Hoofdstuk 18
De genetische code en de directionele/ gestuurde stroom van genetische informatie
De stroom van genetische informatie in cellen verloopt van DNA naar RNA naar eiwit
=> een segement van de DNA-streng dient als een sjabloon voor de synthese van een
RNA-molecule dat in de meeste gevallen de synthese van een bepaald eiwit
aanstuurt
=> in enkele gevallen is RNA het eindproduct van genexpressie
het principe van directionele informatiestroom van DNA naar RNA naar eiwit staat
bekend als het centrale dogma van de biologie
=> wordt samengevat als
de stroom van genetische informatie omvat replicatie van DNA, transcriptie van
informatie gedragen door DNA in de vorm van RNA en translatie van deze informatie
van RNA naar een eiwit
=> de term transcriptie wordt gebruikt wanneer er wordt verwezen naar RNA-
synthese met behulp van DNA als een sjabloon
=> overdracht van informatie van het ene nucleinezuur naar het andere
=> eiwitsynthese wordt translatie/ vertaling genoemd omdat de nucleotidesequentie
van een RNA-molecule wordt overgezet naar een aminosequentie van een
polypeptideketen
=> overdracht van een nucleinezuur naar een eiwit
Transcriptie en translatie betrekken veel dezelfde componenten in prokayoten en
eukaryoten
RNA dat wordt vertaald in een eiwit wordt messenger RNA (mRNA) genoemd omdat
het een genetische boodschap van DNA naar het ribosoom brengt, waar
eiwitsynthese plaatsvindt
Naast mRNA zijn er 2 andere soorten RNA betrokken bij eiwitsynthese:
=> ribosomale RNA (rRNA): integrale componenten van het ribosoom
=> transfer RNA (tRNA) : dienen als tussenproducten die de gecodeerde
basensequentie van mRNA vertaald en de juiste aminozuren naar het ribosoom
brengen
Opmerking: tRNA en rRNA coderen zelf niet voor eiwitten
=> genen die voor deze 2 soorten RNA coderen zijn voorbeelden van genen
waarvan de uitgangsproducten RNA zijn ipv eiwitketens
Figuur: rol van de 3 soorten RNA
In de jaren is het centrale dogma op verschillende manieren verfijnt
=> er zijn veel virussen die RNA-genomen hebben die RNA synthetiseren waarbij
RNA als sjabloon gebruikt wordt
Bv. bepaalde RNA virussen coderen voor RNA-afhankelijk RNA polymerase (RdRP)
=> RdRP worden ook teruggevonden bij eukaryoten
=> Bv. Griepvirus (ssRNA virus)
=> andere RNA-virussen (zoals HIV) voeren reverse transcripie uit waarbij het virale
Rna gebruikt wordt als sjabloon voor DNA-syntehse
=> achterwaartse stroom van genetische informatie
, Waar transcriptie en translatie gebeurt is verschillend in prokaryoten en
eukaryoten
Omdat prokaryoten geen nucleaire envelop hebben, is hun DNA niet
fysiek gescheiden van ribosomen en de translatie machinerie
=> translatie van een mRNA begint voor de transcriptie vervolledigd is
De compartimentering bij eukaryote cellen leidt tot ruimtelijke scheiding
van transcriptie en translatie
=> transcriptie vindt plaats in de kern waarbij het resulterende RNA
wordt verwerkt tot een mRNA
=> uiteindelijk wordt het mRNA getransporteerd naar het cytosol waar
het toegang heeft tot ribosomen en translatie kan optreden
In sommige gevallen wordt RNA in reverse getranscripteerd tot DNA
Transcriptie verloopt meestal in de richting die wordt beschreven in het centrale
dogma waarbij DNA dient als sjabloon voor RNA-synthese
In bepaalde gevallen wordt het proces omgekeerd en dient RNA als sjabloon voor de
DNA-synthese
=> dit proces, reverse transcriptie, wordt gekatalyseerd door het enzym reverse
transcriptase
Virussen die reverse transcriptase uitvoeren, worden retrovirussen genoemd
Bv. humaan immunodefficientie virus (HIV) die acquired immuno deficientie
syndroom (AIDS) veroorzaakt en een aantal virussen die kanker in dieren
veroorzaken (RNA tumor virussen)
,Retrovirussen
in het virusdeeltje zijn 2 kopieen van het RNA genoom ingesloten in een eiwit
capside/ eiwitmantel dat wordt omgeven door een membraneuze envelop
=> elke RNA-kopie heeft een reverse transcriptase gebonden
Figuur: toont de cyclus van een typisch virusdeeltje
=> het virus bindt aan het oppervlakte van de gastheercel en de envelop
versmelt met het plasmamembraan
=> het capside en de inhoud komt vrij in het cytosol van de gastheercel
=> eenmaal in de cel katalyseert de virale reverse transctiptase de synthese
van een DNA-streng die complementair is aan het virale RNA
=> viraal reverse transcriptase heeft een RNA-afhankelijke DNA
polymerase activiteit
=> viraal reverse transcriptase heeft ook RNAse H activiteit: breekt het RNA in
de RNA/DNA binding af
=> kalayseert vervolgens de vorming van een tweede DNA-streng die
complementair is aan de eerste: we krijgen een dubbelstrengige DNA-versie
van het virale genoom
=> viraal reverse transciptase heeft een DNA-afhankelijke DNA polymerase
activiteit
=> dubbelstrengige DNA komt in de kern en integreert in het chromosomale DNA van
de gastheercel
=> gekatalyseert door het enzym virale integrase
=> het geintegreerde virale genoom, provirus genoemd, wordt gerepliceerd telkens
wanneer de cel z’n eigen DNA repliceerd
=> transcriptie van het provirale DNA (door cellulaire enzymen) produceert
RNA-transcripten die op 2 manieren functioneren
=> werken als mRNA moleculen die de synthese van virale eiwitten
sturen (capside-eiwit, envelop-eiwit en reverse transcriptase)
=> sommige van deze RNA-transcripten worden gebruikt om mee
verpakt te worden met de virale eiwitten in nieuwe virusdeeltjes
=> de nieuwe virusdeeltjes gaan uit het plasmamembraan zonder de gastheercel te
doden
Anti-HIV medicijnen
=> inhibitor van HIV reverse transcriptase
=> inhibitor van HIV integrase
Het vermogen van een retroviraal genoom om te integreren in het gastheercel-DNA
helpt verklaren hoe sommige retrovirussen kanker kunnen veroorzaken
=> deze virussen, RNA tumor virussen genoemd, hebben 2 soorten
=> virussen van het eerste type hebben kanker veroorzakende oncogenen in
hun genomen samen met de genen die coderen voor virale eiwitten
=> oncogen is de gemuteerde versie van een normaal cellulair gen
(proto-oncogen) dat codeert voor een eiwit dat wordt gebruikt om
celgroei en deling te reguleren
=> virussen van het tweede type dragen zelf geen oncogenen maar integratie
van hun genomen in de gastheercelchromosomen verandert het cellulaire
DNA zodanig dat een normaal proto-oncogen wordt omgezet in een oncogen
, Retrotransposons
Reverse transcriptie vindt ook plaats in normale eukaryote cellen in afwezigheid van
een virale infectie
=> veel daarvan beteft DNA-elementen die retrotransposons worden genoemd
Retrotransposons zijn een speciaal type mobiele elementen of transposons die
reverse trancriptie gebruiken om de beweging van de ene locatie naar de andere uit
te voeren
Figuur: beweging van een retrotransposon
=> transcriptie van het DNA van de retrotransposon
=> translatie van het resulterende RNA, dat een eiwit produceert dat
zowel reverse transcriptase als endonucleoase acitviteit vertoont
=> het retrotransposon RNA en -eiwit op de nieuwe locatie van het
chromosomaal DNA
=> de endonucleoase knipt een van de DNA-strengen
=> RNA bindt met een stukje van het enkelstrenige DNA
=> enkelstrenig DNA dient als primer voor de synthese van de
eerste DNA-streng door reverse transcriptase
=> de reverse transcriptase gebruikt het retrotransposon RNA als een sjabloon om
een DNA-kopie te maken die geintegreerd wordt in de nieuwe locatie
Hoewel retrotransposons zichzelf niet vaak transporteren, bevatten ze heel veel
kopieen
Bv. Alu-sequenties
=> zijn 300 bp lang
=> coderen niet voor reverse transcriptase
=> gebruiken reverse transcriptase die ergens anders in het genoom is
gecodeerd
=> het menselijke genoom bevat ongeveer 11% alu-sequenties van het totale
DNA
Bv.L1-element
=> is groter dan Alu
=> codeert voor z’n eigen reverse transcriptase en endonucleinezuur
=> komt nog meer voor: vertegenwoordigt 17% van het menselijke DNA
=> de reden waarom er zoveel kopieen bestaan is nog niet zeker maar men denkt dat
ze bijdragen aan evolutionaire flexibiliteit en variabiliteit
De genetische code en de directionele/ gestuurde stroom van genetische informatie
De stroom van genetische informatie in cellen verloopt van DNA naar RNA naar eiwit
=> een segement van de DNA-streng dient als een sjabloon voor de synthese van een
RNA-molecule dat in de meeste gevallen de synthese van een bepaald eiwit
aanstuurt
=> in enkele gevallen is RNA het eindproduct van genexpressie
het principe van directionele informatiestroom van DNA naar RNA naar eiwit staat
bekend als het centrale dogma van de biologie
=> wordt samengevat als
de stroom van genetische informatie omvat replicatie van DNA, transcriptie van
informatie gedragen door DNA in de vorm van RNA en translatie van deze informatie
van RNA naar een eiwit
=> de term transcriptie wordt gebruikt wanneer er wordt verwezen naar RNA-
synthese met behulp van DNA als een sjabloon
=> overdracht van informatie van het ene nucleinezuur naar het andere
=> eiwitsynthese wordt translatie/ vertaling genoemd omdat de nucleotidesequentie
van een RNA-molecule wordt overgezet naar een aminosequentie van een
polypeptideketen
=> overdracht van een nucleinezuur naar een eiwit
Transcriptie en translatie betrekken veel dezelfde componenten in prokayoten en
eukaryoten
RNA dat wordt vertaald in een eiwit wordt messenger RNA (mRNA) genoemd omdat
het een genetische boodschap van DNA naar het ribosoom brengt, waar
eiwitsynthese plaatsvindt
Naast mRNA zijn er 2 andere soorten RNA betrokken bij eiwitsynthese:
=> ribosomale RNA (rRNA): integrale componenten van het ribosoom
=> transfer RNA (tRNA) : dienen als tussenproducten die de gecodeerde
basensequentie van mRNA vertaald en de juiste aminozuren naar het ribosoom
brengen
Opmerking: tRNA en rRNA coderen zelf niet voor eiwitten
=> genen die voor deze 2 soorten RNA coderen zijn voorbeelden van genen
waarvan de uitgangsproducten RNA zijn ipv eiwitketens
Figuur: rol van de 3 soorten RNA
In de jaren is het centrale dogma op verschillende manieren verfijnt
=> er zijn veel virussen die RNA-genomen hebben die RNA synthetiseren waarbij
RNA als sjabloon gebruikt wordt
Bv. bepaalde RNA virussen coderen voor RNA-afhankelijk RNA polymerase (RdRP)
=> RdRP worden ook teruggevonden bij eukaryoten
=> Bv. Griepvirus (ssRNA virus)
=> andere RNA-virussen (zoals HIV) voeren reverse transcripie uit waarbij het virale
Rna gebruikt wordt als sjabloon voor DNA-syntehse
=> achterwaartse stroom van genetische informatie
, Waar transcriptie en translatie gebeurt is verschillend in prokaryoten en
eukaryoten
Omdat prokaryoten geen nucleaire envelop hebben, is hun DNA niet
fysiek gescheiden van ribosomen en de translatie machinerie
=> translatie van een mRNA begint voor de transcriptie vervolledigd is
De compartimentering bij eukaryote cellen leidt tot ruimtelijke scheiding
van transcriptie en translatie
=> transcriptie vindt plaats in de kern waarbij het resulterende RNA
wordt verwerkt tot een mRNA
=> uiteindelijk wordt het mRNA getransporteerd naar het cytosol waar
het toegang heeft tot ribosomen en translatie kan optreden
In sommige gevallen wordt RNA in reverse getranscripteerd tot DNA
Transcriptie verloopt meestal in de richting die wordt beschreven in het centrale
dogma waarbij DNA dient als sjabloon voor RNA-synthese
In bepaalde gevallen wordt het proces omgekeerd en dient RNA als sjabloon voor de
DNA-synthese
=> dit proces, reverse transcriptie, wordt gekatalyseerd door het enzym reverse
transcriptase
Virussen die reverse transcriptase uitvoeren, worden retrovirussen genoemd
Bv. humaan immunodefficientie virus (HIV) die acquired immuno deficientie
syndroom (AIDS) veroorzaakt en een aantal virussen die kanker in dieren
veroorzaken (RNA tumor virussen)
,Retrovirussen
in het virusdeeltje zijn 2 kopieen van het RNA genoom ingesloten in een eiwit
capside/ eiwitmantel dat wordt omgeven door een membraneuze envelop
=> elke RNA-kopie heeft een reverse transcriptase gebonden
Figuur: toont de cyclus van een typisch virusdeeltje
=> het virus bindt aan het oppervlakte van de gastheercel en de envelop
versmelt met het plasmamembraan
=> het capside en de inhoud komt vrij in het cytosol van de gastheercel
=> eenmaal in de cel katalyseert de virale reverse transctiptase de synthese
van een DNA-streng die complementair is aan het virale RNA
=> viraal reverse transcriptase heeft een RNA-afhankelijke DNA
polymerase activiteit
=> viraal reverse transcriptase heeft ook RNAse H activiteit: breekt het RNA in
de RNA/DNA binding af
=> kalayseert vervolgens de vorming van een tweede DNA-streng die
complementair is aan de eerste: we krijgen een dubbelstrengige DNA-versie
van het virale genoom
=> viraal reverse transciptase heeft een DNA-afhankelijke DNA polymerase
activiteit
=> dubbelstrengige DNA komt in de kern en integreert in het chromosomale DNA van
de gastheercel
=> gekatalyseert door het enzym virale integrase
=> het geintegreerde virale genoom, provirus genoemd, wordt gerepliceerd telkens
wanneer de cel z’n eigen DNA repliceerd
=> transcriptie van het provirale DNA (door cellulaire enzymen) produceert
RNA-transcripten die op 2 manieren functioneren
=> werken als mRNA moleculen die de synthese van virale eiwitten
sturen (capside-eiwit, envelop-eiwit en reverse transcriptase)
=> sommige van deze RNA-transcripten worden gebruikt om mee
verpakt te worden met de virale eiwitten in nieuwe virusdeeltjes
=> de nieuwe virusdeeltjes gaan uit het plasmamembraan zonder de gastheercel te
doden
Anti-HIV medicijnen
=> inhibitor van HIV reverse transcriptase
=> inhibitor van HIV integrase
Het vermogen van een retroviraal genoom om te integreren in het gastheercel-DNA
helpt verklaren hoe sommige retrovirussen kanker kunnen veroorzaken
=> deze virussen, RNA tumor virussen genoemd, hebben 2 soorten
=> virussen van het eerste type hebben kanker veroorzakende oncogenen in
hun genomen samen met de genen die coderen voor virale eiwitten
=> oncogen is de gemuteerde versie van een normaal cellulair gen
(proto-oncogen) dat codeert voor een eiwit dat wordt gebruikt om
celgroei en deling te reguleren
=> virussen van het tweede type dragen zelf geen oncogenen maar integratie
van hun genomen in de gastheercelchromosomen verandert het cellulaire
DNA zodanig dat een normaal proto-oncogen wordt omgezet in een oncogen
, Retrotransposons
Reverse transcriptie vindt ook plaats in normale eukaryote cellen in afwezigheid van
een virale infectie
=> veel daarvan beteft DNA-elementen die retrotransposons worden genoemd
Retrotransposons zijn een speciaal type mobiele elementen of transposons die
reverse trancriptie gebruiken om de beweging van de ene locatie naar de andere uit
te voeren
Figuur: beweging van een retrotransposon
=> transcriptie van het DNA van de retrotransposon
=> translatie van het resulterende RNA, dat een eiwit produceert dat
zowel reverse transcriptase als endonucleoase acitviteit vertoont
=> het retrotransposon RNA en -eiwit op de nieuwe locatie van het
chromosomaal DNA
=> de endonucleoase knipt een van de DNA-strengen
=> RNA bindt met een stukje van het enkelstrenige DNA
=> enkelstrenig DNA dient als primer voor de synthese van de
eerste DNA-streng door reverse transcriptase
=> de reverse transcriptase gebruikt het retrotransposon RNA als een sjabloon om
een DNA-kopie te maken die geintegreerd wordt in de nieuwe locatie
Hoewel retrotransposons zichzelf niet vaak transporteren, bevatten ze heel veel
kopieen
Bv. Alu-sequenties
=> zijn 300 bp lang
=> coderen niet voor reverse transcriptase
=> gebruiken reverse transcriptase die ergens anders in het genoom is
gecodeerd
=> het menselijke genoom bevat ongeveer 11% alu-sequenties van het totale
DNA
Bv.L1-element
=> is groter dan Alu
=> codeert voor z’n eigen reverse transcriptase en endonucleinezuur
=> komt nog meer voor: vertegenwoordigt 17% van het menselijke DNA
=> de reden waarom er zoveel kopieen bestaan is nog niet zeker maar men denkt dat
ze bijdragen aan evolutionaire flexibiliteit en variabiliteit
