Eiwitsynthese: Transcriptie en Translatie

Overzicht van de eiwitsynthese

• Eiwitsynthese bij prokaryoten bestaat uit transcriptie en translatie.
• Transcriptie is de omzetting van DNA naar een RNA-kopie (mRNA).
• Translatie is de vertaling van mRNA naar een eiwit.
• Prokaryote chromosomen zijn cirkelvormige DNA-moleculen zonder histonen, vrij in het cytoplasma.
• Transcriptie en translatie kunnen direct na elkaar plaatsvinden in prokaryoten.
• Ribosomen kunnen aan mRNA binden tijdens de transcriptie bij prokaryoten.
• Bij eukaryoten is er een extra stap: splicing.
• Splicing knipt stukken uit pre-mRNA om mRNA te vormen.
• Verschillende mRNA's kunnen uit één pre-mRNA gevormd worden.
• Transcriptie en splicing vinden plaats in de celkern; translatie buiten de celkern.
• Translatie gebeurt in het cytoplasma of op het ruw endoplasmatisch reticulum.
• Het genoom bevat alle genetische informatie (DNA-sequenties).
• Het transcriptoom omvat al het RNA dat via transcriptie gevormd is, inclusief pre-mRNA, tRNA en rRNA.
• Het proteoom is het geheel van alle aanwezige eiwitten in een cel.
• Het genoom is gelijk in alle lichaamscellen van een individu, maar transcriptoom en proteoom variëren per celtype en moment.

Definitie van een gen

• Een gen is een DNA-sequentie die via transcriptie wordt omgezet in RNA.
• Er zijn genen die coderen voor eiwitten en genen die coderen voor andere types RNA.
• Coderend DNA bevat de code voor eiwitten; niet-coderend DNA omvat onder andere regulerende sequenties.
• Een promotor is een niet-coderende DNA-sequentie vlak voor een gen die dient als startplaats voor transcriptie.
• In prokaryoten is er weinig niet-coderend DNA; in eukaryoten is het meeste DNA niet-coderend.
• Template streng (3' naar 5') van coderend DNA wordt gebruikt voor transcriptie.
• RNA is anti-parallel en complementair aan de template streng.
• De coderende streng (5' naar 3') is complementair en anti-parallel aan de template streng en komt overeen met het RNA, behalve dat T vervangen is door U.
• De sequentie van een gen verwijst meestal naar de sequentie van de coderende streng, gelezen van 5' naar 3'.

De Genetische Code

• Coderend DNA bevat de code om eiwitten te maken.
• DNA is opgebouwd uit vier nucleotiden (A, C, T, G).
• Cellen gebruiken 20 verschillende aminozuren voor eiwitsynthese.
• Een codon is een opeenvolging van drie DNA-nucleotiden die overeenkomt met een bepaald aminozuur.
• Een RNA-kopie van de DNA-code wordt gemaakt voor de vertaling tot een polypeptide.
• Voorstellingen van de genetische code zijn meestal RNA-codons (U in plaats van T).
• Er zijn 61 aminozuurcodons, 3 stopcodons (UAA, UAG, UGA) en 1 startcodon (AUG).
• Het startcodon AUG codeert ook voor methionine.
• De genetische code is redundant: meerdere codons kunnen coderen voor hetzelfde aminozuur.
• De genetische code is (bijna) universeel, met enkele uitzonderingen in bepaalde organismen.

Transcriptie en Splicing in de Eukaryote Cel

• Transcriptie vindt plaats in de celkern en bestaat uit initiatie, elongatie en terminatie.
• Transcriptie van DNA naar pre-mRNA wordt besproken, maar er zijn ook andere types RNA.

Initiatie

• Transcriptiefactoren binden op de promotor.
• RNA-polymerase bindt aan de promotor.
• Transcriptiefactoren en RNA-polymerase vormen samen het startcomplex.

Elongatie

• ATP voorziet RNA-polymerase van energie.
• RNA-polymerase komt los van het startcomplex en beweegt over het DNA, weg van de promotor.
• H-bruggen binnen de helix en tussen de complementaire basen worden verbroken waardoor het DNA zich opent.
• RNA-polymerase maakt een RNA-kopie (pre-mRNA) van de template streng.
• Het DNA sluit zich achter RNA-polymerase opnieuw tot een dubbele helix.
• Enzymen passen het nucleotide aan het 5'-uiteinde aan, wat resulteert in een 5'-cap.
• De 5'-cap beschermt het mRNA tegen afbraak en is belangrijk voor transport uit de celkern.

Terminatie

• De transcriptie stopt bij een specifieke sequentie (AAAAA).
• Enzymen herkennen de sequentie en maken het pre-mRNA los van het DNA.
• Enzymen voegen een poly-A-staart toe welke het pre-mRNA beschermt tegen afbraak.
• Transcriptie is gelinkt aan specifieke plaatsen in de celkern; transcriptiefabrieken.
• Een transcriptiefabriek bestaat uit eiwitten die belangrijk zijn voor initiatie van de transcriptie en de splicing.
• RNA-polymerasemoleculen komen aan de buitenkant van de fabriek voor, variërend van 4 tot 30 moleculen afhankelijk van hoe actief de cel is.

Splicing van Pre-mRNA naar mRNA

• Splicing vindt plaats ​​tijdens of direct na transcriptie, in de celkern.
• Stukken worden uit pre-mRNA geknipt om mRNA te vormen/ snRNA.
• Introns worden weggeknipt, enkel exons blijven over.
• Exons die deel uitmaken van het RNA worden vertaald naar een eiwit.

Terminatie Eukaryoten

• Een stopcodon komt voor op de A-plaats.
• Release factor bindt in plaats van tRNA.
• Peptide, mRNA, tRNA en de ribosomale subeenheden komen los.
• Na terminatie volgt nabewerking en opvouwing tot een functioneel eiwit.
• De eerste methionine (startcodon) wordt altijd weggeknipt.
• Translatie vindt plaats in de celkern.
• RNA-kopie van een stuk DNA in drie stappen:
  • Initiatie
  • Elongatie
  • Terminatie

Translatie in de Eukaryote Cel

• Translatie bij eukaryoten gebeurt buiten de celkern.
• Ribosomen in het cytoplasma maken eiwitten.
• Ribosomen op het RER maken eiwitten met andere eindbestemmingen.
• Transfer-RNA (tRNA's) binden aan mRNA-codons en zorgen voor de inbouw van het correcte aminozuur.
• tRNA's zijn kleine RNA-moleculen met een specifieke opvouwing.
• Het anticodon van tRNA bindt aan het codon van mRNA.
• tRNA bindt het aminozuur dat bij dat codon hoort.
• tRNA synthetase bindt het juiste aminozuur aan het tRNA.
• Ribosomen zorgen ervoor dat de codons in de juiste volgorde worden vertaald tot de overeenkomstige aminozuursequentie.
• Ribosomen bestaan uit een kleine en grote subeenheid, opgebouwd uit eiwitten en rRNA.
• De subeenheden binden aan elkaar en houden het mRNA ertussen vast.
• Het ribosoom schuift over het mRNA vanaf het startcodon tot het stopcodon.
• tRNA's met aminozuren binden op de P-plaats en A-plaats in de grote subeenheid.

Verloop van de Translatie

• De stappen van de translatie zijn initiatie, elongatie en terminatie.

Initiatie

• Initiatiefactoren zijn betrokken bij de vorming van het startcomplex.
• De kleine subeenheid hecht zich aan de 5'-cap van het mRNA en schuift tot het AUG-codon.
• tRNA dat overeenkomt met het startcodon AUG bindt op de kleine subeenheid.
• Het tRNA zet zich nu in de P-plaats van de grote subeenheid en de A-plaats is vrij.
• Ten slotte bindt de grote subeenheid dat het startcomplex vervolledigt.

Elongatie

• Een tRNA met het juiste anticodon bindt met het tweede codon van het mRNA aan de A-plaats.
• Een enzym in de grote subeenheid vormt een peptidebinding tussen de aminozuren op de P- en A-plaats, waardoor een dipeptide ontstaat op het tRNA op de A-plaats.
• Het ribosoom schuift drie nucleotiden op.
• Het ribosoom herhaalt zich, telkens is de keten aangehecht aan het tRNA op de A-plaats.
• Proces verloopt in drie stappen:
  • Initiatie: ribosoom splitst zich. tRNA bindt aan startcodon AUG.
  • Elongatie: tRNA hecht zich vast op de A-plaats.
  • Terminatie: release factor bindt op het stopcodon en ribosoom komt los.

Genregulatie bij Eukaryoten

• De concentraties aan eiwitten in een bepaald celtype worden geregeld door genregulatie.
• Bepaalde genen in huid-, zenuw- en botcellen komen tot expressie.
• Celdifferentiatie ontstaat als gevolg van het tot expressie brengen van genen.
• Er zijn veel stappen tussen het overschrijven van DNA en het verkrijgen van een functioneel eiwit.
• Op elke stap kan de cel het proces reguleren.
• Sommige transcriptiefactoren stimuleren de vorming van het startcomplex, anderen verhinderen dat.
  • Je noemt ze activatoren en repressoren.
• De translatie van het mRNA kan geregeld worden door miRNA's.
  • Die regeling noem je RNA-interferentie.
• Om ervoor te zorgen dat de genen op het X-chromosoom beiden evenredig tot expressie komen, wordt er één X-chromosoom geïnactiveerd in de lichaamscellen van een vrouwelijk embryo. Het heet nu X-inactivatie.
• Factoren die de genexpressie kunnen beïnvloeden:
  • Chemische groepen op het DNA en op chemische groepen gehecht aan de histonstaarten.
  • Structuur van chromatine dat gewijzigd wordt door chromatine remodeling complexen,