Bouw en functie van nucleïnezuren

Inleiding

In een cel bevinden zich nucleïnezuren. De kern bevat de grootste concentratie aan nucleïnezuren, maar ze komen ook voor in cytoplasma, mitochondriën en plastiden.
Er zijn twee typen nucleïnezuren: DNA (Desoxyribonucleïnezuur) en RNA (Ribonucleïnezuur).
Het meeste DNA bevindt zich bij eukaryoten in de kern. Het is het belangrijkste bestanddeel van de chromosomen.
Bij geslachtelijke voortplanting erft ieder organisme de helft van DNA uit de celkern van de ene ouder, en de helft van de andere. Bij alle organismen is het DNA op dezelfde wijze gebouwd. Wat verschilt is de volgorde van de nucleotiden.

DNA bevat de instructies voor de aanmaak (synthese) van eiwitten. Voor het proces van eiwitsynthese is RNA nodig. Al het RNA wordt gemaakt in de kern, maar daarna verplaatst het zich naar het cytoplasma. Daar vindt de eiwitsynthese plaats.
Sommige virussen hebben RNA in plaats van DNA als drager van de erfelijke informatie.

 

Algemene bouw van nucleïnezuren

Nucleotiden bestaan uit een stikstofbase, een pentose
en een fosfaatgroep

Nucleïnezuren bestaan uit aaneengeregen nucleotiden. Elke nucleotide is opgebouwd uit drie onderdelen.
Een pentose (een suiker met vijf C-atomen), een fosfaatgroep en een stikstofbase.
Behalve in nucleïnezuren spelen nucleotiden ook een onmisbare rol bij de energiehuishouding van de cel.
ATP bestaat bijvoorbeeld uit dezelfde onderdelen als een nucleotide.

De nucleotiden in DNA hebben als suiker desoxyribose. In een DNA-molecuul komen vier verschillende stikstofbasen voor: adenine, guanine, thymine en cytosine. Meestal worden de nucleotiden aangeduid met de eerste letter van de stikstofbase die ze bevatten.

  • adenine: A
  • guanine: G
  • thymine: T
  • cytosine: C

De vier verschillende nucleotiden van DNA:

Nucleotiden in RNA

Klik op de afbeelding om deze te vergroten

De RNA-nucleotiden hebben als suiker ribose.
Ribose heeft één zuurstofatoom meer dan desoxiribose.

Een ander verschil tussen DNA en RNA is dat bij RNA de stikstofbase thymine (T) ontbreekt. Daarvoor in de plaats hebben RNA-moleculen de stikstofbase uracil (U). Uracil heeft op de plaats waar bij thymine een methylgroep (CH3) zit, een waterstofatoom. De vier RNA nucleotiden zijn dus: adenine, guanine, uracil en cytosine. Net als bij DNA worden de nucleotiden meestal afgekort tot hun beginletter:

  • adenine: A
  • guanine: G
  • uracil: U
  • cytosine: C

Dubbele helix van DNA

De basen van twee DNA-strengen vormen waterstofbruggen.
Daarbij vormen ze vaste paren: A zit altijd tegenover T en C altijd tegenover G.

Er kan alleen een nieuwe DNA-streng gevormd worden als er een andere DNA-streng aanwezig is. De nieuwe streng blijft dan ook meteen aan de oude streng vastzitten.
DNA is dus dubbelstrengs.

De waterstofbruggen zorgen bij dubbelstrengs DNA ook voor een draaiing in het dubbelstrengs molecuul. Die draaiing wordt een helix genoemd. Omdat er twee strengen DNA bij de helix zijn betrokken, spreek je van een dubbele helix.

Een enkelstrengs nucleotiden keten heeft twee uiteinden:
één uiteinde heeft een 5´ met een fosfaatgroep, het andere een 3` uiteinde met een OH groep. De ketens liggen zo dat je nooit twee 5` of twee 3` groepen aan een kant hebt.
De twee nucleotide ketens van de helix lopen antiparallel.

Elk chromosoom van een mens bevat een DNA-molecuul van ongeveer 108 nucleotiden paren. Helemaal uitgestrekt zou zo’n molecuul ongeveer 4 cm lang zijn. Om alle chromosomen in een cel te laten passen en bij de celdeling over te kunnen dragen, zijn ze opgerold tot de compacte vorm zoals die tijdens de celdeling te zien is.

Nucleïnezuren buiten de kern

Mitochondriën en plastiden bezitten (net als prokaryoten) ringvormige DNA moleculen.
Het DNA in deze organellen bevat de code voor de enzymen die betrokken zijn bij de processen in de organellen. Het lijkt op het DNA van prokaryoten.

Ook dit DNA wordt overgedragen op de volgende generatie. Dat gebeurt via de eicel. De zaadcel geeft immers alleen de kern door, niet het cytoplasma. Mitochondriën en plastiden bevatten DNA dat ongewijzigd wordt doorgegeven via de vrouwelijke lijn (tenzij er een mutatie optreedt). Ze zijn dus ongewijzigd ten opzichte van de vorige vrouwelijke generaties.

Een mogelijke verklaring voor dit eigen DNA is dat mitochondriën en chloroplasten afstammelingen zijn van vrij levende bacteriën. Deze verklaring wordt de endosymbiontenhypothese genoemd (zie "Endosymbiontenhypothese").

Klik op de afbeeldingen om deze te vergroten.

Nucleïnezuren in prokaryoten en virussen

Bacteriën (prokaryoten) en virussen bevatten ook nucleïnezuren.
Bacteriën hebben een ringvormig chromosoom, dat los in het cytoplasma ligt. Prokaryoten hebben immers geen celkern. Naast het ringvormige chromosoom hebben bacteriën meerdere kleine, ook ringvormige stukken DNA, plasmiden geheten.

Virussen hebben rond het erfelijk materiaal (DNA of RNA) alleen een omhulsel van eiwit (zie voor de bouw van "Bacteriën") en "Virussen").

Nucleosomen (VWO)

Elk chromosoom van een mens bevat een DNA molecuul van ongeveer 108paren nucleotiden. Helemaal uitgestrekt zou zo’n molecuul ongeveer 4 cm lang zijn. Om alle chromosomen in een cel te laten passen en bij de celdeling over te kunnen dragen, zijn ze opgerold.

DNA ligt opgewonden rond verpakkingseiwitten, die we histonen noemen.
Aan histonen kunnen op verschillende plaatsen chemische groepen gekoppeld worden. Deze groepen zijn herkenningsplaatsen voor eiwitten. Ze bepalen of een deel van het DNA (een gen) actief wordt.

Een complex van steeds acht histonen en daaromheen gewonden DNA heet een nucleosoom.
Er liggen vele nucleosomen achter elkaar geregen.
De kralenketting van histonen wordt opgerold, tot een nog dichtere structuur: het chromatine. Tijdens de celdeling vouwt ook deze draad zich weer op, zodat tenslotte een heel dichte structuur ontstaat: het chromosoom zoals dat tijdens de celdeling te zien is.

RNA structuren

RNA moleculen zijn veel kleiner dan DNA moleculen.  
Het zijn kopieën van stukjes DNA. De primaire structuur van RNA-moleculen bestaat ook uit nucleotiden, met het verschil dat desoxyribose vervangen is door ribose, en dat uracil de plaats inneemt van thymine.
RNA-moleculen hebben geen dubbele helix zoals DNA moleculen. Plaatselijk kunnen ze wel waterstofbruggen vormen, waardoor ze wel een ruimtelijke structuur kunnen hebben. mRNA heeft een lineaire structuur.

VWO
Er zijn verschillende typen RNA, namelijk messenger rNA, transferRNA en ribosomaal RNA. Ze spelen een rol in de eiwitsynthese, maar hebben daarin heel verschillende functies. Zie daarvoor "Van DNA tot eiwit" (vwo).
RNA-moleculen hebben geen dubbele helix zoals DNA moleculen.
Plaatselijk vormen ze wel waterstofbruggen, waardoor ze wel een ruimtelijke structuur hebben.

De typische klaverbladvorm van transfer-RNA is een secundaire structuur.
De tertiaire structuur van een RNA molecuul wordt bepaald door de driedimensionale structuren die een RNA-molecuul kan aannemen.
Een voorbeeld hiervan is de driedimensionale vorm van transfer-RNA.
Zie voor een vergelijking van DNA en RNA ook kennisbank "Eiwitten en nucleïnezuren" pagina 4 tot en met 6.

 

Van DNA tot eiwit

Eiwitten spelen een onmisbare rol in het leven, als bouwstenen en als enzymen. Eiwitten kunnen zichzelf niet kopiëren; ze worden gesynthetiseerd doordat de informatie die is opgeslagen in DNA wordt vertaald.
Hoe dat precies gaat, is steeds beter bekend.

In deze paragraaf leer je hoe de informatie in het DNA leidt tot het ontstaan van een eiwit.

Codetaal van nucleïnezuren
Als je een appeltaart wil maken, gebruik je een recept. Eerst verzamel je de ingrediënten en dan ga je aan de slag.
Deeg maken, appels schillen, oven aanzetten.
Ten slotte voer je de handelingen uit die nodig zijn om de taart te bakken.
Het deeg in de vorm, dan in de oven en niet vergeten om de appeltaart er op tijd uit te halen.

De synthese van eiwitten uit DNA gaat op een
vergelijkbare manier: eiwitten kun je beschouwen als de appeltaart en het DNA als het recept. Waaruit bestaat dat DNA-recept precies en hoe wordt het vertaald naar eiwitten?

Eiwitsamenstelling
Eiwitten bestaan uit lange ketens van maximaal 20 verschillende aminozuren. De ketens kunnen enkele duizenden aminozuren lang zijn. In de tabel staan de 20 aminozuren die in het menselijk lichaam voorkomen, met hun afkortingen. (zie de kennisbank "Structuur van eiwitten")

Gen

Genetische code
Met letters kun je een recept schrijven, zoals bloem, snufje zout. Het DNA heeft 64 codes tot zijn beschikking voor een ‘recept’, dat uit maximaal 20 verschillende soorten aminozuren bestaat. Het recept moet beschrijven op welke plaats welk aminozuur moet komen.

De codes die het DNA hiervoor gebruikt heten tripletten of codons. Tripletten bestaan uit drie achtereenvolgende nucleotiden.

Elk DNA-molecuul heeft een eigen volgorde van nucleotiden (dus ook van tripletten). Met de volgorde van de ene keten ligt ook de volgorde van de andere keten vast (A kan immers alleen met T binden, en C met G).
Men schrijft de code van een stukje DNA dus bijvoorbeeld als  3’ACGCCGATTAGC 5’.
Elk triplet blijkt de code te bevatten voor de plaatsing van één aminozuur.
In ons voorbeeld zijn dat de codes ACG, CCG, ATT en AGC. Het DNA bestaat dus eigenlijk uit een lange keten van drieletterige codewoorden.

Gen
Een stukje DNA op een chromosoom dat de informatie bevat voor één of meerdere specifieke eiwitten noem je een gen.

Elk gen heeft een vaste plaats op een chromosoom.
Op die plaats (de locus) kunnen van hetzelfde gen verschillende varianten voorkomen. Die varianten heten allelen.

Slechts een klein deel van alle DNA (2%) in een cel bestaat uit genen. De rest is DNA dat niet codeert voor eiwitten, in het Engels non-coding DNA.
De functie daarvan is nog maar ten dele bekend.

Genmutaties
Soms wordt bij de verdubbeling van het DNA een verkeerde base ingebouwd. Zo’n foutje wordt soms door de cel zelf gerepareerd. Als dat niet gebeurt kan zo’n mutatie in een gen gevolgen hebben voor synthese van het betreffende eiwit.
Er zijn verschillende mutaties:

  • een puntmutatie, hierbij is nucleotide vervangen door een ander;
    dat leidt niet altijd tot een verkeerde aminozuurvolgorde
  • deletie, hierbij missen nucleotiden
  • insertie, hierbij zijn één of meerdere nucleotiden ingevoegd.

De invloed van insertie en deletie zijn meestal groot.

Voor andere typen mutaties zie "Prenatale diagnostiek".

Chromosoommutaties en genoommutatie

Soms is de mutatie zo groot dat het hele chromosoom wordt beïnvloed.
Zo kan bijvoorbeeld een stuk van het ene chromosoom zijn geknipt en toegevoegd aan een ander chromosoom. Dat heet een translocatie.
Bij een duplicatie is een stuk DNA gekopieerd en elders aan het DNA toegevoegd. Bij een inversie is een stuk DNA omgedraaid.

Bij een genoommutatie is er een verandering in het  aantal chromosomen per kern.

Dit is bijvoorbeeld het geval bij het Down syndroom,  waarbij chromosoom 21 drie keer voorkomt.

Oorzaken en gevolgen van mutaties
Verschillende factoren hebben invloed op het optreden van mutaties. Er zijn bijvoorbeeld chemische stoffen die mutaties veroorzaken. Dergelijke stoffen worden mutageen genoemd. Ook sommige soorten straling, met name kortgolvige straling zoals röntgenstraling, zijn mutageen. Virussen kunnen mutaties veroorzaken, doordat ze hun DNA inbouwen in het DNA van een cel. Ten slotte kan de mutagene invloed vanuit de cel zelf komen.

Een DNA-verandering kan ertoe leiden dat de celcyclus stopt of, dat de cel dood gaat, maar de mutatie kan ook gerepareerd worden. Gebeurt dat echter allemaal niet, dan blijft er een cel bestaan met een mutatie.

Zie voor de gevolgen van mutaties ook "Prenatale diagnostiek" en "Mutaties".

Transcriptie

Bron: www.allesoverdna.nl

Het DNA bevindt zich in de celkern en de meeste celprocessen, ook de eiwitsynthese, spelen zich af in het cytoplasma. Er moet dus een manier zijn waarop het DNA van de celkern de reacties in het cytoplasma kan beïnvloeden en bepalen. Het blijkt dat
RNA moleculen de informatie die in het DNA ligt opgeslagen overbrengen van de kern naar het cytoplasma.
Ze worden daarom mRNA genoemd (Engels messenger, dus boodschapperRNA). Het stukje DNA dat de informatie bevat voor een bepaald eiwit werd een gen genoemd.  

De vorming van het mRNA staat onder de invloed van DNA. Als een gen wordt ‘aangezet’, wordt de code van één DNA keten overgeschreven in één streng mRNA.
Het mRNA bevat een startcodon en eindigt met een stopcodon.
Dit proces, waarbij het mRNA gevormd wordt, heet transcriptie, wat letterlijk overschrijven betekent. Een keten van het DNA dient daarbij dus als ‘bouwtekening’. Ook hier gelden dezelfde regels: G tegenover C en A tegenover U (ipv T!). Het voorbeeld DNA: 3’ACGCCGATTAGC5’ wordt dus mRNA: 5’UGCGGCUAAUCG3’.

Het mRNA wordt door poriën van de celkern richting het cytoplasma vervoerd. De basenvolgorde van het RNA 'vertelt' de ribosomen in welke volgorde ze de verschillende aminozuren achter elkaar moeten zetten. De ribosomen vertalen de volgorde van de nucleotiden dus in een volgorde van aminozuren. Dat proces heet translatie (= vertalen).

Transcriptie in detail (VWO)

Transcriptie in detail (VWO)
De informatie die vastligt in het DNA wordt overgebracht naar de ribosomen in het cytoplasma (waar de eiwitsynthese plaatsvindt) m.b.v. messenger RNA.
DNA bevat de code voor de codons van het mRNA.
Om mRNA te maken, moet het DNA zijn tripletten laten hybridiseren met (in de kern aanwezige) RNA-nucleotiden.
Dit kan pas als het dubbelstrengs DNA door bepaalde enzymen is open geknipt.
In een celkern vindt voortdurend synthese plaats van miljarden RNA-nucleotiden per seconde.

Verschillende typen genen

Genen die coderen voor een eiwit of voor RNA heten structuurgenen.
Dit in tegenstelling tot regulatorgenen. Deze laatste coderen voor eiwitten die de transcriptie kunnen beïnvloeden. Zo´n transcriptiefactor kan een stimulerende (activator) of een remmende factor (repressor) zijn.

Transcriptiefactoren binden aan bepaalde stukken DNA om zo de transcriptie te beïnvloeden. Bindt er een repressor dan wordt de eiwitsynthese verhindert, terwijl een activator de eiwitsynthese juist stimuleert.
Het startpunt van transcriptie wordt gemarkeerd door een speciale nucleotidenvolgorde in het DNA: de promotor. Deze sequentie begint met TATA en ligt ongeveer 10 nucleotiden (in prokaryoten) of 25 nucleotiden (in eukaryoten) voor het startpunt van de transcriptie.
Het stuk DNA waaraan transcriptiefactoren binden in prokaryoten noemt men operator.

De operator ligt vlak bij de promotor. In eukaryoten binden transcriptiefactoren op grotere afstand van de promotor.

De promotor, operator en de bijbehorende structuurgenen samen worden een operon genoemd. Alle genen van een operon worden gecoördineerd aangestuurd. In prokaryoten liggen genen die coderen voor ‘samenwerkende’ producten vaak naast elkaar in het genoom.

Transcriptieproces

Bron: www.allesoverdna.nl

Het transcriptieproces verloopt in drie stappen:
Start
Eerst enkele transcriptiefactoren aan de promotor. Daarna bindt het enzym RNA polymerase zich aan dit complex. Een van de twee strengen, de template streng (ook wel matrijsstreng genoemd) wordt vanaf hier gekopieerd.

Ketenverlenging
Ketenverlenging houdt in dat van de 3’- naar de 5’-richting (van de template streng) de juiste RNA-nucleotiden uit het cytoplasma aan elkaar gekoppeld worden. De basenparing werkt net zoals bij het DNA-replicatie met één verschil. Tegenover elke Adenine in het DNA komt nu een Uracil in het RNA te staan. De RNA-keten zelf groeit aan van zijn 5’- naar zijn 3’-kant en de keten loopt dus weer antiparallel aan de DNA template streng!

Beëindiging
Bij een speciale einde-markering (een polyadenyl signaal-AAUAAA in het mRNA) wordt het RNA-polymerase afgekoppeld en dan is de RNA-kopie klaar. De DNA-keten kronkelt zich weer in elkaar.
Merk op dat de volgorde van de nucleotiden in het mRNA nu dezelfde is als die van de coding strand van het DNA.

Splicing

Het mRNA dat ontstaat na transcriptie (pre-mRNA) is nog niet klaar om vertaald te worden naar een eiwit. DNA bevat namelijk stukken die (waarschijnlijk) geen nuttige informatie bevatten. Deze stukken DNA heten introns. De stukken DNA die wel informatie bevatten voor het maken van een eiwit, heten exons.
De introns worden uit het pre-mRNA geknipt. De stukken die dus uiteindelijk het mRNA vormen, zijn dus kopieën van de exons. Deze stukken worden aan elkaar geplakt. Dit proces van knippen en plakken heet splicing en vindt plaats in de kern. Ook wordt er aan de voorkant nog een speciale guanine aangebouwd (5’cap) en aan het 3’einde een 50 tot 250 A nucleotiden (polyA).
Dit is nodig:

  • om te het mRNA naar het cytoplasma te kunnen vervoeren,
  • om te voorkomen dat het mRNA direct weer wordt afgebroken door enzymen in de cel,
  • en om de aanhechting van ribosomen mogelijk te.

Door variatie in splicing van hetzelfde gen kunnen uit een pre-mRNA molecuul verschillende mRNA’s worden gemaakt. Hierdoor ontstaan dus ook verschillende eiwitten. Vroeger dacht men dat het genoom van een mens net zo veel genen bevat als er eiwitten gevormd kunnen worden. Deze theorie blijkt dus niet juist: er zijn minder genen dan eiwitten. In prokaryoten vinden al deze bewerkingen (bijna) niet plaats.

Translatie in detail - VWO

Het in elkaar zetten van eiwitten gebeurt in het cytoplasma met behulp van de ribosomen. Het mRNA beweegt zich vanuit de kern naar een ribosoom in het cytoplasma. Daar wordt de informatie op het mRNA vertaald naar een eiwit. Daarbij zijn enkele enzymen betrokken en een ander type RNA, namelijk transfer RNA ofwel tRNA.
Ribosomen hebben ook weer hun eigen type RNA, namelijk het ribosomaal RNA ofwel rRNA.

Transfer RNA

Transfer RNA bestaat uit een ruimtelijk in elkaar gevouwen “klaverblad” van RNA. Het heeft twee belangrijke bindingsplekken.
De ene bindingsplek kan een aminozuur binden.
De andere plek bevat een triplet dat zich kan hechten aan een codon van het mRNA. Deze plek heet een anticodon.

Bijvoorbeeld: als het DNA op de matrijsstreng een triplet ACC heeft, dan heeft het mRNA het codon UGG en het transfer RNA het anticodon ACC.

Let op:
De matrijsstreng, ook wel template streng genoemd, is de streng van de zijde van het DNA die gebruikt wordt voor de transcriptie.

De streng die niet afgelezen wordt noemen we (gek genoeg) de coderende streng. De basevolgorde van deze streng is dezelfde als die van het pre-mRNA (met T ipv U).

Ribosomen

Het mRNA en het tRNA komen samen in een ribosoom, dat is opgebouwd uit eiwitten en rRNA.
Zowel mRNA, tRNA als rRNA worden gemaakt door transcriptie van DNA.
Het rRNA bij eukaryote organismen wordt in de kernlichaampjes gemaakt.

Een ribosoom bestaat uit een kleiner deel en een groter deel. Beide delen hechten pas aan elkaar op het moment dat er een translatie plaatsvindt.
De plaats waar het tRNA aan een ribosoom hecht, heet de P-plaats.

Translatie aan de ribosomen

In het cytoplasma wordt de code van het mRNA vertaald in een volgorde van aminozuren. Dat proces heet translatie.
We verdelen de translatie net als de transcriptie in drie stappen:codon herkenning, vorming peptidebinding en terminatie

Codon herkenning
De vertaling van een stuk mRNA in een eiwit begint met de vorming van een startgroep. Een anticodon van tRNA met daaraan het aminozuur methionine (Met) koppelt zich aan het kleine gedeelte van een ribosoom. Het codon voor methionine (AUG) is het startcodon op de mRNA keten. Vervolgens bindt een grote eenheid van een ribosoom zich aan het complex. Nu kan de ketenverlenging beginnen, aan het eerste aminozuur methionine. De ribosomen gaan in de 5’- naar de 3’-richting langs het mRNA en ondertussen worden de aminozuren aan elkaar gekoppeld.

Vorming peptide binding
De nieuw aan te koppelen tRNA’s met hun aminozuur binden zich op de A-plaats. Vervolgens schuiven ze naar de P-plaats, waar de peptide-bindingen tussen de aminozuren ontstaan. Het gebruikte tRNA schuift door en wordt weer afgekoppeld.
De polypeptideketen wordt verlengd op de P-plaats!

Terminatie
Wanneer er een van de stopcodons op de A-plaats van het ribosoom is aangekomen (b.v UAA) wordt er geen aminozuur gebonden. Een speciaal enzym, een releasing factor beëindigt de ketenverlenging door het ribosoom weer in zijn twee delen te splitsen.

Een triplet van het DNA leidt uiteindelijk tot een ingebouwd aminozuur in een eiwit.
Doordat er vier verschillende nucleotiden zijn, zijn er 64 mogelijke tripletten. Dat is ruim voldoende om 20 aminozuren hun plaats te wijzen. Vandaar dat sommige codes voor hetzelfde aminozuur coderen.
Bovendien zijn er enkele stopcodons en een startcodon.

Reguleren van genexpressie

Hoe weet een cel welke eiwitten hij moet maken en wanneer? Alle cellen hebben immers precies dezelfde genen. Maar toch vervullen bijvoorbeeld bloedcellen en zenuwcellen heel verschillende functies en zien ze er heel verschillend uit.
Als zaad kiemt ontwikkelt het zich altijd in een bepaald patroon: eerst het worteltje, dan de stengel en de blaadjes. Hoe wordt dat geregeld?

Sommige genen staan altijd aan. Hun producten zijn bijvoorbeeld nodig bij de basisstofwisseling van een cel. Maar de meeste genen moeten alleen zo nu en dan actief zijn. Hoe worden zij aan of uit gezet?

 

Histonen

Bij prokaryoten staan genen normaal gesproken aan. Regeleiwitten kunnen bepaalde genen uitzetten.
Bij eukaryoten is het net andersom. Hier staan de genen uit, doordat ze omgeven zijn door histonen. Deze histonen kunnen bepaalde wijzigingen ondergaan (o.a. de aanhechting van een acetylgroep of een methylgroep).

Histon acetylering  zorgt voor losser worden van de chromatine structuur, waardoor DNA bereikbaar wordt voor transcriptiefactoren en RNA polymerase. Er kan dan transcriptie plaatsvinden. Methylering condenseert het chromatine en dus remt het transcriptie.    

Ook de aanhechting van methylgroepen aan het DNA onderdrukken het aflezen ervan.

Als het DNA open ligt kan transcriptie plaatsvinden. Transcriptie  kan worden geremd of gestimuleerd door transcriptiefactoren (zie "Transcriptie in detail").

DNA methylering

Aan cytosine van het DNA kan een methylgroep worden gebonden.
Inactief DNA heeft meestal veel methylgroepen.
Gebleken is dat methylering een belangrijke manier is om genen uit te zetten. Methylering wordt ook tijdens de celdeling doorgegeven. Als een streng gemethyleerd is, worden de dochterchromosomen dat bij de celdeling ook.

Het methyleringspatroon is een reactie op invloeden van de omgeving. Dit verschijnsel heeft dan ook een heel nieuwe kijk gegeven op de invloed van erfelijkheid en milieu op het ontstaan van het fenotype.

RNAi

In 1998 ontdekten onderzoekers dat genen in plantencellen kunnen worden stilgelegd door een stukje dubbelstrengs RNA.
In een cel komt normaal geen  (dubbelstrengs) dsRNA voor (alleen single strand, ssRNA). Als dat er wel in terecht komt, zet het een reactie in gang die RNAinterferentie (RNAi) wordt genoemd. Het dsRNA wordt omgezet in kleine stukjes ssRNA en gekoppeld aan een eiwitcomplex. Het ssRNA bindt zich aan een stukje mRNA met dezelfde code en breekt het vervolgens af. Dit systeem is een bescherming tegen aanvallen van virus RNA. Als het virus zich in de gastheer vermenigvuldigt, is het RNA tijdelijk dubbelstrengs.
De RNAi reactie zorgt dat het wordt afgebroken.

Wetenschappers gebruiken deze kennis nu om selectief een bepaald gen stil te leggen Zoogdiercellen reageren anders dan plantencellen, maar inmiddels is de techniek ook daar bruikbaar.
Kunstmatig wordt een stukje dsRNA gemaakt, dat precies complementair is met het te blokkeren gen. Dat stukje wordt in de cellen gebracht. Het gen dat wordt stilgelegd wordt een knock-down gen genoemd. Er zijn ook technieken waarbij een bepaald gen helemaal wordt verwijderd. Dan spreekt men van een knock-out gen. Het onderzoek levert informatie over de functie van het gen. Het biedt mogelijk ook perspectief bij het behandelen van erfelijke ziekten en kanker.

Remmen van translatie

Ook na de transcriptie is dus nog regeling mogelijk.
De mate van stabiliteit van het mRNA, het transport naar het cytoplasma en de translatie, al deze processen zijn te beïnvloeden. Zo kan bijv. de translatie worden geremd door bepaalde antibiotica.

De eiwitten worden na productie bewerkt. Het polypeptide vouwt zich door waterstofbruggen en zwavelbruggen te vormen. Daarna wordt het langs het E.R. vervoerd naar het Golgi-apparaat, waar het wordt (tijdelijk) wordt opgeslagen.

Bewerking van een gemaakt eiwit

Het eiwit dat na translatie is ontstaan, wordt nog verder bewerkt, afhankelijk van de functie die het gaat vervullen. De verdere bewerking vindt plaats in het cytoplasma, in het endoplasmatisch reticulum (E.R.) of in het Golgi systeem.
Uiteindelijk ontstaat er zo een eiwit dat geschikt is voor de functie die het gaat vervullen.

Endoplasmatisch reticulum (E.R.)

Sommige eiwitten worden gemaakt door vrij in het cytoplasma zwevende ribosomen en ondergaan hun verdere bewerkingen in het cytoplasma.
Dit kunnen bijvoorbeeld enzymen zijn voor de glycolyse.

Andere eiwitten ondergaan hun bewerking tot actief enzym in het endoplasmatisch reticulum (E.R.).
De ribosomen maken dan eerst contact met het membraan van het E.R.
De eiwitten worden gemaakt in de ruimte van het E.R. Vervolgens worden de eiwitten in het E.R. bewerkt (door enzymen) tot ze de juiste structuur hebben. De volgende stap is dat de geproduceerde eiwitten in blaasjes verpakt worden, waarna ze worden losgelaten in het cytoplasma.

Golgi-systeem

Het Golgi-systeem bevat verschillende enzymen die de in het E.R. gemaakte eiwitten verder bewerken.
Het Golgi-systeem geeft blaasjes met daarin de bewerkte eiwitten af. Deze blaasjes (lysosomen) kunnen hun inhoud aan de cel zelf of aan de omgeving afgeven (secretie).
De eiwitten worden voor allerlei doeleinden ingezet, zoals aanvoer van grondstoffen, voedselvertering of afbraak van versleten celonderdelen.

  • Het arrangement Bouw en functie van nucleïnezuren is gemaakt met Wikiwijs van Kennisnet. Wikiwijs is hét onderwijsplatform waar je leermiddelen zoekt, maakt en deelt.

    Auteur
    VO-content
    Laatst gewijzigd
    21-04-2021 16:08:51
    Licentie

    Dit lesmateriaal is gepubliceerd onder de Creative Commons Naamsvermelding-GelijkDelen 4.0 Internationale licentie. Dit houdt in dat je onder de voorwaarde van naamsvermelding en publicatie onder dezelfde licentie vrij bent om:

    • het werk te delen - te kopiëren, te verspreiden en door te geven via elk medium of bestandsformaat
    • het werk te bewerken - te remixen, te veranderen en afgeleide werken te maken
    • voor alle doeleinden, inclusief commerciële doeleinden.

    Meer informatie over de CC Naamsvermelding-GelijkDelen 4.0 Internationale licentie.

    Aanvullende informatie over dit lesmateriaal

    Van dit lesmateriaal is de volgende aanvullende informatie beschikbaar:

    Toelichting
    De Kennisbanken bevatten de theorie bij de opdrachten.
    Leerinhoud en doelen
    Biologie;
    Eindgebruiker
    leerling/student
    Moeilijkheidsgraad
    gemiddeld

  • Downloaden

    Het volledige arrangement is in de onderstaande formaten te downloaden.

    Metadata

    LTI

    Leeromgevingen die gebruik maken van LTI kunnen Wikiwijs arrangementen en toetsen afspelen en resultaten terugkoppelen. Hiervoor moet de leeromgeving wel bij Wikiwijs aangemeld zijn. Wil je gebruik maken van de LTI koppeling? Meld je aan via info@wikiwijs.nl met het verzoek om een LTI koppeling aan te gaan.

    Maak je al gebruik van LTI? Gebruik dan de onderstaande Launch URL’s.

    Arrangement

    IMSCC package

    Wil je de Launch URL’s niet los kopiëren, maar in één keer downloaden? Download dan de IMSCC package.

    Voor developers

    Wikiwijs lesmateriaal kan worden gebruikt in een externe leeromgeving. Er kunnen koppelingen worden gemaakt en het lesmateriaal kan op verschillende manieren worden geëxporteerd. Meer informatie hierover kun je vinden op onze Developers Wiki.

  • Wikiwijs is een dienst van