Hoofdstuk 17; expressie van genen
§1: Transcriptie en translatie
De sequentie van DNA bepaald uiteindelijk wat voor eiwitten er worden aangemaakt. De
expressie van genen die coderen voor eiwitten, wordt genexpressie genoemd.
Genexpressie omvat twee fasen: Transcriptie en translatie.
Het proces van eiwitsynthese uit DNA gebeurt niet direct, het DNA moet namelijk eerst
worden omgezet naar RNA. RNA is chemisch gelijk aan DNA, naast het feit dat RNA een
ribose groep heeft i.p.v. deoxyribose en de stikstofbase uracil heeft i.p.v. thymine.
DNA bestaat dus uit A, T, C en G; terwijl RNA bestaat uit A, U, C en G. Daarnaast bestaat
RNA uit een enkele streng en niet uit een dubbele helix.
Een RNA-streng wordt aan de template streng vastgemaakt.
De synthese van RNA m.b.v. de sequentie van DNA, wordt transcriptie genoemd
Het wordt herschreven, omdat RNA geen T’tjes heeft. Dus alle T’s worden U’s, voor de rest blijft het hetzelfde (zie de
afbeelding hiernaast). De non-template strand is dus de strand die wordt herschreven.
mRNA is een vorm van RNA dat het DNA kan omzetten in eiwitten. mRNA fungeert als een soort transportsysteem voor de
genetische informatie die in het DNA is vastgelegd. mRNA wordt ook wel boodschapper (messenger)-RNA genoemd, omdat
het een genetische boodschap van het DNA naar de eiwit synthetiserende organel van de cel brengt.
Vervolgens wordt er vanuit het mRNA een keten aan aminozuren
gemaakt, ook wel een polypeptide genoemd. Dit wordt de
translatie genoemd. Tijdens deze fase is er een ‘taalverandering’:
De cel moet de nucleotidesequentie van een mRNA-molecuul
vertalen in de aminozuursequentie van een polypeptide.
De translatieplaatsen zijn ribosomen; dit zijn moleculaire
complexen die de ordelijke koppeling van aminozuren in
polypeptideketens vergemakkelijken.
Transcriptie en translatie komen voor in alle organismen. In dit
hoofdstuk kijken we vooral naar bacteriën en eukaryoten cellen.
Bacteriën hebben geen kernen, daarom is bacterieel DNA en mRNA
niet van ribosomen en andere eiwit makende organellen gescheiden.
Hierdoor kan de translatie van een mRNA beginnen terwijl de transcriptie ervan nog aan de gang is.
Bij eukaryote cellen zijn deze wel gescheiden, het DNA en mRNA bevinden zich namelijk in de kern.
Terwijl de eiwit makende organellen zich daarbuiten bevinden. Hierbij vindt de transcriptie plaats in de
kern en wordt het mRNA vervolgens voor translatie naar het cytoplasma getransporteerd.
De transcriptie van een eiwit coderend eukaryoot gen resulteert in pre-mRNA en verdere RNA-
verwerking levert het voltooide mRNA op. Het proces waarbij pre-mRNA wordt geproduceerd, wordt
primair transcript genoemd.
Naast mRNA kunnen er ook andere vormen RNA gemaakt worden, zoals tRNA en rRNA, dit wordt in 17.4
besproken.
Een aminozuur wordt bepaald door een code van 3
nucleotiden, deze 3 nucleotide kunnen bestaan uit een
willekeurige volgorde van de A, U, G of C basen. Op elke plaats
(van die 3 nucleotide), kunnen 4 mogelijke basen zijn. Dit
houdt in: 43 = 64. Er zijn dus 64 mogelijke codewoorden,
hieruit kunnen 20 aminozuren gecodeerd worden door ons lichaam.
Experimenten hebben aangetoond dat de vertaling van gen naar eiwit is
gebaseerd op een tripletcode, de nucleotide reeks van 3 nucleotiden, ook wel
een codon genoemd. Deze worden geschreven in de 5’ 3’ -richting. De codons
met de bijhorende aminozuren die ervan gemaakt worden, staan weergegeven
in een tabel (zie de afbeelding hiernaast). De niet-template DNA-streng, wordt
vaak de coderende streng genoemd, omdat deze hetzelfde is als de mRNA
streng, op de T’s na (deze zijn vervangen door U’s).
Tijdens de transcriptie bepaalt het gen de sequentie van nucleotidenbasen langs
de lengte van het RNA-molecuul dat wordt gemaakt. Voor elk gen wordt slechts
één van de twee DNA-strengen getranscribeerd. Deze streng wordt de
, matrijsstreng/template streng genoemd.
§2: Transcriptie in detail
DNA-transcriptie begint doordat een enzym genaamd RNA-polymerase
de twee DNA-strengen uit elkaar haalt. Ook verbindt deze de juiste RNA-
nucleotiden aan de DNA-matrijsstreng, waardoor het RNA wordt
verlengd. RNA-polymerase kunnen de nucleotiden alleen van de 5’ – in
de 3’-richting aanmaken, dus langs de 3’ tot 5’ end van de matrijsstreng.
Specifieke sequenties van nucleotiden langs het DNA markeren waar de
transcriptie van een gen begint en eindigt. De DNA-sequentie waar RNA-
polymerase zich hecht en transcriptie start, staat bekend als de
promotor. Bij bacteriën wordt de sequentie aan het eind v/d streng die
de transcriptie stopt, de terminator genoemd.
De richting van transcriptie wordt ook wel stroomafwaarts genoemd. De
andere richting is stroomopwaarts. Deze termen worden ook gebruikt
om de posities van nucleotidesequenties binnen het DNA of RNA te
beschrijven. De promotorsequentie in DNA is dus stroomopwaarts van
de terminator.
Het stuk DNA stroomafwaarts van de promotor dat wordt
getranscribeerd in een RNA-molecuul wordt een transcriptie-eenheid
genoemd. Dit is dus het deel dat transcriptie ondergaat.
Bacteriën hebben 1 enkel soort RNA-polymerase, terwijl eukaryoten
tenminste 3 soorten hebben.
Degene die wordt gebruikt voor pre-mRNA synthese wordt RNA-
polymerase II genoemd. De andere RNA-polymerase transcriberen RNA-
moleculen die niet in eiwit worden vertaald.
Bij eukaryoten helpt een verzameling eiwitten die transcriptiefactoren
worden genoemd de binding van RNA-polymerase en de start van
transcriptie te begeleiden. Pas nadat de transcriptiefactoren aan de
promotor zijn gehecht, bindt RNA-polymerase II eraan. Het hele complex
van transcriptiefactoren en RNA-polymerase II gebonden aan de
promotor, wordt een transcriptie-initiatiecomplex genoemd.
De promotor heeft een bepaalde cruciale DNA-sequentie, de TATA-box.
Bacteriën en eukaryoten verschillen in de manier waarop ze transcriptie
beëindigen. Bij bacteriën hebben ze een terminatorsequentie in het
DNA. Hierdoor komt de polymerase los van het DNA en komt het
transcript vrij, wat geen verdere modificaties meer vereist voor translatie.
Bij eukaryoten transcribeert RNA-polymerase II een sequentie op het DNA die de polyadenyleringssignaal-sequentie wordt
genoemd. Deze maakt een soort sequentie in het pre-mRNA, de polyadenyleringssignaal. Deze bestaat uit de sequentie:
AAUAAA en deze zorgt ervoor dat er op een punt 10 tot 35 nucleotiden stroomafwaarts van de AAUAAA een scheiding
wordt gemaakt, waardoor het RNA-transcript vrij komt van de polymerase.
Het pre-mRNA ondergaat vervolgens verwerking.
§3: Verdere verwerking van het pre-mRNA
Enzymen wijzigen pre-mRNA op specifieke manieren voordat het naar het cytoplasma wordt verzonden. Tijdens deze RNA-
verwerking worden beide uiteinden van het primaire transcript gewijzigd. Ook worden in de meeste gevallen bepaalde
inwendige secties van het RNA-molecuul uitgesneden en de overige delen aan elkaar gesplitst. Het resultaat: mRNA wat
klaar is voor translatie.
Elk uiteinde van pre-mRNA is op een bepaalde
manier gemodificeerd. Aan de 5’ end, wordt een
5’ -cap toegevoegd, wat een gemodificeerde
vorm van een guanine (G) nucleotide.
Het 3’end van het pre-mRNA wordt ook
gemodificeerd voordat het mRNA de kern
verlaat.
Aan het 3’-uiteinde voegt een enzym 50-250 extra adenine-nucleotiden toe, waardoor een poly-A-staart wordt gevormd.
De 5’-cap en de poly-A-staart delen verschillende belangrijke functies:
> Ze vergemakkelijken de export van mRNA uit de kern
