Cellen & hun genoom Flashcards
structuur DNA & RNA
- DNA = desoxyribonucleïne zuur
- suikergroep = desoxyribose
- koppeling door fosfaten
- basen = AxT & G&C
- polymerisatie = streng maken
- complementaire dubbele helix structuur
- leestrichting 5’ negatief -> 3’ neutraal = assymetrie van nucleotide - RNA = ribonucleïne zuur
- suikergroep = ribose
- basen = AxC & GxC
- enkel strenging - onderlinge omzetting
- DNA -> RNA = transcriptie
- RNA -> DNA = retrovirussen
centrale Dogma
Dogma = iets aannemen dat waar is zonder tegenspraak
DNA
-> transcriptie
RNA
-> translatie
eiwit
te kennen codons
AUG = met = start
UAG, UAA & UGA = stop
-> oef langste eiwit
afleiden welk meer voorkomen = afh van meeste codons
–> meestal laatste letter verschillend
CYS weinig voorkomen want: zwavelbruggen & katalytische enzymen
–> specifieke functies
het genoom
= volledig genetische code van een organisme
eukaryoten = in celkern
prokaryoten = in vrij in cel
archaea = oerbacterieën
verschillen afh van
- bronnen koolstof & stikstof
–> andere voedingsbron = andere verteringseiwitten = nieuwe genen
- omstandigheden
–> extremofielen = bacterieën die in speciale omstandigheden kunnen leven: thermofielen = hoge temp, halofielen = hoge zout concentraties
mens
1) oorsprong = hybride
- anaerobe eukaryoten
- bacterien = adoptie als symbioten
2) opslag
- celkern
- mitochondrion (enkel 13 eiwitten)
3) non-coderend DNA
- junk DNA ≠ functie
- regulerend DNA
- eiwitten die andere eiwitten reguleren (via binding op eiwit of regulerend DNA)
mutaties
intragenetische mutatie = fouten tijdens DNA replicatie
- genschuffling = omwisselen van gensegmenten = crossing-over
horizontale gentransfer = stuk DNA in een ander organisme vb via plasmiden & transfectie met virussen
<=> verticale gentransfer = naar dochtercel - genduplicatie = binnen een cel 2 keer voorkomen gen vb: tussen S & M fase
+ verder evolueren
- orthologe genen = genen die in verschillende soorten voorkomen maar identiek zijn = van een gemeenschappelijke voorouder
- paraloge genen = gelijkaardige genen die apparte functies hebben binnen hetzelfde organisme
–> homologe genen = orthologe & paraloge genen
–> op 1000 bases 1/2 afwijkingen
muis als model
- zoogdieren = uniforme groep
- vogels = 70% met mens
- olifant = 85% - muizen als testdieren
- snel voortplanten & groeien
- kleine dieren
- grote homologie
- groot aantal gelijkaardige mutaties
- vb: witte pigmentvlek op voorhoofd door mutatie in Kit-Gen
chemische structuur van DNA & RNA
1) 5-ring suiker
2) fosfaat
C3 & C5 aangehect op C5 van suiker
- geeft polariteit aan DNA = 5’ = negatief
–> DNA is aan de buitenkanten negatief
- zorgt voor onderlinge binding van nucleotiden door fosfodiësterbinding
3) base
- pyrimidines = 1 ring = thymine, cytosine & uracil
- purines = 2 ringen = adenine & guanine
–> modificaties mogelijk op zowel N als C
H donoren
A: N op pos 1 & primair amine op C pos 2
G: N op pos 1, primair amine op C pos 2 & 6
H acceptoren
T: N op pos 3 & O op C pos 4
C; N op pos 3, O op C pos 2 & primair amine op C pos 4
teken structuur DNA
.
opwinding van DNA
antiparrallele strengen (5’-> 3’)
wenteltrap
- 1 omwenteling = 10,4 basen
- 1 base = 0,34 nm van elkaar
–> vorming van major groeve & minor groeve
karyotype
= goedkoop in kaart brengen van genen
–> reproduceerbaar bandenpatroon
= in kaar brengen van afwijkinen & kanker op vlak van chromosomale delen
vb ataxtie = abnormaal chromosoom 12 door fout tijdens decombinatie (translocatie)
inhoud van DNA
50% = unique sequences
- 20% = genen
– 19% = introns & regulerende DNA sequenties
– 1% = effectieve genen
50% = herhalingen
- 40% = transposons = geïnsereerd in genoom door duplicatie
–> zeer ineffectief DNA
controle replicatie van chromosomen
1) plaatsen waar DNA-replicatie start
- meerdere startplaatsen door grootte van DNA
2) plaats waar chromosomen aan elkaar binden
= centromeer
- bij mtiotische chromosomen
- binding van kinetochoor complex aan mitotic splindle complex
–> juiste uitelkaar trekking naar dochtercellen
3) telomeren = einde van chromosomen
- efficiente replicatie
- bescherming van DNA
- verkorting bij elke deling
nucleosoom
= binding van dna rond eiwit
1) eiwit = 8 histoneiwitten
- 2x H2A, H2B, H3, H4 vormen 1 complex
- kleine eiwitten = rond 100 Az
–> histone-fold & N-terminale-tail = 3 alfa & 2 lussen
vorming
1) vorming van H3-H4 tetrameer & 2x H2A-H2B dimeren
2) vorming octameer
3) binding met DNA
2) DNA winding
- DNA rond histoncomplex = 148 basen
- 142 H-bruggen + andere (zoutbruggen, fosfodiësterbindingen, …)
–> veel lys & arg in eiwitten voor zoutburggen
- 1,7 windingen
- links DNA = 2-80
–> totaal = 200 eiwitten
- 1/3 van normale lengte
=> flexibele structuur 4 keer per seconde ontvouwen & terug opvouwen = toegankelijk blijven voor specifieke DNA-bindende eiwitten
- door ATP-hydrolyse & chaperonnes = negatief geladen eiwitten
nog compacter maken van DNA
voorkomen vorming parelsnoer maar complex
1. N-terminale-tail
- uiteinde van H4
- contact maken met volgend nucleosoom
- naar elkaar trekken
2. binding van extra eiwitten & complexen
3. H1 linker eiwit = linker DNA compact houden
epigenetische overerving
genetische overerving = de exacte DNA-code overeven
epigenetisch = de eiwitten & modificaties OP DNA overerven
1) heterochromatine
- 10% van DNA
- op centromeren & telomeren
- weinig genen in heterochromatine & genen toch er in = uitgezet = gene silencing
–> positie-effect: dichter bij heterochromatine = lagere activiteit genen
2) AZ modificaties
3) varianten van kernhistonen
AZ modificaties
1) lysine
- acetylatie = neutraliseren + lading = lossere chromatine structuur
–> kan niet gemethyleerd worden & omgekeerd
- mono/di/trimethylatie
- ubiquitinatie
- sumoylatie
- biotinatie
2) arginine = methylatie
3) serine = fosforylering = induceren - lading
4) threonine = fosforylering = induceren - lading
5) glutamaat = ADP-ribosegorep toevoeging
–> vooral op N-terminale eiwitten (Lys & ser)
varianten van kernhistonen
- gebruik
- minder voorkomen & gevoeliger aan wijzigingen
- expressie in S-fase
- variatie in interfase
- combinatie histon varianten & modificates = histoncode - modificaties
- acetyltransfers = HAT histon acetyltransferases & HDAC histon deacetylase complexen
- methyltransfers = histon methyltransferases & histon demethylasen
- afh van transcriptie factoren: welke & wanneer
DNA-replicatie
- 2 complimentaire strengen scheiden
- replicatie vork
- DNA primase = 10 nucleotiden RNA
- herkenning door DNA polymerase
- 5->3 werking
- vorming leading 5->3 & lagging strand 3->5
–> vanaf replicatie vork - desoxyribonucleoside trifosfaten inbouwen
- energie vanuit trifosfaat -> monofofsaat + PPi -> Pi + Pi
lagging strans
1. okazaki-fragments
- prokaryoten = 1000-2000
- eukaryoten = 100-200
2. tegen 5’ einde van primase botsen
3. stoppen
4. vervangen van RNA door DNA = herstelsysteem
5. fragmenten aan elkaar door DNA ligase
–> zelfcorrigerend = reden RNA primer
foutemarge DNA polymerase
= 1/miljard
1) fouten = abnormale bindingen
- tussen verkeerde nucleotiden = ander H-bruggen bij wijzigingen geometrie -> GxT
- tijdelijke tautomerie vormen van nucleotides = 1/10000(0)
- bloodstelling aan omgevingsfactoren vb straling & intrinsieke factoren vb ROS
- depurinatie = verbreking purine & suikergroep = 5.000/dag
- deaminatie = overgan cytosine -> uracil (andere mogelijk)
–> 1/1000 niet hersteld kunnen worden = effectieve mutaties
2) eerste proofreading
- net voor nieuwe binding
- hogere affiniteit DNA polymerase voor juiste base door binding aan complementaire base
3) tweede proofreading = exoneucleolytische proofreading
- foutief nucleotide al ingebouwd
- 3’ van primer herkennen
–> foutieve base = niet verlengen & vervangen
- andere fouten = wegknippen & vervangen
==> RNA polymerase grotere faute marge = minder belang
–> 100.000 keer groter
ontvouwen van DNA
- DNA helicasen = ATP-ase
- hydrolyse van dubbele binding
- 1000nucleotiden / sec
- 5’->3’ op template van lagging strand
- voorkomen botsing met DNA polymerase - singlestranded bindende eiwitten
- voorkomen opnieuw binden & hairpin vorming
- niet op bases = vrijhouden voor replicatie - sliding clamp
- normaal DNA polymerase na enkele nucleotiden loslaten
- ringstructuur rond eiwit & streng
- clamp loader = eiwit / ATP
- binding = ATP-ase = associatie
- dissociatie bij 5’ einde van primers van okazakifragments - DNA tropoisomerasen = knotting voorkomen
–> enzymen komen voor als multi-enzymcomplexen
–> meer bij eukaryoten= meer eiwitten & meer subeenheden
strand-directed mismatchrepair
= repair na synthese
- welke streng is orignele?
1) methyleren
–> E. coli = A in GATC methyleren = aantonen originele
- gelijkaardig bij mensen
- ontbreken = geen repair = hogere kans op kankers
–> Lynch syndroom & HNPCC = hereditary nonpolyposis colon cancer
2) nicks
- herkenning van breuken in strand = okazakifragments = nieuwe streng
- ook leading strand maar niet zeker hoe
initiatie van DNA replicatie
process
1. initiatie eiwitten
2. associeren tot pre-replicatiecomplex = ORC origin recognition complex
3. transport naar replication origin
- enkele honderde nucleotiden lang
- AT-rijjk
4. activatie
5. gedeeltelijke opening
6. deactivatie
7. ontbinding helicase gebonden op helix loader eiwit ≈clamp loader
8. actief helicase
9. na replicatie = korte ontbinding ORC & terug binden
controle
- na opening = spontaan repliceren
- grote regulatie
- voldoende energie & bouwstoffen
- regulatie van initiatoreiwitten & replication origins
replicatie
- te traag = wegvallen chromosomen
- voorkomen = overmaat aan replication origins
- meer bij eukaryoten want groter DNA
- geclusterde replicatie eenheden = 20-80
- niet allemaal actief, actief worden in volgorde
- enkel tijdens S fase = 8u
beëindigen van DNA replicatie
- einde DNA = telomeren
- veel herhalingen van GGGTTA
- langer aan 3’ einde van laggingstrand
- terugklappen = vorming T-loop
- replicatieve cellulaire senescentie = telmechanisme voor aantal delingen & stoppen - telomerase
- mogelijkheid tot verlengen telomeren
- reverse transcriptasen = eigen sequentie herkennen
tcelcyclys delen replicatie
- G1
- binding helicase loaders op initiarit eiwitten
- vorming pre-replicase complex
- CDC6 & CDT1 - overgang S fase
- eiwitkinasen = CDK’s
- dissociatie van helicase loaders
- start replicatie = S fase
- replicatie mogelijk door nucelosomen door chromatinemodulerende eiwitten
- destabiliseren van DNA & histon interactie - replicatie van histoneiwitten
- verhoogde transcriptie & verminderde degeneratie van mRNA
- H3-H4-tetrameer blijft volledig
- volledig nieuwe synthese voor nieuwe histonen
- H2A-H2B-dimeer dissocieerd & vormt 1/2 van nieuwe
- gekatalyseerd door histonchapperones, chromtine-assemblage factoren
- transport naar DNA door PNCA = proliferating cell nuclear antigen
