V5 Thema 4 DNA B5 Genexpressie

• Biologie
• Middelbare school
• vwo
• Leerjaar 5

practicum DNA isolatie aarbei/erwt

1 doosje aardbeien

 ±20 kleine bekerglazen en 20 grote plastic/glazen reageerbuizen

(koffie)filterpapier of tissues 

10 vorken/vorkjes (om te prakken) 

3 vaten keukenzout, zeepoplossing (±1 L), ijskoude ethanol (±1 L)  

Sateprikkers (om DNA op te lepelen) 

- Evt. nog roerstaafjes en reageerbuisrekjes voor als leerlingen het met eigen wangslijmvlies willen proberen. 

www.scienceinschool.org

Thema 4 DNA - Bs 5 Genexpressie (regulatie)

Waarom is een cel in je iris blauw/groen/bruin en een cel van het oogwit wit? 

Leerdoelen B5

• Je kunt verschillende manieren van genregulatie beschrijven bij prokaryoten

• Je kunt verschillende manieren van genregulatie beschrijven bij eukaryoten

• Je kunt beschrijven wat het belang is van genexpressie voor zelfregulatie en zelforganisatie van een organisme

genregulatie / genexpressie

Genregulatie

het aan- en uitzetten van een gen

Genexpressie

de informatie van het DNA wordt overgeschreven tot RNA, waarvan de code door translatie kan worden omgezet tot een eiwit

doel van genregulatie

* variatie in intensiteit van genexpressie (tot uiting komen)

- enzymen nodig voor basisfunctie cel                    altijd expressie
- enzymen voor specifieke functie cel             niet altijd expressie

* voorkomen van verspilling grondstoffen en energie

OPERON: 

- stuk DNA waarin regulatorgen, promotor en structuurgenen liggen 

- alle genen die vorming van eiwit reguleren 

- alleen bij prokaryoten

REPRESSIE:

- structuurgenen z, y, a

- geen lactose, geen transcriptie

- repressor blokkeert operator

- RNA polymerase geblokkeerd

- regulatorgen codeert voor repressor

OPHEFFING REPRESSIE:

- inductor lactose bindt repressor

- repressor kan operator niet meer blokkeren

- RNA polymerase leest structuurgenen z, y, a

- transcriptie van mRNA 

- eiwitsynthese van enzymen voor vertering lactose

genregulatie in een prokaryoot 

(structuur)-genen staan uit

genregulatie in een prokaryoot 

(structuur)-genen staan aan

structuurgenen bevatten de informatie voor eiwitten

lactose is inductor die operator activeert

Repressor/ corepressor

Repressors kunnen inactief worden gemaakt:

- Inductor bindt repressor waardoor operator vrijkomt

Of actief worden gemaakt:

- molecuul bindt aan corepressor

- repressor bindt aan operator

Biobegrippen bij 4.5 Genexpressie (regulatie)

- Transcriptiefactoren (*activatoren = actie

en *repressors = remming) 

Regulatorgen (voor repressor), vs. structuurgen (voor functionele eiwitten)

- Operon (bij prokaryoten) - regulatiegebied in DNA
 *subtraat activeert benodigde gen voor enzym om dit subtraat te verteren.
bijv. bij lactose waardoor operator vrijkomt en genexpressie van  lactase start. 

maak opdr 28 en 29

Activator / repressor

RNA-polymerase heeft de hulp nodig van transcriptiefactoren om de transcriptie te kunnen beginnen.

-Activators binden aan een specifieke DNA-sequentie genaamd enhancer.

-Repressors binden aan bepaalde sequenties in het DNA en blokkeren daardoor het transcriptiecomplex
(RNA-polymerase kan niet binden) 

Histonbinding +

DNA-methylering

Bepaalde stoffen kunnen de histonen ertoe aanzetten om het DNA steviger of juist losser te binden: dat bepaalt de mate waarin het DNA is af te lezen.

Als het DNA op bepaalde plaatsen niet meer is af te lezen omdat er methylgroepen (meestal aan cytosine) zijn gebonden, noem je dat DNA-methylering. De volgorde van nucleotiden verandert niet, dit kan wel worden doorgegeven aan het nageslacht!

Biobegrippen bij 4.5 Genexpressie (regulatie)

- transcriptiefactoren : activatoren / respressors (zie 71F) 

- Epigenetica (bovenop het dna)

- Dichte (gecondenseerd) DNA rond histon-eiwitten, of meer lichte/open regio's waar RNA-polymerase kan werken. 

- Methylering (-CH3 groep die aan DNA wordt gezet)

* Dit wordt vanuit omgevingsfactoren gestimuleerd/geremd.  En kan over generaties worden overgedragen -> Bijv. hongerwinterkinderen, zorggedrag bij ratten 

Begrippen B5 Genexpressie

• Genregulatie
  
• Genexpressie
  
• Structuurgenen (operon)
• Regulatorgenen
  
• Stamcellen: omnipotent, pluripotent, multipotent
  
• Apoptose
  
• Genregulatie volwassen eukaryoot: activator, repressor, histonbinding, DNA-methylering, RNA-processing (splicing), RNA-interferentie
  
• Epigenetica

Termen

Genregulatie:        het aan- of uitzetten van een gen

Genexpressie:      wanneer een gen aan staat, kan door transcriptie RNA

                                      ontstaan en door translatie een eiwit

Structuurgenen: genen in prokaryoten die de informatie bevatten voor vorming van eiwit

Regulatorgenen: genen die ervoor zorgen dat de juiste genen op het juiste moment en de juiste plaats tot expressie komen

- repressor (prokaryoot)

- activeren of remmen m.b.v. eiwitten (eukaryoot)

Maak opdracht 28 en 29

genexpressie is belangrijk voor specialisatie cellen

(= celdifferentiatie = elke cel zijn eigen vorm en functie)

Genregulatie eukaryoot  stamcellen

Alle +/- 220 celtypen in een volwassen mens zijn ontstaan uit stamcellen - cellen die nog niet (volledig) zijn gespecialiseerd.

Zaadcelmoedercellen, eicelmoedercellen, stamcellen en kankercellen kunnen zich onbeperkt blijven delen door het enzym telomerase, wat een telomeer weer langer kan maken.

Typen: Omnipotent/totipotent, pluripotent, multipotent --> zie afbeelding.

https://biology.stackexchange.com/questions/1145/fetal-development-gastrulation-and-embryonic-disc 

Telomerase

• Zaadcelmoedercellen, eicelmoedercellen, stamcellen en kankercellen blijven onbeperkt delen
• Telomerase maakt telomeer weer lang
• Gebruikt RNA-deel om DNA te vormen
• In meeste cellen onderdrukt

Genregulatie en celdifferentiatie in embryonale stamcellen

regulatie embryonale ontwikkeling

Regulatie van de genexpressie tijdens ontwikkeling van een fruitvlieg

manipulatie

Apoptose

= Geprogrammeerde celdood. 

Wanneer een cel ongewenst is, zullen enzymen de cel doden. Elke cel cel bevat deze enzymen, die hun werk doen zodra ze worden geactiveerd. 

Ongewenste cellen kunnen cellen zijn met een fout of in de embryonale ontwikkeling --> afbeelding.

Het cytoskelet wordt afgebroken en het DNA van de cel wordt in stukjes geknipt.

Voorbeelden apoptose

Alternatieve splicing

Zoals al in Basisstof 3 genoemd, zijn er verschillende mogelijkheden voor splicing van een pre-mRNA-molecuul. Hierdoor kunnen verschillende mRNA-moleculen worden gevormd en kan één gen coderen voor verschillende eiwitten. 

De omgeving en functie van de cel bepaalt welk eiwit er wordt gemaakt.

nl.wikipedia.org

RNA-interferentie 

(RNAi)

Ten slotte het laatste type genregulatie: RNA-interferentie of RNAi. Een kort type RNA: micro-RNA (miRNA) remt de expressie van genen door het afbreken of blokkeren van mRNA-moleculen zodat geen translatie kan plaatsvinden.

Maak opdracht 30 t/m 37 af

Neem daarna Leefwereldcontext 'Verandering van vachtkleur' door en maak opdracht 38 + Olympiade opdracht 8

Oefen de flitskaarten en controleer je leerdoelen met Test Jezelf

Het aan- en uitzetten van een gen

1. genexpressie
2. genregulatie

wanneer een gen aan staat, kan door transcriptie RNA ontstaan en door translatie een eiwit

1. genexpressie
2. genregulatie

Wat zijn regulatorgenen?

Wat zijn structuurgenen?