Samenvatting van volledige tentamenstof van het vak FABA204 Biologische Geneesmiddelen. Voorzien van figuren en tabellen en omvat hoorcollege en elevate lesstof. Interesse in een individueel onderdeel van de cursus? Stuur me een berichtje!
FABA204 Biologische Geneesmiddelen
Week 1 Pharmaceutical Biotechnology & Recombinant DNA Technology
Basistheorie RNA en DNA
Transcriptie en translocatie
Eiwit formatie in een eukaryoot cel start met een promotor. Promotor belangrijk als
transcriptieregulator. Zonder promotor herkend de cel het niet als een stuk DNA waar deze iets mee
moet doen. Op het moment dat de promotor ergens aan bindt kan deze gaan beginnen aan de
transcriptie bij de transcriptie start site en kan deze beginnen aan het maken van het pre-mRNA (dit
wordt dus transcriptie genoemd en wordt gekatalyseerd door polymerase II). Het pre-mRNA bevat
nog zowel de intronen en de exonen. Intronen zijn niet coderend voor het eiwit dus deze worden uit
de strand gehaald waardoor je de exonen overhoudt. Dit wordt mRNA genoemd. Deze verwijdering
van intronen wordt splicing genoemd. Het mRNA bevat vaak ook extra informatie zoals een 5’ UR
(untranslated region) en een 3’ UR. UR zijn de gebieden die aanwezig zijn voor het startcodon en na
het stopcodon die niet worden vertaald naar het eiwit. Vervolgens wordt door middel van translatie
de mRNA sequentie omgezet naar een eiwitketen. Deze moet nog op een bepaalde manier gevouwen
worden en er zullen nog verschillende posttranslationele modificaties optreden welke nodig zijn voor
het verkrijgen van de functionele eigenschappen van het eiwit.
Figuur 1. De verschillende stappen in transcriptie en translatie.
Let wel op, het kan zo zijn dat niet alle exonen in het mRNA terecht komen waardoor dus ook een
ander eiwit gevormd zou worden. Wanneer dit gebeurd wordt er gesproken over verschillende
isovormen van een bepaald gen. Dit wil dus zeggen dat de DNA sequentie niet anders is maar de
eiwitvormen die eruit komen wel. Dit is het resultaat van alternatieve splicing. Dit is dus belangrijk
voor de ontwikkeling van geneesmiddelen omdat men wel de juiste isovorm wil verkrijgen. Dit is de
reden waarom men vaak de RNA sequentie (duidelijkere link met een bepaald eiwit) pakt i.p.v. de DNA
sequentie.
Kernbegrippen
- Promotor: het gebied van het DNA dar de initiatie geeft voor transcriptie van een bepaald gen.
Promotors zijn gepositioneerd dicht bij de transcriptie start site van genen op dezelfde strand
en upstream op het DNA (richting 3’ gebied). In bacteriën wordt de promotor herkend door
RNA polymerase waaraan deze bij een DNA-sequentie bindt.
- Transcriptie (start site): Transcriptie is het proces dat van DNA een complementaire mRNA
strand maakt. De transcriptie start site is de plaats waar de promotor bindt en de transcriptie
wordt gestart. Bij de transcriptie start site begint polymerase II met de transcriptie van DNA
naar RNA.
- Translatie (start site): translatie is het proces waarbij de ribosomen in het cytoplasma of het
ER de eiwitten synthetiseren welke na transcriptie van het DNA naar RNA in de kern heeft
, plaatsgevonden. Gedurende translatie wordt mRNA gedecodeerd in een ribosoom om een
specifieke aminozuurketen te produceren. Het ribosoom vergemakkelijkt het decoderen van
het RNA door de binding van het complementaire transfer RNA (tRNA) anticodonsequenties
aan mRNA codons. Het tRNA draagt specifieke aminozuren die aan elkaar geketend zijn in een
polypeptide terwijl het mRNA doorloopt en wordt ‘gelezen’ door het ribossom. De translatie
start site is de plaats waar de translatie wordt gestart dus waar het ribosoom sanenvoegt met
het target mrNA. Het eerste tRNA is bevestigd aan het startcodon. In prokaryoten (zoals
bacterien) gebeurd de translatie in het cytosol waar de onderdelen van de ribosomen binden
aan het tRNA. In eukaryoten cellen gebeurd translatie ook in het cytosol of over het membraan
van het ER (dan wordt het co-translational translocatie genoemd). Translatie start site is na
het startcodon.
- Pre-RNA en mRNA: pre-mRNA is het onbewerkte mRNA welke direcht na transcriptie van DNA
wordt geproduceerd (bevat zowel intronen als exonen). Door een proces wat RNA-processing
wordt genoemd wordt het pre-mRNA omgezet in mRNA welke alleen de coderende
eiwitgedeelten (exons) bevat.
- Introns en exons: een introns is een stukje DNA dat zich bevindt in een gen maar dat niet
wordt gebruikt voor het coderen van een eiwit. Exonen zijn gedeelten die zich bevinden in een
gen en wel coderen voor het eiwit. Deze exonen komen uiteindelijk in het mRNA terecht.
- Splicing: een vorm van RNA verwerking waarbij het pre-mRNA transcript wordt omgezet naar
mRNA. Gedurende splicing worden de introns verwijderd en de exonen samengevoegd.
- Poly A tail: deze ‘staart’ wordt vastgemaakt aan het eind van eukaryotisch pre-mRNA
vastgemaakt. De staart bestaat uit meerdere adenosine monofosfaten en wordt vastgemaakt
aan het 3’ uiteinde van het mRNA. De staart heeft functies in het nucleaire transport, translatie
en stabiliteit van het mRNA.
- Untranslated region (UTR): sequenties welke zich kunnen bevinden aan zowel 5’ als 3’ einde
welke niet worden vertaald naar mRNA.
- 5’ en 3’ side DNA of RNA: deze einden van een enkele DNA
strand worden gevormd door chemische conventie van het
benoemen van koolstofatomen in de ringstructuur van een
suiker. Het 5’ einde bevat vaak een fosfaatgroep gebonden
aan een C5 van een ribose ring; het 3’ einde is meestal niet
gemodificeerd en bevat een OH substituant op C2 van de
ribose ring. In een dubbele helix van DNA zijn deze einden
in tegenovergestelde richting georiënteerd waardoor base
paring ontstaat.
Figuur 2. Chemische structuur van
furanose. Koolstofatomen gelabeld.
5' is upstream; 3' is downstream.
DNA en RNA worden
gesynthetiseerd van 5' naar 3'
richting.
- Codon: een drietal basen in mRNA die een genetische code dragen. Gedurende translatie lezen
ribosomen het mRNA af en bouwen aan de hand van deze codons het eiwit. In totaal zijn er
64 codons waarvan 3 stopcodons → signaal dat de keten aminozuren klaar is en beëindigd
moet worden.
Zoals hierboven al uitgelegd gebeurd translatie van een eiwit op de ribosomen in het cytoplasma.
Wanneer een lipofiel eiwit wordt geproduceerd kan dit niet in het cytoplasma, deze zal dan
waarschijnlijk gaan aggregeren of plakken. Deze translatie vindt plaats op het ER. Na het ER zal deze
naar het Golgi gaan waar deze gevouwen. Naast eiwitvouwing vindt ook postranslationele modificaties
en transport plaats. Een posttranslationele modificatie is een covalente wijziging van een eiwit tijdens,
,of na de eiwitsynthese. Gedurende eiwitvouwing kunnen verschillende secundaire, tertiaire en
quaternaire (wanneer het eiwit gecombineerd wordt) ontstaan. Er zijn verschillende
posttranslationele modificaties welke belangrijk zijn voor de functionering van een eiwit
(voorbeelden):
- Glycosylering: suikerketen plaatsing. Verhoogt bijvoorbeeld de oplosbaarheid van dat
gedeelte van het eiwit en zorgt voor immonogeniciteit. Bij verkeerde suikerketens kan het
lichaam een afweerreactie tegen het eiwit in gang zetten.
- Zwavelbruggen. Voor juiste folding van een eiwit.
- Splicing.
Kernbegrippen en hun rol
- Ribosomen: ribosoom is een cel organel wat functioneert als plaats waar biologische eiwit
synthese plaatsvindt (translatie). Ribosomen maken de aminozuren aan elkaar in de volgorde
welke aangeleverd wordt door mRNA.
- tRNA: transfer-RNA is een adaptor molecuul bestaande uit RNA welke de fysische link vormt
tussen het mRNA en de aminozuursequentie van eiwitten. tRNA zorgt voor de overdracht van
aminozuren naar de ribosomen in de richting van 3’ nucleotide sequentie.
- C-terminal side of amino acid sequence: aanduiding van het einde van een eiwit bestaande
uit een aminozuur met een ongebonden carboxygroep (R-COOH).
- N-terminal side of amino acid sequence: Aanduiding van het begin van een eiwit bestaande
uit een aminozuur met een ongebonden aminogroep (R-NH2).
- Protein localization signals: een klein peptide aanwezig bij de N-terminus met als functie het
aanzetten tot translocatie van een eiwit.
- Cytosol: ook wel bekend als cytoplasma is de vloeistof in de cel waarin de celorganellen drijven
en de meeste metabole processen plaatsvinden.
- Endoplasmic reticulum: celorganel aanwezig in eukaryotische cellen welke bestaat uit een
netwerk van membranen waartussen holten en kanalen worden gevormd. Het ER zorgt voor
de vouwing van eiwitten en het transport van de gesynthetiseerde eiwitten in blaasjes naar
het Golgi apparaat.
- Goli apparaat: Celorganel met als belangrijkste functie het verpakken van de eiwitten van het
ER in blaasjes voordat deze worden vervoerd naar hun bestemming via exocytose.
- Posttranslational modifications: covalente wijziging van een eiwit tijdens, of na de
eiwitsynthese. Nodig voor correcte functionering van een eiwit. Vinden voor grootste gedeelte
plaats in ER en gedeeltelijk in Golgi.
- Protein folding: vouwing van een eiwit waarin het eiwit in een karakteristieke
driedimensionale structuur wordt gevouwen. De driedimensionale structuur is essentieel voor
de functie van het eiwit.
Verschillen DNA vs RNA
DNA RNA
Dubbele helix Enkele helix
DNA is heel groot met miljoenen nucleotiden. Kleiner met 100-1000 nucleotiden.
Suiker structuur: deoxyribose suiker. C2 ➔ H Suiker structuur: ribose suiker. C2 → OH groep.
groep
Locatie: in de celkern. Locatie: meeste RNA is in de cytosol.
Basen: adenine, guanine, cytosine, thyamine Basen: adenine, guanine, cytosine, uracil
Eukaryote vs prokaryote
Een van de belangrijkste verschillen tussen eukaryote cellen en prokaryote cellen (zoals bacteriën) is
dat de eukaryote cellen een celkern hebben wat ervoor zorgt dat het RNA verwerkt kan worden
voordat het in een eiwit veranderd. Splicing kan dus plaatsvinden in een apart compartiment. Bij een
, prokaryoot kan dit dus niet omdat er geen celkern is. De ribosomen gaan dus meteen een eiwit maken
en dat eiwit moet dus helemaal af zijn wanneer deze in een prokaryote cel wordt geïntroduceerd. Er
is dus een mRNA processing en weinig post-translationele modificaties. Er kan ook verschil zijn in
mogelijke codon bias wat wil zeggen dat baseparen in bacteriën niet herkend kunnen worden.
Figuur 3. Schematische weergave van een prokaryote en eukaryote cel.
Recombinante eiwitten
Het is dus belangrijk om te bedenken hoe de cel de juiste instructies kan krijgen voor het maken van
het therapeutisch gewenste eiwit. Je zou bijvoorbeeld RNA in een cel kunnen stoppen → nadeel
onstabieler dan DNA dus wordt snel afgebroken. Een juist pakketje dient aangeleverd te worden aan
de cel inclusief promotor.
De codon sequentie wordt omgezet naar DNA en deze bevat dus alleen de juiste eiwitsequenties. Dit
wordt hieronder schematisch weergegeven:
- Keuze van een geschikte weefsels waaruit RNA extractie wordt gedaan.
- Hier wordt met reversed transcriptase copyDNA van gemaakt.
- Door middel van PCR wordt geamplificeerd → DNA sequentie van eiwit verkregen.
Figuur 4. Stappen voor isolatie gewenst stukje DNA.
Let op! Je hebt nu nog geen gen! Om ervoor te zorgen dat de cel er ook daadwerkelijk iets mee kan
moet nog een begin en eind sequentie en een promotor aan wordt gekoppeld. Vaak wordt een
standaard pomotor aangeleverd.
Voordelen van het kopen van samenvattingen bij Stuvia op een rij:
Verzekerd van kwaliteit door reviews
Stuvia-klanten hebben meer dan 700.000 samenvattingen beoordeeld. Zo weet je zeker dat je de beste documenten koopt!
Snel en makkelijk kopen
Je betaalt supersnel en eenmalig met iDeal, creditcard of Stuvia-tegoed voor de samenvatting. Zonder lidmaatschap.
Focus op de essentie
Samenvattingen worden geschreven voor en door anderen. Daarom zijn de samenvattingen altijd betrouwbaar en actueel. Zo kom je snel tot de kern!
Veelgestelde vragen
Wat krijg ik als ik dit document koop?
Je krijgt een PDF, die direct beschikbaar is na je aankoop. Het gekochte document is altijd, overal en oneindig toegankelijk via je profiel.
Tevredenheidsgarantie: hoe werkt dat?
Onze tevredenheidsgarantie zorgt ervoor dat je altijd een studiedocument vindt dat goed bij je past. Je vult een formulier in en onze klantenservice regelt de rest.
Van wie koop ik deze samenvatting?
Stuvia is een marktplaats, je koop dit document dus niet van ons, maar van verkoper UUValerie. Stuvia faciliteert de betaling aan de verkoper.
Zit ik meteen vast aan een abonnement?
Nee, je koopt alleen deze samenvatting voor €5,99. Je zit daarna nergens aan vast.
