................................... 29
5.3.2 Translatie-elongatie................................................................................................................ 29
5.3.3 Translatie-terminatie.............................................................................................................. 30
5.3.4 Moleculaire mimicry............................................................................................................... 30
5.4 Antibiotica en translatie................................................................................................................ 30
5.4.1 Bekendste antibiotica............................................................................................................. 30
5.4.2 Het probleem van resistenties................................................................................................31
5.4.3 Hoe kan men nagaan of een bacterie resistent is tegen antibiotica?.....................................31
6 Wat gebeurt er na de translatie?..................................................................................31
6.1 De moleculaire chaperones HSP60 en HSP70...............................................................................31
6.1.1 Hsp70..................................................................................................................................... 31
6.1.2 Hsp60..................................................................................................................................... 32
6.2 Posttranslationele modificaties..................................................................................................... 32
6.3 Proteasen..................................................................................................................................... 32
6.3.1 Het typevoorbeeld van proteasen: Chymotrypsine................................................................32
6.3.2 Classificatie van de proteasen................................................................................................ 33
6.3.3 Activering van enzymen door proteolyse...............................................................................33
6.4 Intracellulaire afbraak van eiwitten: het proteasoom...................................................................34
6.4.1 Het proteasoom..................................................................................................................... 34
6.4.2 Controle van proteolyse is cruciaal voor het functioneren en overleven van een cel.............35
6.5 Bloedstolling en het oplossen van bloedklonters door proteasen.................................................36
6.5.1 Bloedstolling of coagulatie..................................................................................................... 36
6.5.2 Oplossen van bloedklonters of fibrinolyse..............................................................................36
6.5.3 Aandoening en medicaties..................................................................................................... 36
6.5.4 Ubiquitine heeft meerdere functies........................................................................................ 37
7 Genetische variatie...................................................................................................... 37
7.1 Definitie........................................................................................................................................ 37
2
, 7.2 Genetische variatie bij prokaryoten.............................................................................................. 37
7.2.1 Snelle vermenigvuldiging....................................................................................................... 37
7.2.2 Uitwisseling van genetisch materiaal bij prokaryoten............................................................38
7.2.3 Mechanismen van gentransfer...............................................................................................38
7.3 Genetische variatie bij eukaryoten............................................................................................... 40
7.3.1 Repetitieve sequenties........................................................................................................... 40
7.3.2 Genetische variatie en retrotransposons................................................................................40
7.3.3 Single Nucleotide Polymorphisms (SNP).................................................................................41
7.3.4 Sexuele voortplanting en genetische variatie........................................................................41
7.3.5 Copy number variations (CNV)...............................................................................................42
7.3.6 Retrovirussen......................................................................................................................... 42
7.4 Technologische toepassingen van genetische variatie.................................................................43
7.4.1 Transgene dieren.................................................................................................................... 43
7.4.2 CRISPR/Cas9........................................................................................................................... 44
8 Regeling van transcriptie bij prokaryoten.....................................................................44
8.1 Inleiding........................................................................................................................................ 44
8.2 Transcriptiefactoren...................................................................................................................... 45
8.3 Het lactose-operon....................................................................................................................... 45
8.3.1 Definities van operon............................................................................................................. 45
8.3.2 De regeling van transcriptie van het lactose operon..............................................................46
8.4 Het tryptofaan operon.................................................................................................................. 47
8.4.1 Repressie................................................................................................................................ 47
8.4.2 Attenuatie.............................................................................................................................. 47
9 Regeling van transcriptie bij eukaryoten.......................................................................48
9.1 Organisatie van het genoom bij eukaryoten.................................................................................48
9.1.1 Organisatie van nucleosomen................................................................................................ 48
9.1.2 Hogere organisatie van chromatine.......................................................................................49
9.2 Epigenetische controle................................................................................................................. 50
9.2.1 Position effect variegation...................................................................................................... 50
9.2.2 X-inactivatie........................................................................................................................... 50
9.2.3 Genomic imprinting................................................................................................................ 51
9.3 Transcriptie-regeling van op afstand............................................................................................ 51
9.3.1 Enhancers.............................................................................................................................. 51
9.3.2 Transcriptiefactoren................................................................................................................ 52
9.3.3 Samenvatting transcriptie-regeling bij eukaryoten.................................................................55
9.4 Uitbreidingen van het centrale dogma......................................................................................... 55
9.4.1 Regeling van translatie door microRNAs................................................................................55
9.4.2 miRNA synthese..................................................................................................................... 56
9.4.3 Long non-coding RNAs (lncRNAs)...........................................................................................57
3
, Moleculaire biologie
1 DNA: DeoxyriboNucleic Acid
1.1 Inleiding
1.1.1Biochemische definities van leven
Afgescheiden
Levende organisme zijn afgescheiden van hun leefomgeving door celmembranen of
celwanden
samenstelling van inhoud is sterk verschillend
Energieopname en -verbruik
Energie = noodzakelijk voor in stand houden van leven
Meeste energie voor leven geleverd door zonlicht gebruikt door planten voor
fotosynthese
Planten zijn dan voedsel voor andere organismen
Groei
Levend organisme evolueert in de tijd.
Lange termijn elk levend individu sterft
Oorzaken: ‘ouderdom’ of deling in 2 of meerdere dochterorganismen
Voortplanting
Al het leven kan zich vermeerderen door (a)seksuele voortplanting
Zonder voortplanting = leven is eindig
Interpretatie van prikkels
Levend wezen kan gegevens verzamelen + reageren
Beweging
Levende organisme bewegen zelfstandig (ook planten)
Communicatie
Cellen communiceren met elkaar.
Communicatie = biodiversiteit noodzakelijk voor voortbestaan van alle leven op
aarde
1.1.2Waaruit bestaat een levende cel?
Een cel = een eenheid die afgescheiden is van zijn omgeving en bestaat uit een zeer
georganiseerde opbouw die tot stand komt door de wisselwerkingen tussen
biomoleculen
Informatie van de opbouw van de cel componenten aanwezig in alle cellen
op gecontroleerde wijze tot expressie
brengen
Eukaryote cellen meer compartimentalisatie (duidelijkste is de celkern)
4
