17.5 Genregulatie

• Biologie
• Middelbare school
• vwo
• Leerjaar 6

Paragraaf 1 Dierenwelzijn

RNA en Genexpressie

Doel en begrippen 

Je leert hoe cellen selectief genen (de)activeren om hun eiwitproductie te regelen

activeren, silencen, genexpressie, chromatinestructuur, nucleolus, epigenoom, milieufactoren, epigenetica, genomische inprinting, genregulatie, structuurgenen, regulatorgenen, operator, promotor, repressoreiwit, transcriptiefactoren, enhancers, silencers, activatoreiwitten, repressoreiwitten, micro RNA

Genexpressie

Genexpressie: welke genen staan aan of uit in welke cel.

Dit bepaalt welke eiwitten worden gemaakt in welke cel.

Genen "activeren" of "silencing"

• Bepaalt de celdifferentiatie/ celspecialisatie
• Bepaalt welke eigenschappen tot uiting komen

Genexpressie

De mate waarin het DNA van een gen vertaald wordt naar mRNA en mRNA vertaald wordt naar een aminozuursequentie

Regelprocessen

• Het gen moet bereikbaar zijn voor RNA polymerase
• Invloed uitoefenen op de splicing van het pre-mRNA
• Bepalen of de ribosomen het mRNA kunnen lezen

Overzicht

- Translatie is het vertalen van een genetische code op het DNA naar een werkzaam eiwit. De geproduceerde eiwitten zijn bouwstenen voor de productie van cellen

.

Voor translatie zijn 4 hoofdrolspelers nodig.

1) m-RNA: Het m-RNA is na transcriptie van het DNA in de celkern gemaakt. Het m-RNA bevat de genetische code voor één eiwit

2) t-RNA: Het transfer RNA bevindt zich in het cytoplasma. Het vervoert de aminozuren naar de ribosomen die verantwoordelijk zijn voor de eiwitsynthese. Het t-RNA bevat een codon bestaande uit drie nucleotiden, waarmee het t-RNA zich kan binden aan het juiste stukje van het m-RNA.

3) De ribosomen: De ribosomen bevinden zich vrij in het cytoplasma, of gebonden aan het endoplasmatisch reticulum. Ribosomen lijken nog het meeste op hamburgerbroodjes. Ribosomen bestaan uit een groot deel en een klein dee

Aminozuren

. De aminozuren: De cellen krijgen de aminozuren aangeleverd via het bloed. De aminozuren zijn de bouwstenen van de eiwitten die de cel wil maken.

Genexpressie

Cellen kunnen de genexpressie regelen door:

• epigenetica - chromatinestructuur
• epigenetica - DNA structuur
• regelen van de transcriptie
• regelen van translatie

Silencing

Enhancing

Silencing	Enhancing
Heterochromatine	Euchromatine
Compact DNA structuur	Losse DNA structuur
Moeilijk af te lezen DNA	Makkelijk af te lezen DNA
Methylering histonstaarten	Acetylering van histonstaarten
Gen = inactief	Gen = actief

De mate van methylering en acetylering geeft

de epigenetische structuur

Spiralisatie

Donkere plekken in de kern:

sterk gespiraliseerd DNA 

= heterochromatine

-> geen transcriptie

+ nucleolus (kernlichaampje)

(betrokken bij rRNA synthese)

Spiralisatie

Lichte plekken in de kern:

weinig gespiraliseerd DNA

= euchromatine

-> wel transcriptie

Methylering en acetylering histonen

Methylering (toevoeging van een -CH3 groep) van een histonstaart zorgt voor meer spiralisatie

Methylering en acetylering histonen

Acetylering (toevoeging van een -COCH3 groep) van een histonstaart zorgt voor minder spiralisatie

Alle celtypen hebben hetzelfde genoom (hetzelfde DNA), maar een ander epigenoom; in ieder type cel komt een andere set genen tot expressie, waardoor de celtypen zich verschillend ontwikkelen.

Celdifferentiatie en celspecialisatie!

Genexpressie

Cellen kunnen de genexpressie regelen door:

• epigenetica - chromatinestructuur
• epigenetica - DNA structuur
• regelen van de transcriptie
• regelen van translatie

Methylering DNA

Methylering (toevoeging van een -CH3 groep) van de Cytosine-base bij de promotor (aanhechtingsplaats van RNA polymerase) voorkomt de transciptie (blokkade)

Methylering DNA

Methylering van Cytosine wordt beïnvloed door invloeden van buitenaf (stress/ eetpatroon=epigenetica). 

Methylering DNA

Methylering van Cytosine wordt bij de DNA replicatie meegenomen dus erft het kind het methylering-patroon van de ouders -> eigenschappen van een kind zijn deels beïnvloed door de milieufactoren van de ouders.

Methylering DNA

Genomische imprinting: als de eigenschappen van een kind recessief zijn doordat het dominante gen is uitgeschakeld door epigenetische factoren.

 voorbeeld Genomische afstempeling (genomic imprinting)

Het uitschakelen

van genen door methylering (silencing)

Genexpressie

Cellen kunnen de genexpressie regelen door:

• epigenetica - chromatinestructuur
• epigenetica - DNA structuur
• regelen van de transcriptie prokaryoten
• regelen van translatie

Regeling transcriptie - prokaryoten blz 35

Voorbeeld: regulatie van genen voor de aanmaak van enzymen om lactose te verteren (bron 21)

Regeling transcriptie - prokaryoten

Structuurgenen coderen voor de eiwitten die lactose kunnen verteren

Regeling transcriptie - prokaryoten

Regulatorgen codeert voor een repressoreiwit

Regeling transcriptie - prokaryoten

Repressoreiwit bindt aan de operator van de structuurgenen en voorkomt de binding van RNA polymerase aan de promotor.

Regeling transcriptie - prokaryoten

Bij aanwezigheid van lactose bindt lactose aan het repressoreiwit en inactiveert het -> het laat los.

Regeling transcriptie - prokaryoten

Zonder repressoreiwit kan RNA polymerase binden aan de promotor en worden de structuurgenen afgelezen.

Tryptofaan

operon

Deze operon werkt precies omgekeerd; hier gaat het namelijk om tryptofaan synthese en niet tryptofaan afbraak (zoals bij lac operon, lactose afbraak)

Bron...

bovenaan blz 38 boek

Genexpressie

Cellen kunnen de genexpressie regelen door:

• epigenetica - chromatinestructuur
• epigenetica - DNA structuur
• regelen van de transcriptie eukaryoten
• regelen van translatie

Genexpressie bij eukaryoten

• staat onder controle van transcriptiefactoren (eiwitten)
• TATA-box van de promoter
• enhancers en silencers
• activatoreiwitten en repressoreiwitten
• koppeling RNA-polymerase en start transcriptie

Regeling transcriptie - eukaryoten (71F)

x

Activatoreiwitten (1) binden aan enhancer-DNA en stimuleren de binding van RNA polymerase aan de promotor (gen-specifiek)

Regeling transcriptie - eukaryoten (71F)

x

Coactivator-eiwitten (2) zorgen voor koppeling tussen verschillende 

transciptiefactoren en stimuleren de binding van RNA polymerase (niet gen-specifiek)

Regeling transcriptie - eukaryoten (71F)

x

TATA bindende transcriptiefactor (3) bindt aan de TATA-box (niet gen-specifiek)

Regeling transcriptie - eukaryoten (71F)

Basale transcriptiefactoren (4) zijn nodig voor de binding van RNA polymerase (niet gen-specifiek)

Regeling transcriptie - eukaryoten (71F)

Buigingseiwit is soms nodig om een juiste lus in het DNA te maken zodat het transcriptiecomplex gevormd kan worden. 

Regeling transcriptie - eukaryoten (71F)

Repressoreiwitten (6) binden aan silencer-DNA en voorkomen de binding van RNA polymerase aan de promotor (gen-specifiek)

Regeling transcriptie - eukaryoten (71F)

Regulerend DNA (7): enhancer DNA en silencer DNA zijn de bindingsplaatsen voor activatoreiwitten en repressoreiwitten. Hier wordt de transcriptie geregeld.

Genexpressie

Cellen kunnen de genexpressie regelen door:

• epigenetica - chromatinestructuur
• epigenetica - DNA structuur
• regelen van de transcriptie
• regelen van translatie

Regeling translatie

Hetzelfde pre mRNA kan door verschillende splicing (verwijderen introns) andere mRNA en dus andere eiwitten opleveren.

Regeling

translatie

Translatie kan pas 

beginnen na het 

aanhechten van de poly-A staart (AAAAA staart). 

Door dit proces te remmen door binding met een eiwit kan de translatie vertraagd worden.

Regeling translatie

micro RNA - kleine stukjes RNA - is complementair aan mRNA en kan hier aan binden. Daardoor kan het mRNA niet worden afgelezen (Hoofdstuk 18). Je blokkeert dan de translatie