T4B5 - Genexpressie

• Biologie
• Middelbare school
• vwo
• Leerjaar 5

DNA

4.5 Genexpressie

Leerdoelen

• 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 (=het aanstaan)

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 

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

* voorkomen van verspilling grondstoffen en energie

Prokaryoten

OPERON: 

- stuk DNA waarin regulatorgen, promotor en structuurgenen liggen alle genen die vorming van eiwit reguleren 

- bij prokaryoten codeert het regulatorgen voor een repressor

- bij eukaryoten codeert het regulatorgen voor transcriptiefactoren

genregulatie in een prokaryoot 

(structuur)-genen staan uit

genregulatie in een prokaryoot 

(structuur)-genen staan aan

structuurgenen bevatten de informatie voor eiwitten

Voorbeeld van genexpressie: Lac-operon

1. Inductor lactose bindt repressor
2. repressor kan operator niet meer blokkeren
3. RNA polymerase leest structuurgenen z, y, a transcriptie van mRNA eiwitsynthese van enzymen (B-galactosidase) voor vertering lactose

afbraak van lactose met behulp van enzym

bij E.coli (een bacterie)

Repressor/Corepressor

Repressors kunnen inactief worden gemaakt:

- Inductor bindt repressor waardoor operator vrijkomt

Of actief worden gemaakt:

- corepressor bindt aan repressor

- actieve repressor bindt aan operator

Stamcellen

Alle +/- 220 celtypen in een volwassen mens zijn ontstaan uit stamcellen 

Bij eukaryoten is de regulatie van genexpressie ingewikkelder. Wij hebben als mens ongeveer 220 verschillende celtypen, die allemaal zijn ontstaan uit één zygote. Om zoveel verschillende celtypen te kunnen vormen is complexe regulatie nodig.

Genregulatie eukaryoot  stamcellen

Stamcellen - cellen die nog niet (volledig) zijn gespecialiseerd en zich onbeperkt kunnen delen. 

Stamcellen (en kanker-,  zaadcelmoeder-  en eicelmoedercellen)  kunnen zich onbeperkt blijven delen door het enzym telomerase, wat een telomeer weer langer kan maken.

Typen: Omnipotent/totipotent, pluripotent, multipotent 

Verschillende stamcellen

• Omnipotente (totipotente): kunnen zich differentiëren tot elke celtype (ook placenta en navelstreng) 
• Pluripotente: kunnen zich differentiëren tot elke celtype van een het organismen.
• Multipotente: kunnen zich differentiëren tot een beperkt aantal celtypen.  

Telomerase

• Telomerase maakt telomeer weer lang
• Gebruikt RNA-deel om DNA te vormen
• In meeste cellen onderdrukt

Genregulatie en celdifferentiatie in embryonale stamcellen

regulatorgenen coderen in eukaryoten voor transcriptiefactoren

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. 

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

Voorbeelden apoptose

Genregulatie bij volwassenen

- De gen regulatie kan inhaken op alle tussenstappen bij het proces eiwitsynthese. 

Aan bod komen deze les

- regulatie via transcriptiefactoren  

- regulatie via compacter maken DNA

- regulatie via splicing 

- regulatie via RNA-interferentie met miRNA

regulatorgenen coderen in eukaryoten voor transcriptiefactoren

Genregulatie door: 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. --> AAN

-Repressors binden aan bepaalde sequenties in het DNA en blokkeren daardoor RNA-polymerase.  --> UIT

Genregulatie door: Alternatieve splicing

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. 

Genregulatie door:

RNA-interferentie (RNAi)

• Kort type RNA: micro-RNA (miRNA) 
• miRNA bindt eiwitcomplex en vormt miRNA-eiwit complex
• miRNA-eiwitcomplex remt genexpressie door het afbreken of blokkeren van mRNA-moleculen zodat geen translatie kan plaatsvinden.

RNAi

RNA-interferentie

miRNA

microRNA bindt aan een eiwitcomplex en zorgt ervoor dat het mRNA niet kan worden afgelezen. 

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.  Dit kan worden doorgegeven aan het nageslacht. 

Aan de slag!

Wat?	Maak van basisstof 5: opdr. 28 t/m 37
Hulp nodig?	Check je boek, vraag buur of docent.
Tijd:	20 min

Aan de slag!