HC 1 + 2 30/10/2018: Embryogenese & celbiologie en DNA structuur & organisatie
Zelftest ECB4, Norton website
Inleiding embryogenese
De eerste delingen binnen het embryo noemen we klievingsdelen. Het embryo zal na
verloop van tijd de zona pelucida (jasje) verlaten om in te nestelen. De neurale buis moet
eind vierde week helemaal gesloten zijn > kans op spina bifida (open ruggetje) en of
hersenafwijkingen.De overgang van embryo naar foetus ligt bij 8 weken.
- 1900 > morfologische benadering: anatomische benadering, artsen kijken naar de
binnenkant van een lijk om te begrijpen hoe iemand functioneert.
- Eind 20e eeuw > experimentele embryologie: wat gebeurt er in het embryo als ik iets
verander. Studies kuiken-kwartel donor experimenten.
- Vanaf jaren 60 > teratologie: bewust van misvorming van embryo na blootstelling aan
stoffen bijvoorbeeld softenon > knopjes van armen en benen niet goed ontwikkeld.
- Vanaf jaren 90 > moleculaire benadering: wetenschappers konden steeds beter
‘spelen’ met het DNA bijv. genetische modificatie > fluorescentie toedienen aan een
gen. Hiermee konden wetenschappers ontrafelen van de rol van individuele genen
en hun interactie met omgevingsfactoren.
Celbiologie
Samenwerking tussen de cellen vindt plaats middels de eiwitten gevormd in celkernen op
basis van de erfelijke informatie. In het menselijk lichaam bestaan er 200 tot 400
verschillende celtypen.
De cel bestaat uit verschillende organellen en andere moleculen/eiwitten/stoffen tussen deze
organellen. De cellen kennen niet alleen deze cytoplasmic side (intracellulair), maar de cel
krijgt ook signalen van buitenaf (extracellulair) en hier is constant interactie tussen.
In de nucleolus is het kernlichaampje, hier wordt het rRNA om ribosomen te maken.
Daarnaast hebben we een vesikel, vacuole en lysosoom (breken afvalstoffen af),
endoplasmatisch reticulum, golgiapparaat, cytoskelet (stevigheid van de cel), mitochondriën,
cytoplasma, centriolen (het uit elkaar halen van chromosomen bij de deling), ribosomen.
, 1. Endoplasmatisch reticulum ruw en glad > het ruwe zorgt voor aanmaak eiwitten +
transport naar golgi systeem en het gladde zorgt voor het transport naar het golgi
systeem en synthese fosfolipiden en hormonen en detoxificatie.
2. Golgi apparaat > verdere specialisatie van eiwitten (modificatie van eiwitten) en deze
worden ingepakt in blaasjes.
3. Lysosoom > afbraak afvalstoffen in de cel en deze zijn gemaakt in het golgi systeem.
4. Mitochondriën > ATP wordt (energie) gemaakt. Oppervlaktevergroting d.m.v cristae.
5. Kern (nucleus) > ligging DNA (genetische informatie).
6. Kernlichaampje (nucleolus) > rRNA voor synthese ribosomen voor translatie.
7. Cytoskelet > stevigheid, vorm en beweeglijkheid van de cel via polymeren van
eiwitten bijv. microfilamenten (actine), microtubuli (kleine buisjes opgebouwd uit
tubuline), intermediaire filamenten.
Delen (proliferatie), differentiëren (specificatie en differentiatie) en bewegen (migratie)
zorgen ervoor dat de vorm van het embryo gaat veranderen > morfologische benadering.
Door middel van signalering/aansturing > moleculaire benadering > zo weet de cel wat hij
moet gaan doen. Wat zijn signaalstoffen? > paracriene factoren bijv. Hoe worden ze
aangemaakt en afgegeven en hoe geven ze info door? Hoe komt het dat cellen anders van
elkaar worden (differentiëren)?
Wat zijn signaalstoffen & hoe worden ze aangemaakt en afgegeven?
Signaalstoffen zijn eiwitten. Signaalstoffen beïnvloeden het celgedrag. De moleculen binden
op het celoppervlak > ieder van deze moleculen kan een effect hebben op de cel/ de cel
sturen wat hij moet worden/gaan doen. Deze eiwitten worden gemaakt op basis van het
DNA gelegen in de celkern. Eiwitten vervullen verschillende functies, zoals regulatie
genexpressie/cel-beweging, katalyseren reacties, bouwstenen voor celstructuren & regulatie
van cel-cel communicatie (vooral paracriene factoren).
DNA structuur & organisatie
Je ziet de chromosomen netjes weergegeven alleen tijdens de mitose onder de microscoop.
Een menselijke cel bevat 46 chromosomen, behalve gameten. DNA is een dubbelstrengs
polymeer van nucleotiden. DNA bevat de genen die coderen voor de aanmaak van eiwitten.
Het suiker en fosfaatgroepen vormen de leuning en de stikstofbasen treden. De
stikstofbasen zijn complementair aan elkaar en vormen een paar. Een chromosoom is dus
één dubbelstrengs DNA molecuul. Deze strengen zijn alpha helixen > structuur ontstaat
middels de afstotende - ladingen van de fosfaatgroep en het DNA molecuul. Met het woord
genoom bedoelen we het totaal aan chromosomen per celkern, dus veel meer dan “alleen”
de genen. De genen liggen op een specifiek stukje van het chromosoom. Op basis van één
gen kunnen meerdere eiwitten gemaakt worden > verschillende splicing is hier een
voorbeeld van.
Het genoom van een individu is in alle cellen exact hetzelfde (soms een foutje, maar in
principe hetzelfde), alle mensen hebben dezelfde genen, maar de genomen van
verschillende individuen kunnen wel op veel plaatsen van elkaar verschillen > puntmutaties,
SNP’s (varianten van genen > de ene mens heeft de ene variant en de andere mens heeft
de andere variant), deleties, inserties. De protein-coding genes beslaat maar een heel klein
,deel van het genoom, de rest codeert niet voor eiwitten (junk DNA) > lijkt nutteloos, maar dit
is voornamelijk nodig voor regulatie (goed aan/uitschakelen van genen). Wanneer je naar
een stuk DNA kijkt, zit er een gen en tussen het volgende gen kan een hele grote afstand
zitten. In de tabel op de slide zien we dat de fruitvlieg zijn genoom efficiënt heeft ingericht, er
is geen verband tussen het aantal genen en de grote van het genoom.
Middels histonen die met zijn achten een bolletje vormen kan het DNA hier omheen
gewikkeld worden en deze combinatie wordt een nucleosoom genoemd. Het DNA kan
binden aan histonen, doordat histonen veel arganine/lysine bevat > + lading > trekt de -
lading van DNA aan > binding. De histonen zijn een complex van 8 eiwitten > octamer.
Histon 1 zorgt voor een verder compactie door de nucleosomen naar elkaar toe te trekken
(linker histon). Tussen de histonen zit een stuk DNA zonder histoon en wordt linker
genoemd. De 4 histonen die het octameer vormen zijn H2A, H2B, H3 en H4. Door de
evolutie heen zijn deze eiwitten geconserveerd > evolutionaire ‘conservering > de
nucleotidenvolgorde van een gen is behouden gebleven in de loop van de evolutionaire
ontwikkeling. Bij een foutje ging de cel dood. Veranderingen in de nucleotidenvolgorde zorgt
voor een verminderde functie van het histon-4 eiwit & is dit dus letaal (dodelijk) voor de cel.
Op de histonen kunnen groepen geplaatst worden, die ervoor zorgen dat het DNA losser of
strakker rond de histonen gewonden wordt. De beads-on-a-string is de weergave waarop
het DNA te zien is in zijn meest uitgerekte vorm. De linker histon behoort niet tot het
nucleosoom aangezien die kan verschillen in lengte.
De opvouwing van het DNA verschilt tussen de verschillende fases in de celcyclus.
Interphase > DNA is lang uitgerekt, M-phase (mitose) > DNA wordt compacter. Het
opwinden van DNA rond histonen is dus een dynamisch proces. Verdere opvouwing van het
DNA vormt een soort kabel > chromatine > totaal aan DNA plus eiwitten (met name
histonen, maar bijvoorbeeld ook transcriptiefactoren). We hebben twee soorten chromatine:
1. Heterochromatine > transcriptie onderdrukt doordat het erg compact is. Op het
telomeer (uiteinde) en centromeer (centrum).
2. Euchromatine > transcriptie actief, want het is minder compact.
Chromatide: helft van een verdubbeld chromosoom na replicatie en voor de deling. Eén
stokje van het chromosoom die vastzit aan de andere chromatide via het centromeer.
Functie opvouwen DNA: toegang behouden voor reparatie en transcriptie enzymen en
garanderen van juiste replicatie en vervolgens doorgave aan de dochtercellen.
Bij menselijke chromosomen hebben we twee armen: p & q. De uiterste einden noem je
telomere en het midden centromere. Bij de centromere zitten de twee chromatide aan elkaar
vast. De autosomen zijn bij mannen/vrouwen gelijk en geslachtschromosomen verschillen (X
& Y). Diploïd/haploïd twee/één chromosomen. Via een karyotype kan je chromosomen in
kaart brengen. De telling gaat van groot naar klein. Er is geen verband tussen hoe
complexer het chromosomen, hoe meer chromosomen.
De koolstofatomen van de suiker deoxyribose kennen een nummer: fosfaatgroep op 5 en op
3 een hydroxylgroep en op 1 de base. Als we het hebben over polaritieit in dit molecuul
spreken we niet over ladingen, maar over de twee polen: hydroxylgroep en polariteit.
Vandaar heb je ook een 5 en een 3 uiteinde binnen de DNA strand die een sequentie vormt.
Tussen de nucleotiden zit de covalente fosfodiester verbinding. Tussen A&T heb je maar 2
, waterstofbruggen en C&G kent 3 waterstofbruggen > dus hoe meer C&G verbindingen hoe
meer energie erin moet om dit DNA te scheiden/binding verbreken. De twee strengen
kennen een antiparallele polariteit, de ene loopt van 5 naar 3 en de andere van 3 naar 5. De
coderende richting (informatie stroom flow) is altijd van 5 naar 3 en per gen kan dit
verschillen. 5 is de upstream en de 3 kant is de downstream.
HC 3 + 4 31/10/2018: DNA replication/ transcription + translation
Verdubbeling van het DNA, zodat een cel zich deelt (mitose). Tijdens de S-fase in de
celcyclus zal het DNA zich zal repliceren.
Verschillende theoriën van DNA replicatie:
- Conservative: twee geheel nieuwe strengen
- Semiconservative: bestaat uit oude streng en nieuwe streng
- Dispersive: de twee strengen bestaan deels uit oud en nieuw
Dit is achterhaald door het DNA te laten vormen uit N15 en N14 isotopen > wegen > De
oude strengen worden gegooid in een oplossing van N14 > medium gewicht > en de
generatie erop krijg je weer de lichtere vorm terug > past alleen bij de semi conservatieve
theory.
Replication
Er zijn vaste startplaatsen waar replicatie begint > daar worden de strengen uit elkaar
gehaald. Deze startplaatsen noemen we replication origin (zit een teller op die kan
controleren dat alles is gerepliceerd). In prokaryoten kennen een ciruculair chromosoom en
plasmide (kleiner DNA) en noemen we dat een plasmide die maar één startplaats kennen:
ori. Eukaryote chromosomen zijn veel groter > kennen meerdere replication origins > zorgt
voor sneller repliceren van het DNA.
We hebben verschillende polymerases: DNA, RNA & reverse transcriptase (viraal DNA > hij
maakt vanuit RNA DNA en is dus een DNA POLYMERASE). ALLE POLYMERASES
SYNTHETISEREN ALTIJD VAN 5’ NAAR 3’!!
- DNA polymerases: kunnen niet de eerste nucleotiden zelfstandig plaatsen. DNA
polymerase kan alleen van het 3’ einde naar het 5’ einde. Een primer zorgt ervoor
dat DNA polymerase kan starten. De primer is een stukje nucleïnezuur die
gebasenpaard is. Nu kan DNA polymerase kan de streng nu wel langer maken. DNA
polymerase gaat opzoek naar NTP’s (GTP, ATP etc) die hij bindt t.o.v de template
streng. DNA polymerase kan ook DNA afbreken. Dit noemen we een exonuclease
activity (knabbelt DNA vanaf het uiteinde van 3’ naar 5’ en andersom) en
endonuclease (in het midden).
- RNA polymerases: kunnen zelf de eerste nucleotide plaatsen.
De replicatie vork beweegt naar rechts en de onderste streng (in dit geval de leidende
(leading) streng) kan gewoon gesynthetiseerd worden, maar de volgende (lagging) streng
loopt van 3’ naar 5’ > wordt in stukjes gemaakt (Okazaki fragments) achteruit (back
stitching). Bij een nieuw Okazaki fragment moet opnieuw een primer gemaakt worden door
RNA polymerase (primase en dus niet datgene wat mRNA maakt), hierdoor kan DNA
polymerase weer de streng verlengen. De stukjes RNA die als primer fungeren moeten eruit
en de Okazaki fragmenten moeten aan elkaar geplakt worden > DNA polymerase knabbelt
via zijn exonuclease activiteit en achter zich vult hij dit weer aan. Ligase (enzym) plakt de
