10.5 Genexpressie

• Biologie
• Middelbare school
• vwo
• Leerjaar 5

Thema 10 DNA

B5: Genexpressie

Leerdoelen

• Je kunt verschillende manieren van genregulatie beschrijven bij 

- prokaryoten (organisme zonder kern) en 

- eukaryoten(organisme met kern).

• Je kunt beschrijven wat het belang is van genexpressie voor zelfregulatie en zelforganisatie van een organisme.

Genregulatie / Genexpressie

genregulatie

het aan- en uitzetten van een gen

genexpressie (=het aanstaan)

de informatie van het DNA 

wordt overgeschreven tot RNA, mRNA wordt tijdens translatie omgezet tot een eiwit

Doel van genregulatie

* variatie in intensiteit van genexpressie 

enzymen nodig voor basisfunctie cel                    altijd expressie
enzymen voor specifieke functie cel             niet altijd expressie

* voorkomen van verspilling grondstoffen en energie

Operon: 

- stuk DNA met regulatorgen, promotor, operator en structuurgenen  

- alle genen die vorming van eiwit reguleren 

- bij prokaryoten codeert het regulatorgen voor een repressor

genregulatie in een prokaryoot 

(structuur)-genen staan uit

genregulatie in een prokaryoot 

(structuur)-genen staan aan

structuurgenen bevatten de informatie voor eiwitten

Repressie in afwezigheid van lactose

• regulatorgen codeert voor repressor.
  
• geen lactose, geen transcriptie
  
• repressor blokkeert operator
  
• RNA polymerase geblokkeerd
  
• structuurgenen kunnen niet afgelezen worden.
  
• regulatorgen codeert voor repressor.
  
• - geen lactose, geen transcriptie
  
• - repressor blokkeert operator
  
• - RNA polymerase geblokkeerd
  
• - structuurgenen kunnen niet afgelezen worden.
  

Opheffen respressie

Is lactose aanwezig in het medium?

Lactase moet worden gevormd

Lactose werkt als inductor:

het bindt de repressor, deze laat de operator los

RNA polymerase kan structuurgenen aflezen

afbraak van lactose met behulp van enzym

bij E.coli (een bacterie)

Opheffing repressie

•  inductor lactose bindt repressor
  
• repressor kan operator niet meer blokkeren
  
• RNA polymerase leest structuurgenen z, y, a
• transcriptie van mRNA
• eiwitsynthese van enzymen (B-galactosidase) voor vertering lactose

Gen staat uit

Gen staat aan

Repressor/Corepressor

Repressors kunnen inactief worden gemaakt:

- Inductor bindt repressor waardoor operator vrijkomt

Of actief worden gemaakt:

- corepressor bindt aan repressor

- actieve repressor bindt aan operator

Repressors kunnen inactief worden gemaakt

- Inductor bindt repressor waardoor operator vrijkomt

Of actief worden gemaakt:

- corepressor bindt aan 

repressor

- actieve repressor bindt 

aan operator

Wat is genexpressie?

1. het tot uiting komen van een gen
2. het afgelezen worden van een gen
3. het maken van eiwitten op ribosomen
4. het maken van verschillende celtypen

Genexpressie is het tot uiting komen van genen. Hiervoor moet het gen afgelezen worden, en worden vertaald naar een eiwit. Genexpressie zorgt ervoor dat er verschillende celtypen (kunnen) bestaan. 

Waarom is het voor E. coli gunstig om deze enzymen niet altijd te maken?

1. Als er te veel zijn is het giftig
2. Zonder lactose zijn ze niet nodig
3. De omgeving maakt deze enzymen ook

De enzymen voor de afbraak van lactose worden alleen gemaakt als er lactose als voedingsstof aanwezig is. Als de enzymen zouden worden afgeschreven terwijl er geen lactose aanwezig is, kost dit kostbare bouwstoffen (RNA, aminozuren), terwijl het enzym niks te doen heeft. Het kost dan dus bouwstenen en energie om het enzym te maken, maar de cel krijgt er niks voor terug.

Wat is de situatie?

1. Veel lactose, repressor inactief
2. Veel lactose, repressor actief
3. Weinig lactose, repressor inactief
4. Weinig lactose, repressor actief

Er is veel lactose en de repressor is inactief. Dit kan je zien aan het feit dat de structuurgenen worden afgelezen. De structuurgenen worden alleen afgelezen als de repressor inactief is, en de repressor is alleen inactief als er veel lactose is. 

Lees tekst B4.5

m opdr 29

Stamcellen

Alle +/- 220 celtypen in een volwassen mens zijn ontstaan uit stamcellen 

Bij eukaryoten is de regulatie van genexpressie ingewikkelder. Wij hebben als mens ongeveer 220 verschillende celtypen, die allemaal zijn ontstaan uit één zygote. Om zoveel verschillende celtypen te kunnen vormen is complexe regulatie nodig.

Typen stamcellen

Stamcellen - cellen die nog niet (volledig) zijn gespecialiseerd en zich onbeperkt kunnen delen. 

Omnipotent/totipotent:

na 1e deling bevruchte eicel

pluripotent:

ontwikkeling tot alle celtypen van het organisme

multipotent: 

onwikkeling tot beperkt aantal celtypen

Genregulatie eukaryote stamcellen

Stamcellen, kankercellen, 

 zaadcelmoeder- en eicelmoedercellen 

kunnen onbeperkt blijven delen.

Telomerase verlengt het telomeer.

In normale lichaamscellen wordt het telomeer steeds korter,

de cel kan beperkt delen.

Telomerase

• Telomerase maakt telomeer weer compleet 
• In meeste cellen onderdrukt

Werking telomerase niet in detail leren

regulatorgenen coderen in eukaryoten voor transcriptiefactoren

LES TRANSCRIPTIE:

RNA-polymerase bindt aan het DNA-startpunt (promotor), MITS er transscriptiefactoren aan vastzitten. 

Apoptose

= Geprogrammeerde celdood. 

geregeld door het gen/eiwit p53

Is een cel ongewenst? Enzymen doden de cel doden zodra ze worden geactiveerd. 

Het cytoskelet wordt afgebroken,  het DNA wordt in stukjes geknipt.

Voorbeelden apoptose

opdrachten

Maak t/m 34

Genregulatie bij volwassenen

De genregulatie kan inhaken op alle tussenstappen bij eiwitsynthese. 

Aan bod komen regulatie via

1.  Transcriptiefactoren  

2. DNA-methylering

3.  RNA-interferentie met miRNA

Epigenetica

1. Genregulatie door transcriptiefactoren

Activators binden een specifieke DNA-sequentie genaamd enhancer. --> AAN

Repressors binden een speciefieke DNA-sequentie en blokkeren RNA-polymerase.  

--> UIT

2. Genregulering door

DNA-methylering

Bepaalde stoffen kunnen de histonen ertoe aanzetten het DNA steviger/ losser te binden: DNA meer/minder af gelezen.

DNA-methylering:  

Methyl-groep bindt DNA

Meestal aan C, cytosine 

DNA niet meer afleesbaar 

Erfelijk  

Nucleotide volgorde verandert niet

3. Genregulatie door

RNA-interferentie= RNAi

Doel: afbreken van mRNA in de celkern, zodat translatie wordt voorkomen.

RNAi

RNA-interferentie

miRNA

microRNA bindt aan een eiwitcomplex en zorgt ervoor dat het mRNA niet kan worden afgelezen. 

Epigenetica

= wetenschap over de omkeerbare veranderingen in de activiteit van genen, die niet het gevolg zijn van veranderingen in de nucleotidevolgorde in het DNA.

 o.a. de histonbinding en DNA-methylering 

bv honger, stress, roken 

 

Genregulatie bij volwassenen

De genregulatie kan inhaken op alle tussenstappen bij eiwitsynthese. 

Aan bod komen regulatie via

1.  Transcriptiefactoren  

2.  DNA-methylering

3.  RNA-interferentie met miRNA

Epigenetica

Hoe vaak kan een stamcel zich delen?

1. maximaal 1 keer
2. een beperkt aantal keer
3. oneindig vaak

In stamcellen is telomerase actief. de telomeren worden dus bij elke deling verlengd, waardoor de cel kan blijven delen. 

Bij prokaryoten bindt RNA-polymerase aan de promotor als daar ook transcriptiefactoren gebonden zijn

1. waar
2. niet waar

Wanneer een gen aan staat, kan door transcriptie RNA ontstaan en door translatie een eiwit

1. juist
2. onjuist

Hoe noem je transcriptiefactoren die leiden tot meer genexpressie?

1. enhancer
2. repressor
3. activator

Waarvoor staat de afkorting miRNA?

1. medium interfering RNA
2. micro RNA
3. messenger insert RNA
4. micro interfering RNA

In een gen zijn 7 exons. Na transcriptie kunnen door alternative splicing meerdere mRNA's ontstaan die worden vertaald verschillende eiwitten.

1. waar
2. niet waar

DNA-methylering houdt in:

1. De allelen worden niet goed gelezen.
2. De allelen worden beter afgelezen.
3. Het aflezen van allelen wordt beter of minder.

Huiswerk

Leer 4.1 t/m 4.5

Maken opdr. 58 t/m 71