4. DE EIWITSYNTHESE

HET CENTRALE DOGMA VAN DE CELBIOLOGIE

  • DNA → mRNA → eiwit

    • transcriptie in celkern

    • translatie in cytoplasma, bij ribosomen

  • waarom wordt DNA niet direct vertaald naar eiwit?

    • DNA kan niet door kernporiën

    • snellere werking; meerdere RNA-kopiën van één DNA-streng mogelijk

  • DNA vs RNA

    Kenmerk

    DNA

    RNA

    Volledige naam

    Deoxyribonucleic acid

    Ribonucleic acid

    Suiker

    deoxyribose

    ribose

    Aantal strengen

    dubbelstrengig (dubbele helix)

    enkelstrengig

    Basen

    A, T, C, G

    A, U, C, G

    Unieke base

    Thymine (T)

    Uracil (U) i.p.v. thymine

    Locatie

    voornamelijk in de celkern

    in kern én cytoplasma

    Stabiliteit

    zeer stabiel

    minder stabiel

    Functie

    opslag van genetische informatie

    overdracht en uitvoering van info

    Soorten

    één type (DNA)

    mRNA, tRNA, rRNA, enz.

  • types RNA; zie ook cursus p. 190

    • mRNA = messenger

      • bevat de code voor een eiwit; wordt vertaald door ribosomen

    • rRNA = ribosomaal

      • onderdeel van het ribosoom; helpt bij eiwitsynthese

    • tRNA = transfer

      • brengt AZ’en naar het ribosoom tijdens de eiwitsynthese

    • snRNA = small nuclear

      • vormt samen met eiwitten het spliceosoom, dat intronen uit pre-mRNA knipt

    • miRNA = micro

      • RISC = RNA-Induced Silencing Complex

      • reguleert genexpressie door;

        • inhiberen/blokkeren translatie

        • mRNA afbraak

    • siRNA = small interfering

      • RISC = RNA-Induced Silencing Complex

      • reguleert genexpressie door;

        • inhiberen/blokkeren translatie

        • mRNA afbraak

    • piRNA = PIWI-interacting

      • beschermt het DNA van kiemcellen (zoals eicellen en zaadcellen) tegen schadelijke elementen

    • lncRNA = long non-coding

      • lange RNA’s (>200 nt) die niet coderen voor eiwitten

      • reguleert genexpressie door;

        • inhiberen/blokkeren transcriptie én translatie

DE TRANSCRIPTIE

INITIATIE

TATA-box

  • = specifieke sequentie i/h DNA (TATAAA) die vaak voorkomt bij eukaryote promotors

  • ligt ongeveer 25-30 basen vóór het transcriptiestartpunt, namelijk 5’ UTR

  • herkenningspunt voor transcriptie

TFIID

  • = Transcriptie Factor II type D

  • eiwitcomplex dat als eerste bindt aan de TATA-box

    • bevat subunit genaamd TBP (TATA-binding protein)

TFIIH

  • = Transcriptie Factor II type H

  • functies eiwitcomplex;

    • helicase = zorgt voor het ontwinden en losmaken van de DNA streng

    • kinase = fosforyleert de C-terminale staart (CTD) van RNA-polymerase II, wat nodig is om over te gaan van initiatie naar elongatie

TIC

  • = Transcription Initiation Complex

  • nadat TFIID is gebonden, komen er meer transcriptiefactoren bij, samen met RNA-polymerase II

    • dit geheel vormt het TIC

  • als alles goed is gepositioneerd, begint RNA-polymerase II met het aflezen van het DNA en maakt het een mRNA-streng

ELONGATIE

  • RNA-polymerase II beweegt langs het DNA en bouwt een mRNA-keten op, base per base

    • 3’ → 5’ voortbeweging RNA polymerase over template strand

    • 5’ → 3’ aanmaak mRNA

  • via de template strand wordt dus een complementaire strand opgebouwd, die het kopie is van de coding strand

  • waar op het DNA een A zit, komt een U in het RNA!!

TERMINATIE

  • wanneer RNA-polymerase een terminatiesignaal tegenkomt, stopt de transcriptie

  • mRNA komt vrij, maar is nog niet helemaal klaar voor gebruik...

PROCESSING

  • opm; onderstaande processen vinden allemaal plaats nog voordat het mRNA de kern heeft verlaten, dit gebeurt dus niet in het cytoplasma!!

RNA-capping

  • aan 5’ uiteinde (kop) wordt een kapje gezet

    • bevat gemethyleerd guanine

Poly-adenylatie

  • 3’ uiteinde (staart) wordt getrimd

    • stuk RNA wordt afgesneden thv bepaalde sequentie

    • vervolgens wordt reeks adenosines toegevoegd

Spliceosoom

  • = complex van eiwitten en kleine RNA’s (snRNAs)

    • snRNAs + eiwitten = snRNPs = “snurps”

  • verwijdert de intronen (niet-coderende stukken) uit het pre-mRNA

  • exonen (coderende stukken) worden aan elkaar geplakt

    • pre-mRNA → matuur mRNA, klaar voor translatie

  • alternative splicing = pre-mRNA kan op verschillende manieren "gesplicet" worden

    • uit één gen;

      • kunnen meerdere, verschillende mRNAs ontstaan

      • kunnen bijgevolg ook meerdere eiwitten ontstaan, elk met een andere structuur en functie

TRANSPORT

NPCs

  • = nucleaire poriëncomplexen

  • eiwitpoorten in het nucleaire membraan; regelen wat in / uit de kern mag

  • mRNA wordt actief door NPCs getransporteerd naar het cytoplasma

    • gebeurt met hulp van transporteiwitten die mRNA begeleiden

Ribosomen

  • eenmaal in het cytoplasma, kan mRNA;

    • vrije ribosomen bereiken → maken eiwitten voor in de cel zelf

    • binden aan ribosomen op het RER → eiwitten voor export of membraan

MVB

  • = multivesicular bodies

  • bevatten kleine vesikels

  • geen directe spelers in mRNA-transport naar ribosomen, kunnen rol spelen in;

    • mRNA-opslag, -afbraak of -transport via blaasjes

    • mRNA-regulatie

    • afgeven van mRNA via exosomen naar andere cellen

      • vb. cel-cel communicatie tussen cellen, kankervorming, virusinfecties …

DE TRANSLATIE

INITIATIE

  • kleine ribosomale subunit bindt aan mRNA bij de 5'-cap

    • schuift langs het mRNA volgens 5’ → 3’ richting op zoek naar het startcodon (AUG)

    • tRNA bindt aan startcodon, en bevat;

      • anticodon = UAC

      • aminozuur = methionine (Met)

  • grote ribosomale subunit komt erbij → complete ribosoom is gevormd

  • eerste tRNA bindt aan de P-site

    • A- en E-site zijn nog leeg

Aminoacyl-tRNA-synthetasen

  • = enzymen die zorgen dat juiste aminozuur aan juiste tRNA wordt gekoppeld

    • elk aminozuur heeft zijn eigen aminoacyl-tRNA-synthetase

Polysomen

  • meerdere ribosomen kunnen tegelijk aan één mRNA zitten

    • = polysoom; kralenketting van ribosomen

  • zo worden veel eiwitten tegelijk geproduceerd van één mRNA

A-, P- en E-site

ribosoom heeft drie "plaatsen" waar tRNA’s tijdelijk binden;

Site

Naam

Functie

A-site

aminoacyl-site

nieuwe tRNA met aminozuur komt hier binnen

P-site

peptidyl-site

hier zit tRNA met groeiende aminozuurketen

E-site

exit-site

tRNA zonder aminozuur vertrekt hier

ELONGATIE

gebeurt steeds in een cyclus, tot stopcodon wordt bereikt;

  • nieuw tRNA met bijpassend anticodon bindt aan het codon in de A-site

    • codon = groep van 3 basen op het mRNA; codeert voor één aminozuur

    • anticodon = 3 basen die complementair zijn aan het codon; op het tRNA

  • aminozuur op het tRNA in de P-site wordt gekoppeld aan het aminozuur in de A-site → ontstaan peptidebinding

  • aminozuurketen zit nu vast aan het tRNA in de A-site

  • het ribosoom schuift één codon op;

    • tRNA uit de P-site → E-site → verlaat het ribosoom

    • tRNA uit A-site → P-site

    • nieuwe A-site wordt weer vrij voor een volgend tRNA

TERMINATIE

  • ribosoom bereikt een stopcodon op het mRNA;

    • UAA, UAG, of UGA

    • er bestaat geen tRNA dat hierop past

  • release factor (vrijmakings-eiwit) bindt in de A-site;

    • complete eiwit wordt losgekoppeld van het laatste tRNA

    • ribosoom valt uit elkaar in grote en kleine subunit

  • mRNA kan eventueel opnieuw gebruikt worden door andere ribosomen

  • eiwit is nu vrij in het cytoplasma (of verder verwerkt in het ER/Golgi)

SAMENGEVAT