4.5 Genexpressie

• Biologie
• Middelbare school
• vwo
• Leerjaar 5

DNA

4.5 Genexpressie

Lesprogramma

• Huiswerk
• Leerdoelen
  
• Uitleg
• Vragen
• Nabespreken
• Huiswerk

Welke vragen van het huiswerk willen jullie dat ik bespreek?

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

OPERON: 

- stuk DNA waarin regulatorgen, promotor en structuurgenen liggen 

- alle genen die vorming van eiwit reguleren 

- bij prokaryoten codeert het regulatorgen voor een repressor

genregulatie in een prokaryoot 

(structuur)-genen staan uit

genregulatie in een prokaryoot 

(structuur)-genen staan aan

structuurgenen bevatten de informatie voor eiwitten

REPRESSIE

• regulatorgen codeert voor repressor.
  
• geen lactose, geen transcriptie
  
• repressor blokkeert operator
  
• RNA polymerase geblokkeerd
  
• structuurgenen kunnen niet afgelezen worden.
  
• regulatorgen codeert voor repressor.
  
• - geen lactose, geen transcriptie
  
• - repressor blokkeert operator
  
• - RNA polymerase geblokkeerd
  
• - structuurgenen kunnen niet afgelezen worden.
  

afbraak van lactose met behulp van enzym

bij E.coli (een bacterie)

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 (B-galactosidase) voor vertering lactose

Gen staat uit

Gen staat aan

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

Wat is genexpressie?

1. het tot uiting komen van een gen
2. het afgelezen worden van een gen
3. het maken van eiwitten op ribosomen
4. het maken van verschillende celtypen

Genexpressie is het tot uiting komen van genen. Hiervoor moet het gen afgelezen worden, en worden vertaald naar een eiwit. Genexpressie zorgt ervoor dat er verschillende celtypen (kunnen) bestaan. 

Waarom is het voor E. coli gunstig om deze enzymen niet altijd te maken?

1. Als er te veel zijn is het giftig
2. Zonder lactose zijn ze niet nodig
3. De omgeving maakt deze enzymen ook

De enzymen voor de afbraak van lactose worden alleen gemaakt als er lactose als voedingsstof aanwezig is. Als de enzymen zouden worden afgeschreven terwijl er geen lactose aanwezig is, kost dit kostbare bouwstoffen (RNA, aminozuren), terwijl het enzym niks te doen heeft. Het kost dan dus bouwstenen en energie om het enzym te maken, maar de cel krijgt er niks voor terug.

Wat is de situatie?

1. Veel lactose, repressor inactief
2. Veel lactose, repressor actief
3. Weinig lactose, repressor inactief
4. Weinig lactose, repressor actief

Er is veel lactose en de repressor is inactief. Dit kan je zien aan het feit dat de structuurgenen worden afgelezen. De structuurgenen worden alleen afgelezen als de repressor inactief is, en de repressor is alleen inactief als er veel lactose is. 

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 

Telomerase

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

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.  

Genregulatie en celdifferentiatie in embryonale stamcellen

regulatorgenen coderen in eukaryoten voor transcriptiefactoren

LES TRANSCRIPTIE:

RNA-polymerase bindt aan het DNA-startpunt (promotor), MITS er transscriptiefactoren aan vastzitten. 

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

Hoe vaak kan een stamcel zich delen?

1. maximaal 1 keer
2. een beperkt aantal keer
3. oneindig vaak

In stamcellen is telomerase actief. de telomeren worden dus bij elke deling verlengd, waardoor de cel kan blijven delen. 

Bij prokaryoten bindt RNA-polymerase aan de promotor als daar ook transcriptiefactoren gebonden zijn

1. waar
2. niet waar

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. 

Epigenetica

= wetenschap over de omkeerbare veranderingen in de activiteit van genen, die niet het gevolg zijn van veranderingen in de nucleotidevolgorde in het DNA.

•  o.a. de histonbinding en DNA-methylering uit de vorige slide. 

Genregulatie bij volwassenen

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

Aan bod komen deze les

- regulatie via transcriptiefactoren  (activatoren en repressor)

- regulatie via compacter maken DNA

(histonen en methylethylering)

- regulatie via alternatieve splicing 

- regulatie via RNA-interferentie met miRNA

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

1. juist
2. onjuist

Hoe noem je transcriptiefactoren die leiden tot meer genexpressie?

1. enhancer
2. repressor
3. activator

Waarvoor staat de afkorting miRNA?

1. medium interfering RNA
2. micro RNA
3. messenger insert RNA
4. micro interfering RNA

In een gen zijn 7 exons. Na transcriptie kunnen door alternative splicing meerdere mRNA's ontstaan die worden vertaald verschillende eiwitten.

1. waar
2. niet waar

DNA-methylering houdt in:

1. De allelen worden niet goed gelezen.
2. De allelen worden beter afgelezen.
3. Het aflezen van allelen wordt beter of minder.

Huiswerk

Leer blz. 99 t/m 110.

Maken + nakijken opdr. t/m 38.