Samenvatting moleculaire celbiologie 2018-2019
Hoofdstuk 4: Moleculaire structuur van genen en
chromosomen
Chromosomen bestaan uit genen. Een gen is de volledige nucleïnezuursequentie die nodig is voor
de synthese van een functioneel polypeptide (via mRNA), dus ook de sequenties die bij de regulering
horen van de DNA-expressie. De DNA sequenties coderend voor RNA moleculen, zoals tRNA en rRNA,
worden ook als een gen beschouwd. Bij eukaryoten liggen de genen te midden van een grote
hoeveelheid niet functioneel, niet coderend DNA. Ook genen zelf bevatten niet coderend DNA
(intronen). Daarnaast bestaan de chromosomen voor 95% uit DNA-sequenties die geen genen zijn!
Regulatorische sequenties
Het doel van DNA is altijd de aanmaak van eiwitten. Dit gebeurt via transcriptie (DNARNA) en
translatie (mRNApolypeptide). Elke cel in ons lichaam heeft dezelfde genen of chromosomenset,
maar niet elke cel heeft dezelfde eiwitten nodig. Daarom wordt er op DNA-niveau de expressie
gereguleerd afhankelijk van de noden van de cel op specifieke momenten. Kortweg zijn er
bijvoorbeeld genen die altijd “aanstaan” of constitutief zijn (essentiële proteïnen), of er zijn genen die
normaal uit staan (lac operon). Regulatorische sequenties staan niet in voor de transcriptie tot
eiwitten, maar zijn bindingsplaatsen om de transcriptie van wél eiwit-coderende sequenties te
reguleren. Deze sequenties liggen upstream (meer in de 5’ richting) van het gen. (Onderstaande
regulatorische sequenties worden niet in elke gen teruggevonden, afhankelijk van het gen).
• Promotor: bindingplaats RNA polymerase
• Operator: bindingplaats van repressoreiwitten, gelegen tussen promotor en structureel gen
• Attenuator: (verminderen); aanwezig bij bacteriële genclusters betrokken in AZ biosynthese,
gelegen tussen operator/promotor en leader sequentie. Deze is een bindingsplaats van het
ribosoom.
• Enhancer: verhoogt de bindingskans van het RNA polymerase en is een bindingsplaats voor
sequentie specifieke transcriptiefactoren, maar heeft geen specifieke localisatie.
Genorganisatie, transcriptie en translatie bij PROKARYOTEN
Prokaryoten hebben hun genen geclusterd in een operon, met één voorafgaande regulatorische
regio. Op onderstaande figuur zijn 5 genen afgeschreven ter vorming van 1 mRNA-streng. Dit mRNA
wordt polycistronisch mRNA genoemd, omdat het informatie bevat voor meer dan 1 eiwit. De
eiwitten die in één operon zitten, worden vaak in dezelfde pathway gebruikt. Dit wordt ook colineair
genoemd, aangezien ze afhankelijk van elkaar zijn.
, Samenvatting moleculaire celbiologie 2018-2019
Genorganisatie, transcriptie en translatie bij EUKARYOTEN
Bij eukaryoten liggen genen die behoren tot eenzelfde pathway op verschillende plaatsen (zelfs op
verschillende chromosomen) en niet geclusterd en gereguleerd onder één regulatorische sequentie.
Elk gen heeft dus zijn eigen regulatorische site met promotor, operator,… Omdat hier elk gen
resulteert in een mRNA streng die informatie bevat over 1 eiwit, wordt dit mRNA monocistronisch
RNA genoemd. De genen en proteïnen worden niet-colineair genoemd omdat ze onafhankelijk zijn
van elkaar.
Een voordeel is dat genen op individueel niveau gereguleerd kunnen worden en eiwitten apart
gesynthetiseerd kunnen worden. Wanneer er een tekort is aan bepaalde eiwitten, zal deze organisatie
langer duren om de eiwitten te synthetiseren dan wanneer de genen samenliggen.
Transcriptie-eenheden
Bij prokaryoten is dit eenvoudig, de verwante genen liggen samen in een operon die nodig zijn in
éénzelfde pathway en coderen rechtstreeks voor het corresponderende eiwit. Bij eukaryoten is dit
echter zeer complex omdat genen niet dicht bij elkaar liggen en omdat ze bepaalde sequenties
bevatten die niet coderend zijn, de intronen. Deze intronen dienen verwijderd te worden zodat mRNA
enkel exonen bevat. Dit gebeurt echter nadat het volledige DNA-gen is afgeschreven tot pre-RNA.
Daarna worden de intronen ‘weggespliced’ ter vorming van mRNA (het mRNA verlaat dan de nucleus
en gaat richting de chromosomen voor translatie). Het pre-mRNA bevat dus exonen, alsook intronen.
Daarnaast wordt op het pre-mRNA ook reeds een CAP-structuur in het begin en een poly(A)-staart op
het einde toegevoegd.
Hoofdstuk 4: Moleculaire structuur van genen en
chromosomen
Chromosomen bestaan uit genen. Een gen is de volledige nucleïnezuursequentie die nodig is voor
de synthese van een functioneel polypeptide (via mRNA), dus ook de sequenties die bij de regulering
horen van de DNA-expressie. De DNA sequenties coderend voor RNA moleculen, zoals tRNA en rRNA,
worden ook als een gen beschouwd. Bij eukaryoten liggen de genen te midden van een grote
hoeveelheid niet functioneel, niet coderend DNA. Ook genen zelf bevatten niet coderend DNA
(intronen). Daarnaast bestaan de chromosomen voor 95% uit DNA-sequenties die geen genen zijn!
Regulatorische sequenties
Het doel van DNA is altijd de aanmaak van eiwitten. Dit gebeurt via transcriptie (DNARNA) en
translatie (mRNApolypeptide). Elke cel in ons lichaam heeft dezelfde genen of chromosomenset,
maar niet elke cel heeft dezelfde eiwitten nodig. Daarom wordt er op DNA-niveau de expressie
gereguleerd afhankelijk van de noden van de cel op specifieke momenten. Kortweg zijn er
bijvoorbeeld genen die altijd “aanstaan” of constitutief zijn (essentiële proteïnen), of er zijn genen die
normaal uit staan (lac operon). Regulatorische sequenties staan niet in voor de transcriptie tot
eiwitten, maar zijn bindingsplaatsen om de transcriptie van wél eiwit-coderende sequenties te
reguleren. Deze sequenties liggen upstream (meer in de 5’ richting) van het gen. (Onderstaande
regulatorische sequenties worden niet in elke gen teruggevonden, afhankelijk van het gen).
• Promotor: bindingplaats RNA polymerase
• Operator: bindingplaats van repressoreiwitten, gelegen tussen promotor en structureel gen
• Attenuator: (verminderen); aanwezig bij bacteriële genclusters betrokken in AZ biosynthese,
gelegen tussen operator/promotor en leader sequentie. Deze is een bindingsplaats van het
ribosoom.
• Enhancer: verhoogt de bindingskans van het RNA polymerase en is een bindingsplaats voor
sequentie specifieke transcriptiefactoren, maar heeft geen specifieke localisatie.
Genorganisatie, transcriptie en translatie bij PROKARYOTEN
Prokaryoten hebben hun genen geclusterd in een operon, met één voorafgaande regulatorische
regio. Op onderstaande figuur zijn 5 genen afgeschreven ter vorming van 1 mRNA-streng. Dit mRNA
wordt polycistronisch mRNA genoemd, omdat het informatie bevat voor meer dan 1 eiwit. De
eiwitten die in één operon zitten, worden vaak in dezelfde pathway gebruikt. Dit wordt ook colineair
genoemd, aangezien ze afhankelijk van elkaar zijn.
, Samenvatting moleculaire celbiologie 2018-2019
Genorganisatie, transcriptie en translatie bij EUKARYOTEN
Bij eukaryoten liggen genen die behoren tot eenzelfde pathway op verschillende plaatsen (zelfs op
verschillende chromosomen) en niet geclusterd en gereguleerd onder één regulatorische sequentie.
Elk gen heeft dus zijn eigen regulatorische site met promotor, operator,… Omdat hier elk gen
resulteert in een mRNA streng die informatie bevat over 1 eiwit, wordt dit mRNA monocistronisch
RNA genoemd. De genen en proteïnen worden niet-colineair genoemd omdat ze onafhankelijk zijn
van elkaar.
Een voordeel is dat genen op individueel niveau gereguleerd kunnen worden en eiwitten apart
gesynthetiseerd kunnen worden. Wanneer er een tekort is aan bepaalde eiwitten, zal deze organisatie
langer duren om de eiwitten te synthetiseren dan wanneer de genen samenliggen.
Transcriptie-eenheden
Bij prokaryoten is dit eenvoudig, de verwante genen liggen samen in een operon die nodig zijn in
éénzelfde pathway en coderen rechtstreeks voor het corresponderende eiwit. Bij eukaryoten is dit
echter zeer complex omdat genen niet dicht bij elkaar liggen en omdat ze bepaalde sequenties
bevatten die niet coderend zijn, de intronen. Deze intronen dienen verwijderd te worden zodat mRNA
enkel exonen bevat. Dit gebeurt echter nadat het volledige DNA-gen is afgeschreven tot pre-RNA.
Daarna worden de intronen ‘weggespliced’ ter vorming van mRNA (het mRNA verlaat dan de nucleus
en gaat richting de chromosomen voor translatie). Het pre-mRNA bevat dus exonen, alsook intronen.
Daarnaast wordt op het pre-mRNA ook reeds een CAP-structuur in het begin en een poly(A)-staart op
het einde toegevoegd.
