GET Summary Notes

lOMoARcPSD|7677771 Samenvatting GET  lOMoARcPSD|7677771 Samenvatting GET Leeruitkomsten Moleculaire genetica de belangrijkste historische experimenten in de geschiedenis van de ontdekking van het DNA interpreteren de bouw van DNA en (de verschillende...

lOMoARcPSD|7677771 Samenvatting GET  lOMoARcPSD|7677771 Samenvatting GET Leeruitkomsten Moleculaire genetica de belangrijkste historische experimenten in de geschiedenis van de ontdekking van het DNA interpreteren de bouw van DNA en (de verschillende) RNA moleculen omschrijven de processen van replicatie, transcriptie en translatie omschrijven de regulatie van genexpressie beschrijven in prokaryoten en eukaryoten kan het proces van recombinatie omschrijven en een toepassing beschrijven het NER DNA-herstel-mechanisme beschrijven en daarin de rol van UVRC aangeven Klassieke genetica de verschillende stappen in de meiose (her)kennen en deverschillend processen in de meiose verklaren uitleggen wat mutaties zijn en dat mutaties de drijvende kracht zijn achter de natuurlijke selectie de volgende begrippen uitleggen: fenotype, genotype, meiose, haploïd, diploïd, genoom, locus, gen, allel, dominant, heterozygoot en homozygoot, multipele allelen, geslachtsgebonden overerving, crossing over en chromosoom inactivatie de wetten van Mendel en Punnet Squares toepassen uit een dihybride kruising bepalen of genen gekoppeld zijn de genetische afstand tussen twee gekoppelde genen bepalen stambomen interpreteren en de overerving hieruit bepalen de theorie van Hardy en Weinberg beschrijven en hiermee populatie genetische berekeningen uitvoeren Moleculaire genetica Geschiedenis van de ontdekking van DNA: Darwin (1869) en Mendel (1862) deden onderzoeken naar erfelijke eigenschappen maar wisten niet dat dit DNA was. Miecher ontdekte (onwetend) DNA in 1869 doordat zuur (nucleïnezuur) in de kern van witte bloedcellen vond (DNA).  lOMoARcPSD|7677771 Griffith (1928) deed onderzoek naar longinfecties in muizen en vond iets: transforming principle (=bacteriën kunnen bepaalde eigenschappen aannemen die ze in hun omgeving aantreffen). Avery (1944) concludeerde dat DNA de erfelijke eigenschappen bevatten (ongelovig). Bevestigende onderzoeken hiervan:  Hershey-Chase studie met fagen (1950)  Chargaff (1949) verschillen in AT/CG verhoudingen en dezelfde verhoudingen tussen A&T en C&G  Röntgendiffractie van DNA door Franklin  ^Dit bevestigd door Watson en Crick (1953) die de dubbele helix herkende Bouw van DNA Alle erfelijke eigenschappen van de mens liggen vast op het DNA, en is dubbelstrengs. Ligging: eukaryoten; opgeborgen in de celkern, en komt daar ook nooit uit. prokaryoten: (zoals bacterien): DNA ligt vrij in het cytoplasma Nucleotiden: Nucleotiden zijn de bouwstenen waaruit DNA- en RNA- moleculen zijn opgebouwd. De erfelijke informatie ligt in een volgorde/sequentie, van de nucleotiden in die moleculen. Drie onderdelen: stikstofbase, suikergroep en een of meer fosfaatgroepen. Stikstofbasen: adenine (A), cytosine (C), guanine (G) en thymine (T). A+T & C+G -> kunnen basenparen vormen met elkaar. CG 3 H- bruggen (sterker), AT 2 H-bruggen. T&C&U -> Pyrimidines, A&G -> Purines. Suikergroep: desoxyribose, bestaat uit een ring van vier koolstofatomen en een zuurstofatoom, H op C2. Fosfaatgroep: De fosfaatgroep (- PO3) zit op C5 van de suikergroep. In een DNA- of RNAstreng bindt aan C3 van de suikergroep van het vorige nucleotide. De keten van suikeren fosfaatgroepen die zo ontstaat, is de ‘ruggengraat’ van de streng. Bouw van RNA RNA is enkelstrengs Stikstofbasen: adenine (A), cytosine (C), guanine (G) en uracil (U). A+U & C+G -> kunnen basenparen vormen met elkaar. (U+G kan ook, minder sterke binding) Suikergroep: Ribose, bestaat uit een ring van vier koolstofatomen en een zuurstofatoom, OH op C2 en base op C1.  lOMoARcPSD|7677771 Klassen RNA:  mRNA: Messenger RNA = Codeert voor eiwitten  Functioneel RNA: Heeft RNA als eindproduct (ondergaat geen Translatie) tRNA: transfer RNA = brengt de juiste aminozuur naar mRNA tijdens translatie. rRNA: ribosomaal RNA = de hoofdcomponent van een ribosoom. snRNA: small nuclear RNA’s = specifiek voor eukaryoten, horen bij het systeem dat eiwitten verwerkt en maakt spliceosomen met eiwitten. Een RNA codeert vaak voor een eiwit, een codon (een 3tal basen in mRNA die de genetische code met zich meedraagt) vormt 1 aminozuur. Replicatie De verdubbeling van DNA voor de in stand houding van de erfelijke informatie. Dubbele helix opent en vormt twee nieuwe strengen. Origin of replications: Prokaryoot: rond en er vindt een opening plaats. Eukaryoten: open eindjes. Onderdelen betrokken bij de replicatie: RNA primer: Zet een base op een enkele streng (beginnetje) DNA polymerase: Neemt de taak van de polymerase over en vormt een nieuw DNA Leading strand: codeert van 5’ naar 3’ in één keer Lacking strand: codeert van 5’ naar 3’ in stukjes (tegen de richting in) Helicase: opent de dubbele streng Primase: Maakt de RNA primer DNA ligase: enzymen die gaatjes opvullen Fouten in replicatie: Een fout basepaar: DNA-polymerase heeft 3’ → 5’ exonuclease activiteit (proofreading): wordt gebruikt om fouten in het aangemaakte DNA op te sporen. (Wanneer dit niet gebeurt: Mutatie)  lOMoARcPSD|7677771 RNA primer wordt verwijderd (op de lagging strand) -> gat, en wordt dus kleiner. Oplossing: Telomerase= enzymen herkennen die verkorte uiteinden en repliceren. PCR (DNA-amplificatie): Exponentiële vermeerdering van een klein stukje DNA zodat het genoeg wordt om mee te werken. 1) De twee strengen van elkaar losmaken ivm. hitte 2) Primers toevoegen, maken een beginnetje 3) DNA polymerase die het DNA verdubbeld (die goed tegen hitte kan) DNA schades: UV, roken, DNA replicaties, X-stralen, metabolisme (zuurstofradiacalen) Mutaties Puntmutaties: 1 base is anders Silent mutatie= fenotype veranderd niet (eiwit blijft hetzelfde) Nonsense mutatie= een baseverandering leidt tot een stopcodon Missense mutatie= zorgt voor codering van een ander eiwit/aminozuur o Conservatief= ander eiwit maar lijkt op vorige eiwit (lading/grootte) o Non-conservatief= ander eiwit en is ook heel anders dan vorige Frame-shift= het aminozuur verschuift door toevoeging/verwijdering base o Insertie= er wordt een letter toegevoegd dus de codons veranderen o Deletie= er wordt een letter verwijderd dus de codons veranderen Grote mutaties/chromosoom aberratie: een stuk DNA veranderd (te zien met oog) Duplicatie= een stuk DNA wordt verdubbeld Insertie= een stuk DNA wordt toegevoegd Deletie= een stuk DNA wordt verwijderd Inversie= een stuk DNA wordt omgedraaid/omgewisseld Translocatie= een stuk DNA verplaatst naar een ander chromosoom (wisselen) Reparatie: Herkenning schade Celcyclus stopt (schade wordt niet doorgegeven) 2 opties: teveel schade= cel gaat dood probeert de schade te herstellen  lOMoARcPSD|7677771 Hoorcollege 2 Transcriptie Maakt van DNA een RNA Verschil prokaryoten en eukaryoten Prokaryoten Eukaryoten Transcriptie vindt plaats in het Transcriptie vindt plaats in de cytoplasma celkern Transcriptie en translatie vinden Transcriptie en translatie tegelijk plaats verschillen van plek en tijd Een DNA wordt direct Er wordt eerst een ‘pre-RNA’ overgeschreven naar een RNA gevormd en daarna een volwassen molecuul RNA molecuul RNA polymerase bestaat uit 5 RNA polymerase bestaat uit 10-17 eenheden eenheden Holoenzymen herkennen en binden Herkenning van de promoter kan direct aan een promoter niet door de RNA-polymerase uitgevoerd worden Heeft 1 verschillende soort RNA- Heeft 3 verschillende soorten RNA- polymerase polymerases Genen worden door één promoter 1 gen is geplaatst op 1 promoter gereguleerd dus meerdere eiwitten worden in 1 keten geproduceerd Prokaryoten Benodigdheden transcriptie prokaryoten: RNA polymerase 5’ -> 3’ = maakt streng open en zet complementaire basen op (U)  RNA polymerase bindt aan een promoter (5’ kant, is vaak TTGACA of TATAAT) Maakt DNA open en maakt mRNA DNA polymerase doet weer aan proofreading (RNA polymerase niet)  Stopt, kan op 2 manieren: o Terminatie dmv sequenties= sequentie zorgt voor een dubbelstrengs RNA die de polymerase eraf gooit waardoor er een ‘hairpin loop’ ontstaat o Terminatie dmv Rho-factor= eiwit (Rho-factor) volgt de RNA polymerase en duwt hem bij vertraging van de streng af  lOMoARcPSD|7677771 Genregulatie van transcriptie Operon: meerdere genen van hetzelfde proces achter elkaar (bacteriën gebruiken dit) Operator: sequentie die gebonden kan worden door een remmer 4 vormen van regulatie 1) Rem, die geactiveerd kan worden 2) Rem, die geremd kan worden 3) Activator, die geremd kan worden 4) Activator, die geactiveerd kan worden Eukaryoten 3 soorten RNA polymerases 1) RNA polymerase 1: rRNA 2) RNA polymerase 2: mRNA 3) RNA polymerase 3: tRNA Genregulatie van transcriptie Er zijn veel verschillende (algemene of specifieke) transcriptiefactoren nodig om een RNA polymerase te binden. Er zijn eiwit-eiwit interacties nodig om de RNA polymerase te binden op de promoter te krijgen. Enhancers: sequenties buiten de promoter die ook meehelpen met het proces waar activators of remmers (silencer) aan binden. Transcriptiefactoren binden specifieke sequenties om (door verder uit/in te rollen): 1) RNA polymerase te stabiliseren 2) RNA polymerase te blokkeren 3) Het chromatine te veranderen Van groot naar klein= chromatinen -> nucleosomen -> histonen (staartjes kunnen gemodificeerd worden) DNA is om histonen omgerold GEVOLG: Acetylering= activeert (altijd activerend) de chromatinen door minder/strakker op te rollen Metylatie= kan remmend of activerend zijn, bepaald door de plek Methylatie van lysine 4 (k4) op histon 3 is activerend Methylatie van lysine 27 (k27) op histon 3 is remmend In eukaryoten vindt ook methylatie plaats van het DNA zelf (DNA methylatie) vindt plaats op de C base van de CG sequentie Methylatie van promotor DNA is remmend  lOMoARcPSD|7677771 Cel-type specificiteit Deze genen zitten in elke cel, maar staan niet aan in elke cel. Sommige cellen hebben die functie niet nodig. Samenvatting transcriptie factoren: Functie: RNA polymerase stabiliseren Het chromatine veranderen Translatie Het vertalen van een genetische code op het DNA naar een werkzaam eiwit Voor translatie Eukaryoten Na transcriptie van mRNA -> Pre-mRNA RNA-processing (het verwerken van een mRNA in de kern tot een volwassen RNA) 1) Capping -> Er wordt een cap opgezet 2) Polyadenylering -> Er wordt een poly opgezet 3) Splicing -> Het verwijderen van de intronen en het koppelen van exonen Exonen: coderend  er kunnen eiwitten van gemaakt worden Intronen: niet coderend  er kunnen geen eiwitten van gemaakt worden Untranslated region: die worden niet omgezet naar eiwit, maar zijn we nodig om de afbraak te beschermen en dat de eiwit koppelt aan de goede ribosomen Capping GTP wordt aan het begin (5’) gezet -> Cap is gemaakt Voorkomt dat mRNA wordt afgebroken (blijft stabieler) Zorgt ervoor dat het makkelijker de kern uit kan (nucleus -> cytoplasma) Zorgt ervoor dat het ribosoom beter bindt (maakt translatie makkelijker) Polyadenylering Koppeling van een lange keten van Adenine aan de 3’ kant van mRNA (Zelfde functies als Capping) Splicing Exon 1 loopt over in intron 1 en die moeten aan elkaar gezet worden gekoppeld.  lOMoARcPSD|7677771 Links heb je ‘5 met pre-mRNA en exon 1, in het midden de ‘brunch site’ met het intron en rechts de ‘3 splice site met exon 2. De brunchsite heeft de YNYRAY met een A base Door looping komt de ‘5 dichtbij de brunch site en gaat een binding aan het de A accent Aan de A accent zit een OH groep die en binding aan gaat met de G van ‘5 splice De brunch site wordt eruit geknipt en plakt de exon 1 en exon 2 aan elkaar. Dit gebeurt met betrekking van het splicosoom (bevat eiwitten en ook stukken RNA)  Deze RNA herkent de Brunch site en zorgt ervoor dat de exonen aan elkaar worden gekoppeld en dat de intron eruit wordt gehaald. Waarom doen we deze splicing? We doen dit omdat het mogelijkheden biedt voor nieuwe functies etc. omdat je een ander eiwit maakt: Alternative splicing  bepaalt welke exonen wel worden meegenomen en welke niet  lOMoARcPSD|7677771 Translatie begint Benodigdheden mRNA (3 letter codons)  code voor aminozuur tRNA (herkent het codon, brengt specifiek aminozuur) Ribosoom (soort machine, brengt alles samen-> functioneel RNA) mRNA: startcodon AUG, stopcodon UAA/UAG/UGA tRNA: Voor elke 3-letter code is er een tRNA die de codons herkent. Anticodon: bindt de codon aan het mRNA, neemt het coderende mRNA Tyrosine aminozuur (per stof anders/specifiek): enzym die de tRNA aan het juiste aminozuur met de juiste code bindt. Ribosoom: (grotendeels rRNA) Nucleolus maakt rRNA Voor de translatie -> Startcodon AUG bindt m.b.v. MET op de mRNA Tijdens de translatie: A-site = Aminoacyl-tRNA P-site = Peptidyl-tRNA E-site = Exit Kost energie omdat er elongatiefactoren (eiwitten) nodig zijn:  lOMoARcPSD|7677771 EF1-A: zorgt dat tRNA in het ribosoom komt EF1-B: recycled EF1-A EF2: duwt alles een plaatsje op Tot slot: er bindt een release factor (eiwit) aan toe die zorgt voor het stopcodon -> kost energie. Structuren eiwitten (eiwit gaat bindingen met zichzelf aan) 1) Primaire structuur 2) Secundaire structuur 3) Tertiaire structuur 4) Quaternaire structuur !! SIGNAALPEPTIDES, POLYSOMEN kan het proces van recombinatie omschrijven en een toepassing beschrijven het NER DNA-herstel-mechanisme beschrijven en daarin de rol van UVRC aangeven Hoorcollege 3 Homologe recombinatie in natuur en onderzoek Homologe recombinatie = het uitwisselen van DNA sequenties tussen identieke moleculen DNA (ter reparatie van schadelijke dubbelstrengs breuken (DSBs)) Hoe komt een DNA streng aan schade? Cellulair metabolisme UV straling Chemicaliën Fouten tijdens de replicatie Soorten DNA reparatie Directe terugwerking tijdens de DNA replicatie zelf Base excisie reparatie  Alleen een base repareren Nucleotide excisie reparatie  Een nucleotide repareren Mismatch reparatie  een stukje wordt eruit geknipt en daarna gerepareerd (ernstiger) Dubbelstreng breuken reparatie  lOMoARcPSD|7677771 - Non-homologous end joining  De 2 uiteinden van een dubbelstreng gaan op zoek naar een andere uiteinde, wat zorgt voor een andere einde van de dubbelstreng - Homologe recombinatie  om de hele breuk te herstellen Dubbelstrengsbreuk (DSB) reparatie mbv een homologe sequentie Als er een breuk ontstaat in een chromosoom is een deel van het DNA dus kapot. Om dat te kunnen repareren, moet de chromosoom een zelfde soort einde vinden om het te kunnen kopiëren. Dat ligt aan de fase van de chromosoom. Delende cel: Kan tijdens de S fase gebruik maken van zuster chromatide om de breuk te fixen. Meiose: Heeft naast de zusterchromatide ook de hele andere chromosoom van de andere helft, wat nagenoeg het zelfde is. Je kan ook zelf een PCR fragment maken van een GEN en kan je ook homologie uitvoeren. Homologe recombinatie Hoorcollege 4 Klassieke genetica Meiose Reductiedeling of rijpingsdeling is een tweedelig delingsproces dat voortplantingscellen produceert.  lOMoARcPSD|7677771 Profase 1: Het kernmembraan en de nucleoli verdwijnen, er wordt een spoelfiguur aangelegd en de chromosomen worden duidelijk zichtbaar. Metafase 1: De chromosomen leggen zich nu niet elk apart in het evenaarsvlak, zoals bij de mitose, maar per paar. Anafase 1: De homologe chromosomen worden nu, elk met hun twee zusterchromatiden, van elkaar weggetrokken. Het aantal chromosomen wordt gehalveerd. Telofase 1: De cel gaat zich insnoeren. Er zijn nu twee dochtercellen ontstaan die ieder een diploïde hoeveelheid DNA bezitten. Deze twee cellen zullen zich verder delen door een deling gelijkend op mitose. Het resultaat zal dus twee haploïde dochtercellen zijn per moedercel. Profase 2: In iedere dochtercel wordt een spoelfiguur gevormd, loodrecht op de richting van de vorige. Metafase 2: De chromosomen liggen onder elkaar in het evenaarsvlak met hun centromeer aan de spoeldraden bevestigd. Anafase 2: De trekdraden trekken de zusterchromatiden uit elkaar, zodat deze zich elk naar hun pool verplaatsen. We krijgen nu onafhankelijke dochterchromosomen. Telofase 2: De spoelfiguren worden afgebroken. Er vindt opnieuw celinsnoering plaats. De chromosomen ondergaan despiralisatie en decondensatie tot lange dunne chromatinedraden. Het resultaat is 4 gameten die haploïd zijn. Mutaties Zijn wijzigingen in de erfelijke eigenschappen van het genoom (het DNA of RNA) van een cel. o Door mutaties kunnen nieuwe allelen en genen ontstaan, waardoor de erfelijke eigenschappen van een organisme veranderen. Mutaties zorgen dus voor genetische variatie, en spelen daarom een belangrijke rol bij de evolutie van het leven. Door middel van natuurlijke selectie kunnen gunstige mutaties zich door een populatie verspreiden, en wordt de verspreiding van ongunstige mutaties tegengegaan. Begrippen genetica Fenotype: de waarneembare eigenschappen van een individu. Genotype: de verzameling genen in een cel. Haploïd: bevat slechts 1 set chromosomen.  lOMoARcPSD|7677771 Diploïd: bevat in de celkern van elk chromosoom 2 exemplaren, door een bevruchting afkomstig van twee haploïde geslachtscellen. Genoom: de volledige set genen vane en organisme inclusief niet- coderend DNA. Locus: de vaste positie waar een gen of een andere reeks nucleotiden zich op een chromosoom bevindt. Varianten op de DNA sequentie van een locus worden allelen genoemd. Het eerste gen krijgt locus 0 en het laatste locus 100. Gen: een gedeelte van het chromosoom met gecodeerde informatie voor één erfelijke eigenschap. Een gen bevat de informatie voor een polypeptide (eiwit), dat gewoonlijk een essentiële rol speelt bij het tot stand komen van het fenotype. Allel: 1 van de genen van een genenpaar / variant van een gen. Dominant: allel dat altijd tot uiting komt in het fenotype. Recessief: een allel dat alleen tot uiting komt in het fenotype als er geen dominant allel aanwezig is. Heterozygoot: het genenpaar van een eigenschap bestaat uit twee ongelijke genen. Homozygoot: het genenpaar van een eigenschap bestaat uit twee gelijke genen. Multipele allelen: voor 1 erfelijke eigenschap bestaan drie of meer allelen, bijv. bij bloedgroep. Geslachtsgebonden overerving: op het X-chromosoom gelegen. Crossing over: het verschijnsel tijdens de meiose waarbij twee homologe chromosomen stukken DNA uitwisselen. (in profase 1) Chromosoom inactivatie: tijdens de vroege ontwikkeling van het vrouwelijke embryo zal in elke cel een van de twee X-chromosomen willekeurig geïnactiveerd worden. In de ene cel zal dit dus het ene X- chromosoom zijn, in een andere cel het andere. Dit heet X-inactivatie of Lyonisatie. Het geïnactiveerde X-chromosoom blijft echter nog voor ongeveer 10% tot 15% actief. Dit komt ongeveer overeen met het aantal actieve genen op het Y-chromosoom. Hemizygoot: Een organisme is hemizygoot voor een erfelijk kenmerk als er voor dat kenmerk maar één allel aanwezig is. Bij de man zijn de kenmerken die geslachtsgebonden vererven hemizygoot. Deze genen komen enkel voor op het chromosoom en niet op het Ychromosoom, zodat dit ene allel ook steeds tot uitdrukking komt bij de man. Wet van Mendel en Punnet Squares toepassen 3 Regels waarlangs de overerving van erfelijke eigenschappen verloopt 1) De dominantiewet: als je twee raszuivere individuen (die maar in één kenmerk verschillen) met elkaar kruist, dan zijn de F1-  lOMoARcPSD|7677771 nakomelingen fenotypisch en genotypisch identiek. Ze vertonen hetzelfde kenmerk als één van beide ouders (het dominante kenmerk). 2) De splitsingswet: bij onderlinge kruising van individuen uit de eerste uniforme generatie krijg je nakomelingen met verschillende genotypen. Daarbij komen de kenmerken in een vaste getalverhouding tot uiting: 3:1 bij dominant-recessieve overerving en 1:2:1 bij partiële (of co-) dominantie. 3) De onafhankelijkheidswet of reciprociteitswet: de verschillende kenmerken worden onafhankelijk van elkaar overgeërfd, indien ze op verschillende chromosomen liggen. Punnet squares = kruisschema’s maken met meerdere eigenschappen (oefenen) Dihybride kruising Je kijkt naar twee eigenschappen Ongekoppeld: op verschillende chromosomen Gekoppeld: op hetzelfde chromosoom Voorbeeld: 1) Eigenschappen aangeven en bepalen aan de F1 (wild type) wat recessief en wat dominant is 2) F2 bepalen met een Punett Square van een onderlinge kruising van F1  lOMoARcPSD|7677771 3) Fenotypische eigenschappen bepalen en verhouding bepalen (9/3/3/1) 4) Vergelijken met waardes, als de verhoudingen kloppen zijn ze ongekoppeld, anders gekoppeld. 5) Kijken naar de dominante kenmerken  lOMoARcPSD|7677771 Crossing over (gekoppeld) Dit verwacht je dat er ontstaat Crossing- v. over er Genetische afstand Korte afstand tussen twee genen -> grotere kans op crossing over Langere afstand tussen twee genen -> kleinere kans op crossing over (aantal recombinanten neemt af, max 50% recombinanten) Meerdere crossing overs -> geen verschil in recombinanten Recombinant fenotypes -> F1 die anders zijn dan 1 van de ouders Parental fenotypes -> F1 die hetzelfde zijn als 1 van de ouders - Het percentage van de kans op een recombinatie (crossing over) is het aantal cM afstand tussen de twee genen Percentage bepalen en afstand berekenen:  lOMoARcPSD|7677771 Theorie van Hardy en Weinberg M.b.v. fenotypes de frequenties genotypes uitrekenen en andersom, bepalen of een populatie in Hardy-Weinberg evenwicht is. Formules: p+q=1 & 𝑝2+2pq+𝑞2=1 Deze wet geldt enkel als de populatie in evenwicht is. Dit betekent dat: De organismes zijn diploïde Er is alleen geslachtelijke voortplanting De individuen paren geheel willekeurig (m.a.w. er is geen seksuele selectie) De frequenties van de allelen zijn gelijk verdeeld over de beide geslachten Er treden geen mutaties op De populatie is oneindig (± voldoende) groot en er is geen sprake van genetische drift. Er is geen selectie Er is geen migratie (immigratie, emigratie) Toepassingen HC3 01:07:00 lOMoARcPSD|7677771