MOLECULAIRE BIOLOGIE
INHOUDSOPGAVE
Algemeen ..................................................................................................................................... 3
1 – DNA, chromosomen & cellen.................................................................................................... 4
1.1 – Structuur & functie van nucleïnezuren....................................................................................... 4
1.2 – Structuur & functie van chromosomen ...................................................................................... 5
1.3 – DNA & chromosomen in celdeling & celcyclus ........................................................................ 10
2 – genstructuur, genexpressie & humane genoomorganisatie ....................................................... 16
2.1 – Genen die voor eiwit coderen ................................................................................................. 16
2.2 – RNA genen ............................................................................................................................ 18
2.3 – Wat betekent ons genoom? .................................................................................................... 22
Menselijk genoom project ........................................................................................................... 22
Sequentie databases en genome browsers ................................................................................. 22
ENCODE project ........................................................................................................................ 24
1000 genomes project ................................................................................................................ 28
2.4 – Organisatie en evolutie van ons genoom ................................................................................. 28
Genduplicaties, genfamilies, pseudogenen ................................................................................. 28
Repetitief DNA ........................................................................................................................... 32
3 – Kern DNA technologieën ......................................................................................................... 35
DNA klonering ............................................................................................................................... 35
Nucleïnezuur hybridisatie .............................................................................................................. 37
Microarray ..................................................................................................................................... 39
Southern blotting ........................................................................................................................... 42
Polymerase kettingreactie.............................................................................................................. 45
Sanger sequencing (dideoxy sequencing) ........................................................................................ 47
Massieve parallele DNA sequencing (next generation sequencing) ................................................... 49
4 – Genetische variatie ................................................................................................................. 52
Oorsprong van genetische variatie .................................................................................................. 52
Endogene fouten in chromosomen en DNA ................................................................................. 52
Beschadiging chemische structuur DNA ..................................................................................... 54
Endogene chemische schade ................................................................................................. 54
Externe chemische schade: mutagenen .................................................................................. 55
DNA-herstel .................................................................................................................................. 58
Schade aan 1 streng ................................................................................................................... 58
Base excision repair ............................................................................................................... 58
1
, Nucleotide excision repair ...................................................................................................... 59
Single strand break repair ....................................................................................................... 60
Base mismatch repair ............................................................................................................ 60
Schade aan beide strengen......................................................................................................... 61
Dubbelstrengige breuken (double strand breaks/DSBs) ........................................................... 61
DNA repair disorders: interstrand cross-links .......................................................................... 63
Klassieke DNA-polymerasen....................................................................................................... 65
Niet-klassieke DNA-polymerasen ............................................................................................... 65
Een inventaris van genetische variatie bij de mens ........................................................................... 66
Functionele variatie en eiwitpolymorfismen .................................................................................... 70
Speciale genetische variatie in het immuunsysteem ........................................................................ 75
5 – Single gen disorders................................................................................................................ 85
Gastles: Evolutie ......................................................................................................................... 92
Oefeningen ................................................................................................................................. 99
Zelfstudie 1: DNA-replicatie ....................................................................................................... 108
Zelfstudie 2: Transcriptie ........................................................................................................... 114
Zelfstudie 3: RNA processing ..................................................................................................... 119
Zelfstudie 4: Translatie .............................................................................................................. 123
2
,ALGEMEEN
• EXAMEN
o Op examen mag je zowel Nederlands als Engels schrijven of combinatie
hiervan bvb Engelse vaktermen
o Schriftelijk
o Theoretische vragen & oefeningen (6-9 vragen)
§ Meeste vragen zijn theorie
o Niet toegelaten
§ ZRM (krijg je indien nodig)
§ Uurwerken
§ Pennenzak met meer dan 10 stuks schrijfgerief (doorschijnend!)
> Drinkbus moet ook doorschijnend zijn
§ Gebruik van potlood bij beantwoorden
• Handboek iets uitgebreider, best daar hoofdstukken in lezen om alles goed te
begrijpen (slides zijn enkel samenvatting)
o Als het niet in slide staat en wel in handboek, is het geen examenleerstof
• Zelfstudie-opdrachten met responsiecolleges
• Verplichte gastles over evolutie (zie Bb) = leerstof
o Niet altijd een vraag over op examen maar soms wel 1
• Oefeningensessie in 2 groepen (zie Bb)
o Verplicht
o Oefeningen vooraf op Bb: thuis voorbereiden
o Geen quotering voor examen (is voor jezelf om te zien of je het begrijpt à
gelijkaardige oefening kan op examen)
• 9 zelfstudie-opdrachten à hiervan wel theorie uit boek/studiemateriaal Bb
kennen want geen college over (zie doelstellingen voor wat je moet kennen)
o 1: DNA-replicatie
o 2: Transcriptie
o 3: RNA processing
o 4: Translatie
o 5: Regulatie van translatie in bacteriën
o 6: Regulatie van translatie in eukaryoten
o 7: Technieken (H3)
§ Voorafgegaan door introducerend hoorcollege
o 8: Overerving (H5)
§ Voorafgegaan door introducerend hoorcollege
o 9: Kanker (1e deel H10; 10.1 & 10.2)
§ Geen les over, zelf obv boek leren
§ Wel feedbacksessie, maar zijn vnl oefeningen (theorie ook kennen
voor examen)
3
, à Na opdracht is er responsiecollege met oefeningen (zie Bb voor data)
o Oefeningen zelf al proberen maken, daarna overlopen in responsiecollege
o Technieken: technieken zelf ook kennen
§ EXAMENvraag die veel voorkomt: leg deze techniek uit
1 – DNA, CHROMOSOMEN & CELLEN
1.1 – STRUCTUUR & FUNCTIE VAN
NUCLEÏNEZUREN
• DNA vs RNA
o DNA: deoxyribose (D) vs RNA: ribose (R)
(afb)
o Verschil: H en OH op 2’ plaats
o 3’ plaats & 5’ plaats = oriëntatie van DNA molecule à
belangrijk
o Stukje DNA (afb): zie je want H en geen OH (anders RNA)
en hangen aan elkaar door suiker-fosfaat-suiker-fosfaat-
… en op 1e plaats base
o Lineaire DNA-molecule (kan ook circulair: geen begin &
einde) zoals op chromosomen bij mens: hebben 3’ en 5’
uiteinde à verschillend: hier aan 5’ kant een C (meestal
nog fosfaat) en aan 3’ OH
o 3’ kant = kant waar DNA-polymerase zal aanhechten en
DNA zal verlengen = polymerisatie (nooit aan 5’ kant)
o Verschillende basen (afb) niet kunnen tekenen, wel
kennen
§ Thymine: DNA
§ Uracil: RNA
o Baseparing
§ G-C
§ A-T
o G-C basepaar is sterker dan A-T à 3
H-bruggen ipv 2
§ Als je DNA-stuk hebt met hoog
G-C gehalte à helix sterker in
elkaar à hogere denaturatie T°
4
, • Dubbele helix (afb)
o Groen & grijs = suiker-
fosfaat-… ruggengraat
= polair (langs deze
kant zit water)
o Basen zitten binnenin
= apolair
• DNA-replicatie (zie
zelfstudie)
o Dubbele helix gaat uit elkaar
o Enkelstrengen worden terug tot volledige strengen gemaakt
o Altijd langs 3’ kant dus dat kan in 1 keer
§ Langs andere kant moet het in korte stukjes naarmate helix
opengaat = okasaki-fragmenten
• DNA-transcriptie (zie zelfstudie)
o Niet verwarren met translatie = vertalen mRNA naar eiwit
o Transcriptie = overschrijven van DNA naar RNA
1.2 – STRUCTUUR & FUNCTIE VAN CHROMOSOMEN
• Moleculaire structuur van eukaryote chromosomen
o Typisch eukaryoot chromosoom kan honderden miljoenen bp lang zijn
§ 1m lang indien uitgestrekt
§ Moet passen in cel 10-100μm, in kern van 2-4 μm
o Chromosomen bestaan uit chromatine
§ DNA-proteïne complex
> DNA niet ‘naakt’ in kern maar geassocieerd met eiwitten
> DNA met eiwitten samen = chromatine
§ Chromosomen zijn dynamische structuren die alterneren tussen
dichte en losse opvouwing
> Metabool actief à niet dicht want er moet trancriptie zijn,
indien dicht is het niet toegankelijk
> Cel die gaat delen pakt DNA heel erg in want DNA moet
sterk geordend zijn zodat het goed verdeeld wordt over 2
dochtercellen
5
, o 3 niveaus van opvouwing voor
euchromatine (= normaal DNA)
§ 1. Opvouwing rond histonen:
7x korter
> Histonen = basische
eiwitten, zitten met 8
tegelijk
> 1 bolletje (afb) = 8
eiwitten
> Cluster van eiwitten
waar DNA 2x rond gewonden wordt, dan beetje plaats en
opnieuw errond gewonden, … = ‘beads on a string’ à zo
wordt DNA veel korter omdat je het oprolt, dan bolletjes
gestapeld à dikkere fiber (zie 2)
§ 2. 30nm fiber: 7x korter
§ 3. Chromatine lussen: variabel
> 30nm fiber wordt in
lussen aangehecht op
‘scaffold’ (schavot) van
eiwitten
> Lussen zijn niet
willekeurig, zo gekozen
dat bep (groepen van)
genen in 1 lus zitten à 1 lus kan ontward worden en dan
daar expressie
o Heterochromatine = super compact DNA,
nog meer dan de 3 niveaus
Veelal genetisch inactief
o Op moment deling is alles
heterochromatine, wanneer cel actief is zijn
grote cellen DNA euchromatine (sommige
delen nog wel ingepakt)
• Figuur
o DNA dubbele helix à 8 histonen met DNA
2x rond à lussen op schavot à compacter
want metafasechromosoom
§ Metafase is tijdens meiose wanneer
chromosomen helemaal klein
ingepakt zijn, aan spoeldraden
hangen en uit elkaar gaan
o à verder verpakt à chromosomen
6
,• Chromosoom fct: gespecialiseerde sequenties die nodig zijn voor chromosoom
fct:
o Centromeren: regio waar een groot
proteinecomplex, het kinetochoor
zal binden bij de celdeling
§ Midden op chromosoom
§ Waar arman van X elkaar
raken
§ Plaats waar microtubuli van
spoelen worden aangehecht
om chromosomen naar de 2 polen van de cel te trekken
o Origins of replication
§ Zitten overal, zitten er meerdere
§ Chromosoom kan lang zijn (veel bp) à als je wil repliceren niet aan
1 kant beginnen en hele lengte afgaan maar op verschillende
plaatsen tegelijk en deze plaatsen komen elkaar tegen en dan aan
elkaar gezet = origins of replication (ori’s)
o Telomeren
§ = uiteinden van
chromosomen
• Telomeren
o Speciaal want gespecialiseerde
sequenties die nodig zijn voor behoud integriteit van chromosoom
o Repetitieve sequentie van 6 basen: TTAGGG à deze 6 basen ong 2000x
herhaald
o Eindigt met enkelstrengig stukje van 3’ met 30x herhaling
§ Dubbelstreng is altijd antiparallel dus 1 DNA-streng is van 5’ naar
3’ en andere streng andersom
§ Zo kan je uiteinde chromosoom beschermen, is heel kwetsbaar
voor schade door nucleases
§ Uiteinde verstopt in dubbele helix
§ Omdat het een repetitieve
sequentie is, komt die meerdere x
voor en kan die ook met zichzelf
hybridiseren à enkelstrengig
stukje invadeert dubbele helix
(gaat open) à hybridisatie van 10-
tallen bp die zorgen dat
chromosoom eindigt in lus
(telomeren = 2 lussen) à uiteinde verstopt in chromosoom
7
,• Waarom zitten repetitieve sequenties daar?
o Om lus te kunnen vormen (maar daarvoor
zouden ze niet zo lang moeten zijn want zijn er
2000)
o Probleem met replicatie van lineaire DNA-
molecule: replicatie begint altijd met RNA-
primer à wordt aangehecht want DNA-
polymerase kan niet uit zichzelf beginnen, heeft
altijd template nodig: altijd dubbelstreng & vrije
3’ OH nodig
§ Je kan primer aanhechten en dan begint
DNA-polymerase maar primer heeft bep
lengte en laatste base (enkele 10-tallen) kunnen niet gerepliceerd
worden dus als cel dit dikwijls doet door te delen, dan wordt
chromosoom telkens (met lengte van primer op z’n minst) korter
§ Telomeren van jonge mensen zijn langer dan van oude mensen
want bij oude mensen al meer gedeeld à maar telomeren hebben
voldoende repetitieve sequenties om hele tijd mee te kunnen
§ In kiemlijn worden telomeren terug op lengte gebracht dus neonaat
wordt met lange telomeren geboren
• Schaap Dolly
o Eerste gekloonde schaap
o Uit uier schaap cellen genomen à nieuw schaap gekloond: Dolly
o Is snel gestorven, leed aan versch oudersomsziekten
o Telomeren waren verkort, want ze was niet door normale kiemlijn gegaan
waar telomerase aanwezig is en telomeren verlengd worden
• Werking telomerase
o Kan telomeren terug op
lengte brengen
o Bestaat niet alleen uit
eiwtten, zit ook stukje
RNA in dat
complementair is aan
repetitieve sequenties
van telomeren want is een
enzym dat ook een DNA-
polymerase is
o Het gaat aanhechten op
telomeer op laatste base
en 3’ gaat verlengen
omdat bp met RNA bindt
8
, o Je kan niet alleen DNA dubbele
helix maken maar ook hybride
helix met 1 DNA-molecule en 1
RNA-molecule
o Kan opschuiven wanneer
sequentie is afgewerkt, schuift
dan met 6 plaatsen op en begint
opnieuw, zit regulatie op om ze
niet te lang te maken
• Southern blot
o Zie H3 zelfstudie
o Blot van gelektroforese (DNA scheiding
volgens lengte) in kilo bp
o Huidbiopt nemen van iemand: zitten
fibroblasten in à kweken in celcultuur à je
kan fibroblasten veel laten delen bij
kinderen, bij volwassenen minder
o Telomeren aangekleurd dan: langer bij
kinderen, worden korter en korter bij
volwassenen en ziet ze zelf verdwijnen op het einde
• Telomeren & cellulaire veroudering
o Lichaamscellen hebben een vooraf bepaalde levensduur
o Cellen delen een beperkt aantal keer
o Telomerase is aanwezig:
§ In kiemlijncellen
§ In snel delende somatische cellen
o Telomerase functie vermindert met de leeftijd
§ Cellen die niet meer delen: senescentie
o Introductie van telomerase kan cellijn « immortaliseren » dus slecht als
het tot expressie komt op verkeerde plaats
o Telomerase geactiveerd in 90% van alle menselijke kanker
• Verschillen in DNA copy number
o Ploïdie: het aantal kopies van de basis chromosomen set
o Meeste cellen bij de mens zijn diploïd (2C)
§ Helft chromosomen van moeder en helft vader dus maternale set
en paternale set
9
, o Sperma cellen en eicellen zijn haploïd (1C)
§ Want ondergaan meiose/reductiedeling
o Sommige gespecialiseerde cellen zijn nulliploïd (0C): erythrocyten,
bloedplaatjes, …
o Sommige zijn polyploïd: 2 mechanismen (grote cellen met meerdere
kernen)
§ Replicatie zonder celdeling
§ Celfusie
o Copy number verandert tijdens de celcyclus
1.3 – DNA & CHROMOSOMEN IN CELDELING & CELCYCLUS
• Celcyclus: versch fases (afb)
o G = Gap fase
o S = Synthese
o M = Mitose (celdeling)
o Witte lijntjes: hier zitten vaak checkpoints
§ Bvb checkpoint voor DNA-synthese start om te
kijken of DNA in orde is
§ Als DNA niet in orde is, eerst DNA-herstel en dan
pas synthese
§ Als DNA zo beschadigd is dat het niet hersteld kan worden, dan
wordt cel vernietigd (apoptose)
§ Na synthese ook checkpoints om
na te gaan of alles in orde is
§ Dan pas celdeling
• Figuur:
o Op bep moment 2 sets chromosomen,
normale cel à verdubbeling tijdens S-fase
met dubbele helix die 2x voorkomt
o Die 2 exemplaren worden bij elkaar
gehouden door cohesines = eiwitten die de
2 strengen verbinden
§ De meeste cohesines verdwijnen
behalve aan het centromeer à X-
vormige structuren =
zusterchromatiden
§ Na celdeling gaan
zusterchromatiden elk naar een
kant
10
