DNA-project blok 5

Waaruit is desoxyribonucleïnezuur opgebouwd?

- Fosfaatgroep

- Suikergroep (deoxyribose)

- Stikstofbase (adenine, cytosine, guanine en thymine)

--> polymeer van nucleotiden

Welke basenparen komen voor (complementaire basenparen)? Hoe zijn de basenparen aan elkaar gebonden?

- A-T --> twee waterstofbruggen

- C-G --> drie waterstofbruggen

Humane genoom

Het volledige DNA in de celkern van menselijke cellen.

Is een menselijke cel eukaryoot of prokaryoot?

Eukaryoot --> heeft een celkern

Histonen

Eiwitten waar DNA omheen is gewikkeld

Nucleosoom

Een groep van 8 histonen met daaromheen een DNA-streng

Supercoiling

De streng DNA gaat zich steeds strakker om zich heen wikkelen.

Uiteinden DNA

Bindingen tussen de nucleotiden van de DNA-streng:

- Vrije OH-groep aan het derde koolstofatoom

- Vrije PO4-groep aan het vijfde koolstofatoom

--> binden met elkaar

- 3' einde verwijst naar derde koolstofatoom van laatste deoxyribose (vanaf zuurstofgroep)

- 5' einde verwijst naar vijfde koolstofatoom van eerste deoxyribose

--> Twee strengen antiparallel

Wat is de functie van de uiteinden?

- 3' einde --> dient als groeipunt

- 5' einde --> helpt bij initiëren replicatie (fosfaatgroep --> energie)

Wat is transcriptie?

Het vertalen van de genetische code op het DNA naar streng mRNA.

mRNA

Boodschappermolecuul dat informatie uit het DNA overbrengt naar het ribosoom --> kopie van coderende streng

Waar vindt eiwitsynthese plaats?

In de ribosomen in het cytoplasma en aan het ER.

Transcriptie

Het proces waarbij DNA wordt afgelezen om eiwitten te maken.

Wat is het verschil tussen DNA en RNA?

DNA:

- Dubbelstrengs

- Suikergroep deoxyribose

- Stikstofbase thymine

RNA:

- Enkelstrengs

- Suikergroep ribose

- Stikstofbase uracil (A)

Endonucleasen

Een enzym dat DNA kan knippen door op plaatsen met een specifieke herkenningssequentie een dubbelstrengsbreuk aan te brengen.

Waarom wordt SDS gebruikt in DNA-isolatie?

Kan eiwitten oplossen --> denatureren

Waarom wordt proteïnase K gebruikt in DNA-isolatie?

- Proteïnase K splist peptidebinding onder opname van water.

- Proteïnase K werkt beter in combinatie met SDS.

Waarom wordt alchol gebruikt bij DNA-isolatie?

Door ethanol toe te voegen slaat DNA uit de oplossing neer (minder goed oplosbaar in alcohol dan in water) --> twee lagen --> DNA verwijderen.

Promotor

De plek waaraan RNA-polymerase bindt --> begin transcriptie.

Waaraan kun je bij eukaryoten meestal een promotor herkennen?

TATA-box: een korte sequentie die begint met TATA.

mRNA modificatie

- Initiatie --> transcriptiefactoren, regulerende eiwitten, binden aan DNA, bij de TATA-box --> RNA-polymerase kan aan DNA binden --> begin transcriptie

- Elongatie --> RNA-polymerase haalt strengen uit elkaar --> maakt nieuwe mRNA streng vast aan de template DNA-streng (met Uracil) --> altijd van 3' van template naar 5'

- Terminatie --> RNA-polymerase stopt en valt van template --> pre-mRNA komt vrij te ligen

Wat is de functie van RNA-polymerase?

Het kopiëren van DNA naar RNA tijdens het proces van transcriptie.

rRNA (ribosomaal RNA)

Zorgt tijdens translatie voor de vorming van peptidebindingen tussen aminozuren (meest voorkomend 80% van RNA)

tRNA (transfer RNA)

- Translatie vindt plaats door tRNA in cytoplasma.

- Vervoert aminozuren naar de ribosomen --> eiwitsynthese

- Heeft zowel een aminozuur als een anticodon aan zich gebonden (CUG in mRNA koppelt aan GAC op tRNA)

miRNA

Binden aan mRNA en verhinderen hierdoor translatie (eiwitsynthese) + snelle afbraak mRNA

snRNA (small nucleair RNA)

Reguleren splicing van pre-mRNA naar mRNA

RNA-processing

Het bewerken van pre-mRNA tot mRNA.

Splicing

- Intronen en exonen worden van elkaar gescheiden.

- Exonen (coderend DNA, klein) worden aan elkaar geplakt --> mRNA.

Doel splicing

Door splicing kan een groter aantal exonen tot uiting komen in het fenotype, wat kan leiden tot een snellere evolutie.

Capping

Guanine kop aan de voorkant van de streng, en een poly-A-staart komt eraan. Dan is het officieel mRNA. De cap en staart is om te beschermen.

Startcodon begin translatie

AUG (methionine) op het mRNA, wordt herkend door ribosomen

Wat vindt plaats in het ER en Golgi-apparaat tijdens translatie?

Het afmaken van het (functionerend) eiwit --> suikergroep en andere groep toevoegen.

Codon

Bestaat uit drie stikstofbasen --> triplet

Hoeveel aminozuren zijn er?

- 20 --> 4x4x4 = 64 verschillende codons

- Meerdere codons coderen voor hetzelfde aminozuur

Wanneer wordt de translatie beëindigd?

Stopcodon --> releasing factor bindt, waardoor de streng aminozuren (eiwit) los wordt gekoppeld. Het complex van ribosomen valt uit elkaar.

Wat is een eiwit?

- Aminozuren (NH2-groep, carboxylgroep en onderscheidende restgroep) door een peptidebinding gekoppeld

- Functies: opbouw weefsel en spieren, transport, enzymen, hormonen, immuunsysteem)

Niveaus structuur eiwit

- Primair: aminozuursequentie

- Secundair: alfa-helix (spoel), bètasheet (plaat)

- Tertiair: opvouwen secundaire structuur tot driedimensionale structuur

- Quarternaire structuur: samenvouwen van twee of meerdere polypeptiden tot eiwit

Post-translationele modificatie

- Chemische veranderingen die eiwitten ondergaan na translatie.

- Pre-eiwit wordt normaal eiwit bijv. door toevoegen functionele groepen of stukken weghalen. De structuur bepaalt de vouwing, wat de functie bepaalt.

Hoe wordt een eiwit afgebroken?

Proteolyse --> ubiquitine (klein eiwit) bindt aan een eiwit dat moet worden afgebroken --> markering (ubiquitinatie) --> proteasomen breken het eiwit af met behulp van enzymen door peptidebindingen te verbreken door hydrolyse.

Wat is epigenetica?

- Vakgebied binnen de genetica dat de invloed bestudeert van omkeerbare erfelijke veranderingen in de genexpressie die optreden zonder wijzigingen in de sequentie van het DNA in de celkern.

- Methode om een cel te definiëren.

Twee epigenetische veranderingen

- Aanpassingen in het DNA zelf

- Aanpassingen aan de histoneiwitten

--> Beïnvloeden mate van genexpressie, doordat het DNA meer of minder toegankelijk wordt voor transcriptiefactoren.

Welke groepen zorgen ervoor dat histonen minder strak zijn opgerold, waardoor het DNA beter kan worden afgelezen?

Acetylgroepen

Wat is DNA-methylering?

- Het toevoegen van een methylgroep (CH3) aan de nucleotide cytosine.

- Cytosine moet altijd naast guanine staan voor methylering

- Jong --> meer methylering

- Oud --> genexpressie --> meer ziekten tot uiting

Wat gebeurt er als de promotor gemethyleerd is?

Transcriptie niet meer mogelijk --> DNA namelijk veranderd --> kan leiden tot ziekten

Welk enzym zorgt voor methylering van cytosine?

Methyltransferase

Wat is de rol van 'histon modificaties'?

- Histoneiwitten kunnen ook gemethyleerd worden

- Methylgroep bindt aan aminozuur lysine --> transcriptie onmogelijk

- Reguleren chromatinestructuur en genexpressie

Hoe beïnvloeden small RNA's genexpressie van eiwit-coderende genen?

- Invloed door complementaire binding aan messenger-RNA (mRNA) moleculen, wat leidt tot remming van eiwitsynthese of afbraak van het mRNA.

- Het reguleren van de genexpressie maakt het voor cellen mogelijk om verschillende eiwitten te produceren op het moment dat de cel ze nodig heeft.

Genexpressie

Het tot uiting komen van een gen --> geeft iedere cel zijn eigen gedifferentieerde karakter of functie

Wat zijn de Wetten van Mendel?

- Dominantie Wet

- Splitsingswet

- Onafhankelijkheidswet

Dominantiewet

- HH en hh (P-generatie) krijgen alleen maar Hh nakomelingen (F1-generatie)

- Fenotypisch allemaal dominante kenmerk

Splitsingswet

Hh x Hh geeft een verhouding geeft een verhouding van 3:1 (dominant:recessief) wat betreft fenotype en 1:2:1 wat betreft genotype --> nakomelingen verschillen van elkaar (F2-generatie)

Onafhankelijkheidswet

De verschillende kenmerken worden onafhankelijk van elkaar overgeërfd, indien ze op verschillende chromosomen liggen.

Wat is een gen?

- Een deel van een chromosoom dat de informatie bevat voor één erfelijke eigenschap

- De plaats van een gen in een chromosoom wordt de locus genoemd, het homologe chromosoom ligt op dezelfde locus.

Allel

- Een bepaalde variant van een gen.

- Een gen bestaat uit twee allelen.

Wat is een chromosoom?

- Een drager van een deel van het erfelijk materiaal van een organisme.

- Iedere lichaamscel heeft 23 chromosoomparen (46 chromosomen).

Autosomen

- Alle chromosomen behalve de geslachtschromosomen.

- Qua lengte en vorm twee aan twee gelijk aan elkaar.

Heterosomen

- Chromosomen die het geslacht bepalen

- X-chromosoom is stabieler en draagt veel meer genen dan het Y-chromosoom

Wat zijn de verschillende fases van de celcyclus?

- Interfase:

* G0-fase

* G1-fase

* S-fase

* G2-fae

- M-fase (mitose)

* Profase

* Metafase

* Anafase

* Telofase

Interfase

- Het stadium tussen twee op elkaar volgende mitosen

- Grootste gedeelte eukaryote celcyclus

- Chromosomen niet microscopisch waarneembaar

G0-fase

Rustfase waarin geen celdelingen plaatsvinden

G1-fase

- Voorbereiding op DNA-synthese OF differentiëren

- Cel wordt groter

- Checkpoint: klaar voor replicatie? --> cyclines

S-fase

- Cel groeit verder

- DNA-replicatie (chromosomen / DNA-streng verdubbeld)

G2-fase

- Voorbereiding op kerndeling

- Controle op kopieerfouten (checkpoint)

Mitose

Celdeling van een cel naar twee identieke cellen.

Profase

- 46 chromosomen (92 chromatiden) in de cel

- Chromatinedraden gespiraliseerd --> kort, dik, zichtbaar

- Kernmembraan en kernlichaampjes verdwijnen

- Spoellichamen / centrosomen worden zichtbaar uiteinde cel

- Late profase / prometafase: vanuit de spoellichamen ontstaan trekdraden

Metafase

- Chromosomen nog korter en dikker (verder oprollen --> prometafase)

- Chromatiden bewegen naar midden van de cel (equatorvlak), gaan op een rijtje liggen

- Trekdraden ontstaan en binden aan centromeer (plek waar twee zusterchromatide aan elkaar binden)

- Checkpoint: trekdraden goed aangehecht?

Anafase

- Twee chromatiden van ieder chromosoom worden door de trekdraden naar de polen getrokken

- Beide helften nu 46 chromosomen

Telofase

- Aangekomen bij de polen gaan ze despiraliseren (lang, dun, minder zichtbaar)

- Spoellichamen / centrosomen verdwijnen

- Kernlichaampjes weer zichtbaar

- Elke celkern bevat 46 chromosomen (23 paren) --> 1 cel, twee celkernen

Cytokinese

- Mitose klaar

- Ontstaan twee cellen

- Cytoplasma wordt verdeeld --> 23 paar chromosomen, diploïde cellen (2n)

Meiose

Meiose of reductiedeling is een combinatie van opeenvolgende kerndelingen, waardoor haploïde kernen ontstaan uit een diploïde kern. Meiose omvat meiose I en meiose II

Profase I

- Langer dan bij mitose

- 46 chromosomen, 92 chromatiden

- Homologe chromosomen naar elkaar toe (korter en dikker) --> uitwisseling van genen vindt plaats (crossing-over)

- Stoten elkaar af, op bepaalde plekken (chiasmata) nog bij elkaar

- Kernmembraan en kernlichaampjes verdwijen

- Homologe chromosomen naast elkaar

Metafase I

- Chromosomen bewegen naar equatorvlak

- Gaan op een rijtje liggen (homologe chromosoomparen onder elkaar)

- Vanuit centrosomen ontstaan trekdraden en binden aan centromeren

Anafase I

- Homologe chromosoomparen gaan uit elkaar (NIET uit elkaar getrokken)

- Van moeder en vader naar andere helft

- Trekdraden trekken zich terug naar uiteinde van de cel en nemen chromosoompaar mee

- Beide helften: 23 chromosoomparen, 46 chromatiden

Telofase I

- Spoellichamen verdwijnen

- Nieuwe kern om de chromosomen

- Chromosomen ontvouwen

- Beide 23 paar haploïde cel

- Eén cel, twee celkernen --> twee nieuwe cellen

Meiose I

Reductie van het aantal chromosomen. Er zijn nog wel 23 paar chromosomen, deze zijn echter niet identiek aan elkaar. Daarom wordt het alsnog een haploïde cel genoemd.

Meiose II

Celdeling waarin uit twee haploïde cellen vier dochtercellen ontstaan. Verder een gewone mitotische deling.

Profase II

- Beide cellen een extra pool

- Centrosomen naar uiteinde cel

- 23 chromosomen, 46 chromatiden

Metafase II

- Chromosomen naar equatorvlak

- Chromosomen naast elkaar

- Trekdraden binden aan centromeren

Anafase II

- Centromeren delen zich nu wel

- Chromosomen worden door de trekdraden naar de polen getrokken

- Losse DNA strengen

Telofase II

- Vier nieuwe cellen gevormd

- 23 chromosomen

Autosomale dominante overerving

- Patiënten bijna altijd heterozygoot (Aa)

- Afwijking slaat geen generatie over

- Aa x aa --> 50% gezond, 50% ziek

Autosomale recessieve overerving

- Symptomen alleen bij homozygoot (aa)

- Twee ouders heterozygoot: 25% kans kind

X-chromosomale dominante overerving

- Vaders geven alleen door aan dochters

- Vrouwen aan de helft van de dochters en de helft zonen

- Frequentie aandoening twee keer zo hoog bij vrouwen

- Bij heterozygote vrouwen symptomen minder erg dan bij mannen

X-chromosomale recessieve overerving

- Homozygote vrouwen meestal alleen ziektebeeld

- Vrijwel alleen mannen ziek

- Alle dochters van een aangedane zijn draagster

Single nucleotide polymorfismen (SNP's)

- Eenvoudigste verschillen in DNA-sequenties waarbij slechts 1 nucleotide verschilt tussen twee sequenties

- Common SNP --> minimaal 10% bevolking

- Meer dan 50% --> geen SNP meer, gewoon genotype

- Meestal C vervangen door T

Waardoor ontstaan SNP's?

- Door kopieerfouten in de DNA-replicatie.

- Zijn verantwoordelijk voor een verhoogd/verlaagd risico op een bepaalde ziekte (meer onderzoek nodig)

Wat is een mutatie?

- Een verandering in het DNA, waarbij chromosomen met elkaar zijn uitgewisseld.

- Grotere kans op ziekte

- Kunnen positieve, negatieve of geen invloed hebben op een individu

Substitutie

Een base is vervangen door een andere base.

Insertie

Een extra base toegevoegd.

Deletie

Een base minder

Nonsense mutatie (allemaal puntmutaties)

Codon dat wordt gevormd, is een stopcodon, waardoor eiwitsynthese stopt

Translocatie

Een stukje van het ene chromosoom zit op een ander chromosoom

Inversie

Gedeelte van een chromosoom omgedraaid

Duplicatie

Een mutatie waarbij een deel van het chromosoom verdubbeld is.

Wat zijn chromosomale veranderingen?

- Chromosomale mutatie

- Impact groot --> chromosoom meerdere genen

- Iets misgegaan bij meiose/reductiedeling

DNA-profiling

- Techniek waarbij individuen via hun respectievelijke DNA-profielen kunnen worden geïdentificeerd en vergeleken kunnen worden.

- Niet-coderend DNA bestaan uit STR --> maken DNA-profiel uniek

- Ingezet bij forensisch onderzoek en vaderschapstest

Wat is een Short Tandem Repeat (STR)?

- Vaak 2, 3, 4 nucleotiden lang

- Vaak herhaald

- Intronen

- Te korte / lange STR --> mogelijk ziekte of aandoening tot gevolg --> genfunctie verstoord

- Ook bij transplantatie gekeken

- DNA-match maken maar op verschillende locaties (13) vergelijken

DNA-sequencing

Sequence-PCR:

- Basenvolgorde bepalen door aflezen welke basen tijdens een speciale PCR-reactie worden ingebouwd

- OOK DIdeoxynucleotiden toegevoegd aan de reactie

- Mist een OH-groep (plek hechten nieuwe nucleotiden) --> DNA-synthese stopt

- Replicatie blijven herhalen --> elke plek dideoxynucleotiden ingebouwd

- Veel DNA-fragmenten met slecht 1 nucleotide in lengte verschil

- Gelelektroforese --> fragmenten scheiden op lengte

- Aan dideoxynucleotiden fluorescerende stof --> elke stikstofbase eigen kleur (elk DNA-fragment kleur laatst ingebouwde nucleotide)

- Detector leest kleur af

Sanger sequencing

- Doel DNA meerdere keren gekopieerd, waarbij fragmenten verschillen van lengte

- DNA-sample gecombineerd in een buis met primer, DNA-polymerase en DNA-nucleotiden

- Mengsel opgewarmd --> twee strengen scheiden

- Afkoelen --> primer binden template streng

- Primer bindt --> temperatuur weer verhoogd --> DNA-polymerase nieuw DNA maken vanaf primer totdat dideoxynucleotide aan de streng wordt toegevoegd --> in cycli herhaal

- Gelelektroforese --> lange DNA-fragmenten van korte gescheiden (kortste fragment gel eerst bereiken)

- Gedetecteerd door laser (kleurstof) --> weet met welke stikstofbase dit fragment eindigt

- Verzamelde data in chromatogram

Wat is Genome-Wide-Association Study (GWAS)?

- Onderzoek naar de studie van het volledige genoom

- Observationeel onderzoek naar genetische varianten in verschillende individuen

- Doel: verband leggen tussen genoom en mogelijke ziekte, meestal gericht op SNP's