Moleculaire Biologie
DNA, chromosomen en cellen:
Structuur en functie van nucleïnezuren:
Opbouw van nucleïnezuren:
Nucleoside: bestaat uit een suiker (bv: deoxyribose) en een base (adenine, thymine, guanine, cytosine)
➢ OH-groep vervangen door H-groep bij deoxyribose op C2
➢ Base wordt gebonden op het C1 atoom van het suiker
Basen: de basensequentie geeft de functie aan het nucleïnezuur
• Purines: adenine , guanine
• Pyrimidines: cytosine , thymine , uracil(RNA)
Nucleotide: bestaat uit nucleoside en een fosfaatgroep
➢ Fosfaatgroep gebonden op C5 atoom van de suikerring
Nucleïnezuur: een keten van aaneengeschakelde nucleotiden
➢ Fosfaatgroep bindt het C5 atoom van nucleotide 2 met het C3 atoom van nucleotide 1
➢ 5’ eind: heeft een terminale fosfaatgroep aan het C5 atoom gebonden
➢ 3’ eind: heeft een terminale H-groep aan het C3 atoom gebonden
DNA: een soort nucleïnezuur bestaande uit een dubbele helix
➢ Basenparen: waterstofbruggen tussen basen zorgen dat 2 single strand DNA’s zich
linken tot een dubbele helix
Waterstofbruggen: 2 H-bruggen tussen adenine en thymine ,
3 H-bruggen tussen cytosine en guanine (bij verhitting komen H-bruggen los)
➢ Antiparallel: de 3 strengen DNA moeten zich antiparallel organiseren (5’→3’ en 3’→5’)
DNA replicatie en polymerase:
DNA replicatie: het maken van 2 DNA-helices uit 1 dubbele helix via DNA polymerase
1. DNA dubbele helix ontwonden doormiddel van een helicase
→ de 2 strengen zijn templates voor nieuwe strengen aan te maken
2. Doormiddel van DNA polymerase worden nucleotiden ingebouwd complementair aan de
nucleotiden op de parentale strengen
→ dubbele helix gevormd met 1 parentale streng en 1 dochterstreng
DNA synthese: kan enkel in de 5’ → 3’ richting gebeuren
➔ DNA groeit aan de 3’ zijde
Leading strand: van 5’→3’ , DNA synthese kan continu gebeuren
(kopie van de 3’→5’ parentale)
Lagging strand: van 3’→5’ , DNA moet in stukjes gesynthetiseerd worden
(= Okazaki fragmenten)
(kopie van de 5’→3’ parentale)
DNA polymerases: hebben verschillende functies in DNA replicatie, synthese, reparatie
,Centrale dogmatheorie:
⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗ RNA ⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗
= DNA 𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑐𝑟𝑖𝑝𝑡𝑖𝑒 𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑙𝑎𝑡𝑖𝑒 proteïne (geldt niet voor bv sommige virussen)
Gen expressie: genen(DNA-segmenten) gebruikt voor de synthese van proteïnen / RNA
Transcriptie: de antisense streng(3’→5’) van DNA wordt overgeschreven naar een 5’→3’ RNA
➢ Coderend RNA: heeft een coderende sequentie voor de synthese van polypeptiden = mRNA
➢ Niet-coderend RNA: hebben verschillende rollen in cellen + functie in genexpressie
Translatie: van het mRNA naar een eiwit
Structuur en functie van chromosomen:
Opbouw chromosoom:
1. Dubbele helix DNA
2. DNA 2x gewonden rond een histon core bestaande uit 8 histonen
= nucleosoom (beads on a string)
3. Nucleosomen stapelen zich compact op en vormen chromatine (30nm fiber)
4. Chromatine vormt lussen en is ondersteund door niet-histon-proteïnen
5. Chromatinelussen vouwen verder op tot chromosoom
Euchromatine: losser gewonden chromatine , varieert doorheen celcyclus , genetisch actief
Heterochromatine: super compact DNA , is meestal genetisch inactief
Chromosomen: 22 autosomen + 2 geslachtschromosomen → 21 is kleinste chromosoom
Genoom: verzamelnaam voor alle verschillende DNA van een organisme
Chromosoom functie: gespecialiseerde sequenties nodig voor chromosoom functie
Centromeren: regio waar het kinetochoor(groot proteïnecomplex) zal binden tijdens de voorbereiding
op celdeling
➢ Microtubuli binden aan kinetochoor en positioneren de chromosomen tijdens metafase
+ trekken ze uiteen naar tegengestelde polen
Origins of replication: DNA sequentie waar proteïne factoren binden voor cel replicatie te initiëren
Telomeren: gespecialiseerde structuur aan het einde van het chromosoom
➢ Nodig voor het behoud van de integriteit van het chromosoom
Opbouw:
➢ Bestaat uit 6 nucleotide repeats van TTAGGG
➢ De G-rijke streng (TTAGGG) heeft aan zijn 3’ zijde een overhangend stukje dat met de C-rijke
streng bindt en een T-loop vormt
DNA replicatie aan telomeren:
Kortere chromosomen: bij replicatie wordt de laatste base niet gerepliceerd doordat de primer daar bindt
Telomerase: TERT-enzyme bestaande uit proteïnen en een RNA sequentie complementair aan TTAGGG
→ complementaire nucleotiden binden en maken zo de telomeren langer
➢ Vooral gebruikt bij vorming van gameten zodat volgende generatie niet steeds kortere
telomeren heeft
➢ “biologische klok” – kortere telomeren bij ouderen → telomerase functie vermindert
Senescente cel: cel die niet meer deelt
Kanker: gebruikt telomerase om te kunnen blijven delen
Ploïdie: aantal kopies van de basis chromosomen set → aangeduid door copy number (C)
➢ Diploïd (2C -maternaal-paternaal) , haploïd(1C -gameten), nulliploïd(0C -erythrocyten)
➢ Polyploïd: door replicatie zonder celdeling / celfusie
,DNA en chromosomen in celdeling en celcyclus:
G1-phase: Gap fase 1
S-phase: DNA synthese
➢ De DNA helix wordt verdubbeld en 2 zuster chromatiden
blijven verbonden via cohesines
G2-phase: Gap fase 2
M-phase: mitose en celdeling(cytokinese)
➢ Chromosomen worden gecondenseerd en vormen de X-vorm
➢ De cohesines verwijderd en zuster-chromatiden gesplitst
waarna celdeling gebeurt
G0-phase: rust fase waarbij de cel niet deelt en de celcyclus verlaat
Interfase: G1 + S + G2 fases waarbij chromosomen verlengd worden
Mitochondriën:
➢ Produceren energie via oxidatieve fosforylatie
➢ Tot 1000en mitochondriën per cel → meer in cellen met hogere energiebehoefte
➢ Dynamische structuren
Mitochondrieel DNA:
• Eigen DNA (tot 10 moleculen DNA per mitochondrion) bestaande uit 16.000 basenparen
→ endosymbiont theorie
• Eigen genetische code → verschillend van al het andere leven op aarde
bv AGG codeert bij mitochondriën als stop , bij menselijke code voor arginine
→ doordat ze maar 13 eiwitcoderende genen hebben kon de code veranderen door een
mutatie omdat deze geen effect had op het eiwit
• Eigen transcriptie en translatie → geen recombinatie
• Genen: 13 eiwitcoderende genen , tRNA genen , rRNA genen → geen intronen in DNA
Replicatie van mitochondrieel DNA:
➢ Mitochondriën overgegeven door de moeder (van vader blijven achter in spermacel)
1. Aantal mitochondriën neemt toe bij celdeling
2. Mitochondrieel DNA(mtDNA) wordt gerepliceerd
→ oneven replicatie: sommige mtDNA moleculen meer gerepliceerd dan anderen
3. Mitochondrieel DNA van dochtercel is niet gelijk aan die van de oudercel
→ mitochondriële mutaties kunnen ook voorkomen
Mitose:
= 1 oudercel deelt en zo ontstaan 2 genetisch identieke dochtercellen
Mitose: prophase → prometaphase → metaphase → anaphase → telophase
= deel van de M-fase
Prophase: centriolen beginnen te splitsen en migreren naar de polen
Prometaphase: nucleaire enveloppe verdwijnt en de chromosomen
worden vastgemaakt aan de microtubuli(centriolen) via hun centromeren
Metaphase: de chromosomen liggen in de centrale as en cohesines verwijderd
Anaphase: zusterchromatiden scheiden en migreren naar de polen
Telophase: nucleaire enveloppe vormt terug en cytokinese begint
, Meiose:
= voor vorming van gameten
➢ Deling begint met een gametocyt en vormt 4 haploïde cellen
➢ Meiosis I en meiosis II
➢ Eicel heeft asymmetrische deldeling: na meiose I en II wordt 1 grote cel en 1 polair
lichaampje gevormd → lichaampje verwijderd
+ meiose I tijdens foetale groei en meiose II pas na pubertijd
Paren van paternaal en maternaal homoloog: tijdens meiose I
➢ Homologen worden gepaard aan de hand van een hoge sequentie-overeenkomst
➢ Homologen worden aan elkaar gebonden
Seks chromosomen paren bij XY: kan ter hoogte van pseudoautosomale regio’s
→ X is langer dan Y en ze hebben heel verschillende sequenties
Recombinatie: = cross over
➢ Door het breken van homologe chromosomen en het terug aan elkaar zetten van maternale
en paternale fragmenten
➢ Zorgt voor variatie in de gameten en zo in de populatie
Chiasmata: plaats van crossover
➢ Niet-random verdeeld → je hebt hotspots voor recombinatie
➢ Gebeurt altijd crossover bij pseudoautosomale regio
Genen:
Genoom: bestaat uit 109 basen
➢ Slechts 1,2% daarvan codeert voor eiwitten = exoom
Exon: coderend deel
Intron: niet-coderend deel dat tussen exonen ligt
Gen → eiwit: eerst splicing om de juiste exonen te selecteren, dan translatie
Chemische modificatie: aanpassing van de eiwitten na de translatie → vaak toevoeging van een kleine
chemische groep bv hydroxylatie, methylatie, toevoegen fosfaatgroep om eiwit inactief te maken…
Proteïnen:
Structuur:
➢ Opvouwen van het eiwit begeleid door chaperon molecules
Primaire structuur: sequentie van aminozuren
Secundaire structuur: organisatie van aangrenzende delen van de polypeptideketen
(AZ dicht bij elkaar in primaire structuur)
• 𝜶-helix: rigide cilinder gestabiliseerd door waterstofbruggen tussen O-atoom van de
carbonylgroep en het H-atoom van het AZ 4 plaatsen verder
• 𝜷-sheet
• 𝜷-turn: gestabiliseerd door waterstofbruggen tussen tegenover elkaar gelegen peptiden
→ op een parallele / anti-parallele manier
Tertiaire structuur: globale structuur (door interacties tussen AZ verder van elkaar)
Quaternaire structuur: globale structuur van een multimeer eiwit (meerdere polypeptideketens)
Disulfide bruggen: extracellulair is een oxiderende omgeving waardoor de SH op cysteïne geoxideerd
wordt en 2 S-atomen een zwavelbrug kunnen vormen
→ intracellulair een reducerende omgeving dus geen zwavelbruggen
DNA, chromosomen en cellen:
Structuur en functie van nucleïnezuren:
Opbouw van nucleïnezuren:
Nucleoside: bestaat uit een suiker (bv: deoxyribose) en een base (adenine, thymine, guanine, cytosine)
➢ OH-groep vervangen door H-groep bij deoxyribose op C2
➢ Base wordt gebonden op het C1 atoom van het suiker
Basen: de basensequentie geeft de functie aan het nucleïnezuur
• Purines: adenine , guanine
• Pyrimidines: cytosine , thymine , uracil(RNA)
Nucleotide: bestaat uit nucleoside en een fosfaatgroep
➢ Fosfaatgroep gebonden op C5 atoom van de suikerring
Nucleïnezuur: een keten van aaneengeschakelde nucleotiden
➢ Fosfaatgroep bindt het C5 atoom van nucleotide 2 met het C3 atoom van nucleotide 1
➢ 5’ eind: heeft een terminale fosfaatgroep aan het C5 atoom gebonden
➢ 3’ eind: heeft een terminale H-groep aan het C3 atoom gebonden
DNA: een soort nucleïnezuur bestaande uit een dubbele helix
➢ Basenparen: waterstofbruggen tussen basen zorgen dat 2 single strand DNA’s zich
linken tot een dubbele helix
Waterstofbruggen: 2 H-bruggen tussen adenine en thymine ,
3 H-bruggen tussen cytosine en guanine (bij verhitting komen H-bruggen los)
➢ Antiparallel: de 3 strengen DNA moeten zich antiparallel organiseren (5’→3’ en 3’→5’)
DNA replicatie en polymerase:
DNA replicatie: het maken van 2 DNA-helices uit 1 dubbele helix via DNA polymerase
1. DNA dubbele helix ontwonden doormiddel van een helicase
→ de 2 strengen zijn templates voor nieuwe strengen aan te maken
2. Doormiddel van DNA polymerase worden nucleotiden ingebouwd complementair aan de
nucleotiden op de parentale strengen
→ dubbele helix gevormd met 1 parentale streng en 1 dochterstreng
DNA synthese: kan enkel in de 5’ → 3’ richting gebeuren
➔ DNA groeit aan de 3’ zijde
Leading strand: van 5’→3’ , DNA synthese kan continu gebeuren
(kopie van de 3’→5’ parentale)
Lagging strand: van 3’→5’ , DNA moet in stukjes gesynthetiseerd worden
(= Okazaki fragmenten)
(kopie van de 5’→3’ parentale)
DNA polymerases: hebben verschillende functies in DNA replicatie, synthese, reparatie
,Centrale dogmatheorie:
⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗ RNA ⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗
= DNA 𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑐𝑟𝑖𝑝𝑡𝑖𝑒 𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑙𝑎𝑡𝑖𝑒 proteïne (geldt niet voor bv sommige virussen)
Gen expressie: genen(DNA-segmenten) gebruikt voor de synthese van proteïnen / RNA
Transcriptie: de antisense streng(3’→5’) van DNA wordt overgeschreven naar een 5’→3’ RNA
➢ Coderend RNA: heeft een coderende sequentie voor de synthese van polypeptiden = mRNA
➢ Niet-coderend RNA: hebben verschillende rollen in cellen + functie in genexpressie
Translatie: van het mRNA naar een eiwit
Structuur en functie van chromosomen:
Opbouw chromosoom:
1. Dubbele helix DNA
2. DNA 2x gewonden rond een histon core bestaande uit 8 histonen
= nucleosoom (beads on a string)
3. Nucleosomen stapelen zich compact op en vormen chromatine (30nm fiber)
4. Chromatine vormt lussen en is ondersteund door niet-histon-proteïnen
5. Chromatinelussen vouwen verder op tot chromosoom
Euchromatine: losser gewonden chromatine , varieert doorheen celcyclus , genetisch actief
Heterochromatine: super compact DNA , is meestal genetisch inactief
Chromosomen: 22 autosomen + 2 geslachtschromosomen → 21 is kleinste chromosoom
Genoom: verzamelnaam voor alle verschillende DNA van een organisme
Chromosoom functie: gespecialiseerde sequenties nodig voor chromosoom functie
Centromeren: regio waar het kinetochoor(groot proteïnecomplex) zal binden tijdens de voorbereiding
op celdeling
➢ Microtubuli binden aan kinetochoor en positioneren de chromosomen tijdens metafase
+ trekken ze uiteen naar tegengestelde polen
Origins of replication: DNA sequentie waar proteïne factoren binden voor cel replicatie te initiëren
Telomeren: gespecialiseerde structuur aan het einde van het chromosoom
➢ Nodig voor het behoud van de integriteit van het chromosoom
Opbouw:
➢ Bestaat uit 6 nucleotide repeats van TTAGGG
➢ De G-rijke streng (TTAGGG) heeft aan zijn 3’ zijde een overhangend stukje dat met de C-rijke
streng bindt en een T-loop vormt
DNA replicatie aan telomeren:
Kortere chromosomen: bij replicatie wordt de laatste base niet gerepliceerd doordat de primer daar bindt
Telomerase: TERT-enzyme bestaande uit proteïnen en een RNA sequentie complementair aan TTAGGG
→ complementaire nucleotiden binden en maken zo de telomeren langer
➢ Vooral gebruikt bij vorming van gameten zodat volgende generatie niet steeds kortere
telomeren heeft
➢ “biologische klok” – kortere telomeren bij ouderen → telomerase functie vermindert
Senescente cel: cel die niet meer deelt
Kanker: gebruikt telomerase om te kunnen blijven delen
Ploïdie: aantal kopies van de basis chromosomen set → aangeduid door copy number (C)
➢ Diploïd (2C -maternaal-paternaal) , haploïd(1C -gameten), nulliploïd(0C -erythrocyten)
➢ Polyploïd: door replicatie zonder celdeling / celfusie
,DNA en chromosomen in celdeling en celcyclus:
G1-phase: Gap fase 1
S-phase: DNA synthese
➢ De DNA helix wordt verdubbeld en 2 zuster chromatiden
blijven verbonden via cohesines
G2-phase: Gap fase 2
M-phase: mitose en celdeling(cytokinese)
➢ Chromosomen worden gecondenseerd en vormen de X-vorm
➢ De cohesines verwijderd en zuster-chromatiden gesplitst
waarna celdeling gebeurt
G0-phase: rust fase waarbij de cel niet deelt en de celcyclus verlaat
Interfase: G1 + S + G2 fases waarbij chromosomen verlengd worden
Mitochondriën:
➢ Produceren energie via oxidatieve fosforylatie
➢ Tot 1000en mitochondriën per cel → meer in cellen met hogere energiebehoefte
➢ Dynamische structuren
Mitochondrieel DNA:
• Eigen DNA (tot 10 moleculen DNA per mitochondrion) bestaande uit 16.000 basenparen
→ endosymbiont theorie
• Eigen genetische code → verschillend van al het andere leven op aarde
bv AGG codeert bij mitochondriën als stop , bij menselijke code voor arginine
→ doordat ze maar 13 eiwitcoderende genen hebben kon de code veranderen door een
mutatie omdat deze geen effect had op het eiwit
• Eigen transcriptie en translatie → geen recombinatie
• Genen: 13 eiwitcoderende genen , tRNA genen , rRNA genen → geen intronen in DNA
Replicatie van mitochondrieel DNA:
➢ Mitochondriën overgegeven door de moeder (van vader blijven achter in spermacel)
1. Aantal mitochondriën neemt toe bij celdeling
2. Mitochondrieel DNA(mtDNA) wordt gerepliceerd
→ oneven replicatie: sommige mtDNA moleculen meer gerepliceerd dan anderen
3. Mitochondrieel DNA van dochtercel is niet gelijk aan die van de oudercel
→ mitochondriële mutaties kunnen ook voorkomen
Mitose:
= 1 oudercel deelt en zo ontstaan 2 genetisch identieke dochtercellen
Mitose: prophase → prometaphase → metaphase → anaphase → telophase
= deel van de M-fase
Prophase: centriolen beginnen te splitsen en migreren naar de polen
Prometaphase: nucleaire enveloppe verdwijnt en de chromosomen
worden vastgemaakt aan de microtubuli(centriolen) via hun centromeren
Metaphase: de chromosomen liggen in de centrale as en cohesines verwijderd
Anaphase: zusterchromatiden scheiden en migreren naar de polen
Telophase: nucleaire enveloppe vormt terug en cytokinese begint
, Meiose:
= voor vorming van gameten
➢ Deling begint met een gametocyt en vormt 4 haploïde cellen
➢ Meiosis I en meiosis II
➢ Eicel heeft asymmetrische deldeling: na meiose I en II wordt 1 grote cel en 1 polair
lichaampje gevormd → lichaampje verwijderd
+ meiose I tijdens foetale groei en meiose II pas na pubertijd
Paren van paternaal en maternaal homoloog: tijdens meiose I
➢ Homologen worden gepaard aan de hand van een hoge sequentie-overeenkomst
➢ Homologen worden aan elkaar gebonden
Seks chromosomen paren bij XY: kan ter hoogte van pseudoautosomale regio’s
→ X is langer dan Y en ze hebben heel verschillende sequenties
Recombinatie: = cross over
➢ Door het breken van homologe chromosomen en het terug aan elkaar zetten van maternale
en paternale fragmenten
➢ Zorgt voor variatie in de gameten en zo in de populatie
Chiasmata: plaats van crossover
➢ Niet-random verdeeld → je hebt hotspots voor recombinatie
➢ Gebeurt altijd crossover bij pseudoautosomale regio
Genen:
Genoom: bestaat uit 109 basen
➢ Slechts 1,2% daarvan codeert voor eiwitten = exoom
Exon: coderend deel
Intron: niet-coderend deel dat tussen exonen ligt
Gen → eiwit: eerst splicing om de juiste exonen te selecteren, dan translatie
Chemische modificatie: aanpassing van de eiwitten na de translatie → vaak toevoeging van een kleine
chemische groep bv hydroxylatie, methylatie, toevoegen fosfaatgroep om eiwit inactief te maken…
Proteïnen:
Structuur:
➢ Opvouwen van het eiwit begeleid door chaperon molecules
Primaire structuur: sequentie van aminozuren
Secundaire structuur: organisatie van aangrenzende delen van de polypeptideketen
(AZ dicht bij elkaar in primaire structuur)
• 𝜶-helix: rigide cilinder gestabiliseerd door waterstofbruggen tussen O-atoom van de
carbonylgroep en het H-atoom van het AZ 4 plaatsen verder
• 𝜷-sheet
• 𝜷-turn: gestabiliseerd door waterstofbruggen tussen tegenover elkaar gelegen peptiden
→ op een parallele / anti-parallele manier
Tertiaire structuur: globale structuur (door interacties tussen AZ verder van elkaar)
Quaternaire structuur: globale structuur van een multimeer eiwit (meerdere polypeptideketens)
Disulfide bruggen: extracellulair is een oxiderende omgeving waardoor de SH op cysteïne geoxideerd
wordt en 2 S-atomen een zwavelbrug kunnen vormen
→ intracellulair een reducerende omgeving dus geen zwavelbruggen
