Moleculaire genetica oefeningen 6CLIL

• Biologie
• Secundair onderwijs

Herhaling eiwitsynthese

Je kan na deze les:

• Uitleggen wat een essentieel aminozuur is.
  
• Uitleggen wat een niet-essentieel aminozuur is.
• De 4 structuren van een proteïne opsommen.
• Uitleggen hoe proteïne zijn opgebouwd aan de hand van de verschillende structuren.
• De twee stappen in eiwitsynthese opsommen.
• Opsommen waar de twee stappen van de eiwitsynthese plaatsvinden en dit schematisch voorstellen.
• Uitleggen wat transcriptie is + wat er gebeurt.
• Uitleggen wat translatie is + wat er gebeurt.
• Het begrip splicing uitleggen.
• Aan de hand van een gegeven nucleotiden bepalen welk eiwit er wordt gevormd.
• Uitleggen hoe 1 gen verschillende polypeptiden kan voortbrengen.

Genexpressie

= een gen komt tot uitdrukking tot expressie.

Is een proteïne gesynthetiseerd dan is het gen tot expressie gekomen. 

Erfelijke informatie in basesequentie DNA wordt omgezet in een fenotypisch kenmerk van een organisme.

Genexpressie

Fenotypisch kenmerk: 

• Uiterlijk waarneembaar kenmerk van het organisme.
• Productie enzym dat stofomzetting katalyseert.

Genexpressie

Heeft het organisme nood aan een eiwit, bijvoorbeeld voor de groei van cellen,  dan wordt het gen voor dit eiwit geactiveerd. 

Functies van eiwitten

• Enzymen
• Bouwstoffen, b.v.spieren, haar, nagels, collagene vezels ...
• Hormonen b.v. insuline
• Antistoffen
• Receptor: eiwitten met vaak suiker eraan vast in celmembranen
• Transport: eiwitten in celmembranen die stoffen doorlaten
• Als reservestof in plantzaden en eiwit van eieren

Structuur van een eiwit

• Primaire structuur
  
• Secundaire structuur
  
• Tertiaire structuur
  
• Quaternaire structuur

Primaire structuur 

= is de aaneenschakeling van aminozuren

Volgorde en hoeveelheid van aminozuren = karakteristiek voor een eiwit

Er zijn verschillende aminozuren:

• Essentiële = het lichaam kan deze
  niet produceren, opname via voeding 
• Niet-essentiële = kan het lichaam
  zelf produceren

Algemene structuur van aminozuren: 

Restgroep bepaalt het aminozuur

Aaneenschakeling via peptidebinding:  

Via een condensatie reactie wordt water afgesplitst, dehydratatie

Primaire structuur

Secundaire structuur

• Lokale vouwingen in drie dimensionele structuurelementen: alfa helix en beta-sheet
  
• H- bruggen tussen het H-atoom van de NH-groep en het O-atoom van de C=O-groep -> een spiraalstructuur (helix) of een vouwbladstructuur
  
• De α-helixstructuur: lange ketting van aminozuren uit de primaire structuur die zich opwindt als een spiraal, H-bruggen => stabiliteit
  
• De β-plaat: uit twee naast elkaar liggende polypeptideketens via H-bruggen 

Secundaire structuur

Tertiaire structuur 

Verdere vouwing in ruimtelijke vorm.

Aantrekkingskrachten tussen de zijketens, restgroepen.

Hydrofobe interacties, ion-interacties en zwavelbruggen.

Na vorming tertiaire structuur kunnen eiwitten  in de meeste gevallen hun functie vervullen 

Quaternaire structuur

• Associatie van meerdere eiwitketens
  
• Waterstofbruggen tussen verschillende peptidebindingen

Van DNA naar aminozuren

2 stappen:

• Transcriptie -> in de kern
  
• Translatie -> in het cytoplasma/cytosol

Transcriptie

1e stap in proteïnesynthese

Het aaneenrijgen van AZ tot polypeptide gebeurt in het cytosol via ribosomen.

DNA kan celkern niet verlaten, daarom wordt er een afdruk van het gen genomen in de vorm van een mRNA-molecule.

Transcriptie

RNA-polymerase (=enzym) herkent startsequentie en bindt aan DNA. 

Maakt DNA-strengen los van elkaar. Verbreekt H-bruggen.

RNA streng wordt opgebouwd via RNA-polymerase en complementaire baseparing.

De 3'->5' DNA-streng wordt afgelezen = template

5'->3'  mRNA wordt aangemaakt.

Stopsequentie, mRNA en RNA-polymerase komen los. 

Transcriptie

RNA-polymerase heeft geen herstelfunctie in tegenstelling tot DNA-polymerase. -> Werkt minder nauwkeurig dan DNA-polymerase.

Compensatie mindere nauwkeurigheid van RNA-polymerase:

• meerdere mRNA's aangemaakt op 1 gen. Bevatten niet allemaal fouten.
• mRNA-molecule heeft kortere levensduur, regelmatig afgebroken en vervangen

Nabewerking mRNA: Splicing

Exons = coderende DNA-fragmenten
Introns = niet-coderende DNA-fragmenten

Introns worden weg geknipt

en exons worden aan elkaar geplakt via enzymen.

mRNA naar cytosol via kernporiën.

Genetische code

Opeenvolging van 3 basen is een triplet. 

Een triplet in het mRNA wordt codon genoemd.

3 basen, een codon codeert voor 1 aminozuur.

Al de 64 codons = genetische code.

AUG = start codon geeft weer waar de translatie kan starten, dit codon codeert ook voor het aminozuur methionine.

UGA, UAA, UAG = stop codons geven weer waar de translatie stopt, deze coderen niet voor een aminozuur.

Een triplet in het tRNA wordt anticodon genoemd.

Genetische code

Deze code is vrij universeel, in bijna alle organismen coderen dezelfde codons voor dezelfde aminozuren.

Gevolg: Laat toe genen van het ene organisme over te brengen naar het andere.

Het is een gedegenereerde code: De meeste aminozuren worden gecodeerd door meerdere codons. 64 codons voor 20 aminozuren.

Translatie

Basesequentie van mRNA omzetten naar aminozuursequentie.

Aaneenschakeling aminozuren via ribosomen in het cytoplasma.

Aminozuren kunnen niet binden met basen -> adaptor molecule t-RNA.

Translatie: Structuur tRNA

• Enkelstrengig RNA
  
• Baseparing op 4 plaatsen
  
• 3 lussen
  
• Triplet in 3’->5’ in lus 2
    = anticodon
  = complementair aan mRNA

Translatie: Structuur tRNA

Vrije 3' uiteinde = CCA triplet
voor binding AZ.

Functie tRNA = aanbrengen

AZ voor bouw polypeptide.

Translatie: Structuur ribosoom

• Los in het cytosol.
• Gebonden op membraan ruwER.

2 subeenheden : grote & kleine.

Opgebouwd uit ribosomaal RNA (rRNA)

en ribosomale proteïnen. 

Lezen codons van het mRNA af.

Translatie: Stap 1 activering AZ

Juist AZ aan juiste tRNA via specifieke enzymen en tegelijk activatie van AZ. Het gevolg van de activatie is AZ binding op 3’ acceptorplaats van juiste t-RNA.

Translatie: Stap 2 vorming startcomplex

1. T-RNA, m-RNA AZ voorradig in cytosol.
2. Ribosoom splitst in 2 subeenheden.
   
3. mRNA zet zich vast op de M plaats van de kleine subeenheid.
4. t-RNA met zorgt voor baseparing met zijn anticodon UAC met het startcodon AUG van mRNA.
   
5. Grote subeenheid hecht zich aan de kleine, zo komt mRNA tussen de 2 en t-RNA zich op de P-plaats bevindt. A plaats is vrij.
   

M = kanaal waar mRNA kan binden.

P en A, plaatsen waar t RNA kan binden.

PT= peptidyl transferase = ribosomaal proteïne vergemakkelijkt vorming peptidebinding tussen AZ.

Translatie: Stap 3 opbouw polypeptide keten

• 5 Baseparing tussen 2e codon mRNA  op A-plaats  en anticodon van t-RNA. 
• 6 Peptidebinding wordt gevormd tussen methionine en cysteïne via enzyme op PT-plaats, ontstaan dipeptiden. 1e TRNA is AZ kwijt.
• 7 Ribosoom schuift verder naar rechts over mRNA 1e t-RNA komt los, peptide gebonden aan 2e t-RNA komt op P-plaats, A-plaats opnieuw vrij.
  

Translatie: Stap 4 einde translatie en opvouwing polypeptideketen

12.  Laatste codon is stopcodon, het accepteert geen tRNA, wel losmakingsfactor= RF (release factor) .

13. tRNA, ;mRNA & polypeptide komen los van ribosoom

 Recyclage van moleculen of afbraak tot bouwstenen -> recuperatie.;

- Startmethionine afknippen

- S-bruggen tussen AZ: opvouwen -> functioneel eiwit.

Polysoom

Polysoom = parelsnoer van ribosomen op een mRNA-streng

Simultane translatie van eenzelfde mRNA

door meerdere ribosomen

🡻

resultaat: meerdere proteïnen, verhoogt de efficiëntie van de translatie van eenzelfde RNA

https://www.bioplek.org/animaties/moleculaire_genetica/gencodeoefenen.html

https://www.bioplek.org/animaties/moleculaire_genetica/transcriptiex.html

https://www.youtube.com/watch?v=gG7uCskUOrA

Oefenen

Los de vragen op de volgende slides op.

Een anticodon is een basentriplet

1. in DNA mRNA en tRNA
2. alleen in tRNA
3. alleen in mRNA
4. alleen in DNA

In een cel komen 3 types van RNA voor: mRNA, tRNA, rRNA (ribosomaal = onderdeel van het ribosoom). Welke uitspraak is juist?

1. Alleen mRNA wordt gesynthetiseerd door transcriptie
2. Alleen mRNA en tRNA komen tot stand via transcriptie
3. Alle RNA types spelen een rol bij transcriptie
4. De 3 types RNA worden aangemaakt via transcriptie

Hoe verandert de aminozuur sequentie als bij volgend mRNA: UAUCUAUCUAUC
a) De tweede base A vervangen wordt door een base U?
b) De tweede base C wordt vervangen door een base G?
Tip: klik op de afbeelding om hem te vergroten.

Een tRNA-molecule heeft als anticodon AUG. Welke basesequentie in het DNA codeert voor het aminozuur dat door tRNA wordt aangebracht?

1. UAC
2. TAG
3. ATG
4. TTC

Ook al zijn er voldoende noodzakelijke moleculen, het translatie proces zal stoppen omdat:

1. Er een losmakingsfactor bindt op het ribosoom
2. De opbouw van de polypetide stilvalt
3. Een polypeptide zich opvouwt tot een proteïne
4. Er een stopcodon voorkomt op het mRNA

Zet de zinnen over translatie op de volgende slide in de juiste volgorde. Dit doe je door de zinnen te verslepen naar het overeenkomstig getal. 

1

2

3

4

5

6

mRNa hecht zich aan kleine subeenheid

Ribosoom verplaatst zich over mRNA

Juist AZ hecht aan juist tRNA

Polypeptide vouwt tot een afgewerkt proteïne

tRNA bind aan startcodon op mRNA

AZ wordt geactiveerd

Bij een patiënt met een getransplanteerde nier gaan de proteïnen van de niercellen na enige tijd ten gronden. Deze worden snel door andere vervangen. Volgens welke DNA-code worden deze vervangen?

1. Volgens die van de patiënt (= acceptor)
2. Volgens die van de donor

Het tabaksmozaïekvirus (TMV) infecteert de bladeren van tabaksplanten en veroorzaakt een mozaïek van vergeelde vlekken. De ziekte vermindert de opbrengst van de tabaksplanten.
Het genoom van TMV bestaat uit een RNA-streng van +- 6000 nucleotiden, omgeven door een mantel (capside) van 2150 identieke proteïne moleculen, die elk uit 158 aminozuren bestaan.
De vermenigvuldiging van TMV gebeurt in de cellen van de plant.

a) Verloopt de synthese van de TMV-proteïnen ook in 2 stappen (translatie en transcriptie)?

Het genoom van TMV bestaat uit een RNA-streng van +- 6000 nucleotiden, omgeven door een mantel (capside) van 2150 identieke proteïne moleculen, die elk uit 158 aminozuren bestaan.
De vermenigvuldiging van TMV gebeurt in de cellen van de plant.

b) Hoeveel nucleotiden van het RNA-genoom van TMV zijn codeletters voor de opbouw van capsideproteïnen (start en stop codons niet meegetelt)?

Het genoom van TMV bestaat uit een RNA-streng van +- 6000 nucleotiden, omgeven door een mantel (capside) van 2150 identieke proteïne moleculen, die elk uit 158 aminozuren bestaan.
De vermenigvuldiging van TMV gebeurt in de cellen van de plant.

c) Een deel van het RNA-genoom codeert voor enzymen die een rol spelen bij het binnendringen in de cellen van de tabaksplant. Hoeveel nucleotiden kunnen dat zijn? Leg uit.

In de gentechnologie brengt men genen van het ene organisme in het andere. De overgebrachte genen komen er ook tot expressie omdat nagenoeg alle organismen dezelfde genetische code gebruiken. Waar of niet waar?

1. Waar
2. Niet waar

1 gen verschillende polypetiden

Eén gen kan verschillende proteïnen vormen door:

• Alternatieve splicing van pre-mRNA 
• Meerdere startplaatsen voor transcriptie van één gen 
• Modificatie van proteïnen na translatie 

-> Informatiedichtheid van DNA wordt vergroot

Alternatieve splicing van pre-mRNA

Door variatie in splicing proces:

Verschillende rijpe mRNA’s geven verschillende polypeptide-ketens. 

Meerdere startplaatsen voor transcriptie van één gen

Variatie startplaats transcriptie:

1 gen 

🡻

mRNA’s van verschillende lengte

🡻

polypeptiden van verschillende lengte,

structuur en functie

Modificatie van proteïnen na translatie
 

1 gen kan verschillende eiwitproducten opleveren:

Proteïnen enzymatisch wijzigen na translatie:

- aanhechten korte sacharidenketens (in ER en golgiapparaat)

- aanhechten fosfaatgroep (in elk celcompartiment)
is een   

schakelaar voor (in-)activeren
van een proteïne

- Aangemaakte polypeptide-ketens kunnen worden doorgeknipt