Prof Vissenberg 1) Wat zijn secundaire boodschappers? Geef een voorbeeld. De binding van het ligand (= primaire boodschapper) aan de receptor doet de concentratie van het substraat S (met een lage moleculaire massa) kort stijgen of dalen wat een reactie zal uitlokken bij bepaalde enzymatische of niet enzymatische eiwitten. Het substraat S is dan een secundaire boodschapper Vb: Ca2+ helpt bij de spieractiviteit.
2) Welke uitspraak klopt niet: a. In mithochondriën gebeurt eiwitsynthese; b. Chloroplasten zijn semi-autonome organellen;
c. In vacuoles gebeurt eiwitsynthese; d. Mitochondriaal DNA lijkt op bacterieel DNA.
3) Wat is splicing? Wat is de functie? Splicing is het proces waarbij de niet coderende delen van het primair mRNA (= introns of junk DNA) worden weggeknipt en de coderende delen (= exons) aan elkaar worden geplakt. Soms wordt splicing door de introns gekatalyseerd = self splicing. Hierdoor wordt het mRNA kleiner en compacter en dus gemakkelijker te transporteren. De belangrijkste functie van splicing is dat dit de eiwitsynthese efficiënter maakt door de onnodige stukken uit het mRNA te knippen.
4) Wat zijn reversiebele en irreversibele effectoren? Wat zijn hun effecten op enzymwerking? Geef enkele voorbeelden. Reversiebele in irreversibele effectoren verhinderen de enzymactiviteit (= inhibitoren). Reversiebel: •
Competitief: moleculen die op het substraat lijken kunnen de bindingsplaats op het enzym innemen en zo voorkomen dat het enzym zijn functie nog kan uitvoeren. Bij lage substraatconcentratie zal het substraat verdreven worden, bij hoge de inhibitor. Km blijft onveranderd, de invloed van Vmax is variabel en zal afhangen van de substraatconcentratie vb: methanol i.p.v. ethanol;
•
Niet competitief: een molecule bindt op de regulatorische site en verandert zo de conformatie van het enzym waardoor het zijn functie niet meer kan uitvoeren vb: 6mercaptopurine wordt gebruikt tegen leukemie. Het blokkeert de DNA synthese.
Irreversibel: door irreversibel met het enzym te binden of door een functionele groep van het enzym te vernietigen. Zowel Km als Vmax zullen sterk dalen vb: zenuwgas verhindert de werking van acetylcholinesterase waardoor acetylcholine niet meer wordt afgebroken en de spieren permanent geprikkeld worden. Er zal verkramping optreden aan o.a. de longen waardoor ademhaling niet meer mogelijk is.
5) Welke mechanismen worden gebruikt om een potentiaalverschil over een membraan te krijgen? Hoe bij een celmembraan en hoe bij een vacuolemembraan? Het membraanpotentiaal wordt in stand gehouden m.b.v.: •
Pompen: selectieve aanrijking van ionen;
•
Kanalen: laten ionen lekken langs de concentratiegradiënt.
Bij dierlijke cellen: m.b.v. een Na+/K+ pomp (= P-pomp): m.b.v. ATP worden er voor elke twee opgenomen K+ drie Na+ naar buiten gepompt. Hierdoor ontstaat er in het cytoplasma een hogere K+ concentratie en een lagere Na+ concentratie dan buiten de cel. Dit wordt gecompenseerd door de aanwezigheid van K+ kanalen waarvan de opening niet gecontroleerd wordt (non-gated). In het geval dat de pH toch verstoord geraakt, wordt er gebruik gemaakt van verschillende antiporters om de pH zo dicht mogelijk bij 7,2 te houden. Bij vacuolen: V-pompen maken gebruik van ATP-ase en pyrofosfatase om H+ van het cytoplasma naar de vacuole te pompen. Hierdoor ontstaat een pH van 4,5-5. Door het grote pH-verschil tussen met het cytoplasma ontstaat er een sterk elektrisch veld dat verder transport belemmert. Om dit te voorkomen emigreren er anionen mee met de protonen ( opstapelen van metabolieten zoals Cl- en NO3-) en worden er kationen naar het cytoplasma verplaatst m.b.v. antiporters.
6) Bespreek mechanismen die in planten en dieren voor organelbeweging zorgen. Bij dieren: transport via het microtubuli-cytoskelet, dat uitstraalt vanaf het centrosoom: vb: •
Pigmentverandering
bij
sommige
vissen
en
amfibieën:
snel
transport
van
membraanzakjes die pigment bevatten van het centrum van de cel naar de periferie en omgekeerd; •
Axonaal transport in zenuwcellen: transport van neurotransmitters vanuit het cellumen naar het celoppervlak via axonale microtubuli, maar ook transport van te recycleren materiaal naar de lysosomen. Door de typische oriëntatie van deze microtubuli kan transport zowel van de (-) naar de (+) verlopen als omgekeerd.
Bij planten: bevatten geen centrosoom, bovendien neemt de vacuole zoveel plaats in beslag dat de microtubuli zich niet stervormig zouden kunnen oriënteren. Daarom wordt zowel de positionering als de beweging van de celorganellen bepaald door actine-myosine interacties. Als gevolg hiervan zal de cytoplasmastroming ontstaan. In werkelijkheid dragen de meeste celorganellen meerdere motorproteïnen waardoor ze zowel m.b.v. actinefilamenten als m.b.v. microtubuli kunnen bewegen.
7) Bespreek transcriptie. Het RNA polymerase vindt een geschikt bindingsplaats waarna het de twee DNA strengen van elkaar afscheidt. Er wordt een nieuwe, kleine RNA streng aangemaakt, de primer. De nucleotide worden één voor één toegevoegd (stapsgewijze additie) van de 5’ richting naar de 3’ richting. Dit kost energie, die uit de fosfaatgroepen van de nucleotide wordt gehaald. Telkens
wanneer
er
een
diëster
verbinding
wordt
gevormd
komen
er
nl.
twee
pyrofosfaatgroepen vrij, die worden omgezet in anorganische fosfaatgroepen. Enkel de αfosfaatgroep blijft over. Er kunnen drie soorten RNA gevormd worden: tRNA (transfer), rRNA (ribosomaal) en mRNA (messenger). mRNA ondergaat bij eukaryoten nog enkele speciale aanpassingen: • 5’ cap: bescherming tegen enzymatische degradatie; • 3’ uiteinde: poly(A)-staart; • Splicing: verwijderen van de niet coderende delen of introns = junk DNA. Enkel aan de uiteinde blijven untranslated regions of UTRs over. Bij prokaryoten: eiwitsynthese begint tijdens de transcriptie.
8) Bespreek translatie. We bespreken de translatie aan de hand van prokaryoten: Activatie gebeurt in het cytoplasma d.m.v. ATP, een specifieke tRNA en een specifieke aminoacyl-tRNA-synthetase (= enzym). Een E-AZ-AMP complex komt in contact met tRNA door de affiniteit van de herkenningsplaats van tRNA voor het enzym. M.b.v. ATP kan de geäctiveerde aminozuur zich vastkoppelen aan de steel van tRNA, waarna het tRNA-AZ complex lost komt van het enzym en zich naar de ribosomen begeeft. Ribosomen bestaan uit twee subeenheden. Bij prokatyoren zijn dit een 50S en een 30S deeltje die samen een 70S ribosoom vormen. Bij eukaryoten zijn dit een 60S en een 40S deeltje die samen een 80 ribosoom vormen. De kleine subeenheid dient als initiatieplaats, de grote als acceptor- en donorplaats en zorgt voor het enzym peptidesynthetase. De verdere eiwitsynthese gebeurt in drie fases: 1. Initiate-fase: het 70S
ribosoom valt uiteen
door interactie
met twee enzymen
(initiatiefactoren 1 en 3). Deze enzymen binden zich aan het 30S deeltje. Het gevormde complex bindt zich daarna aan het AUG codon van het mRNA. Dit gebeurt omdat het AUG codon wordt vooraf gegaan door de Shine-Dalgarno sequentie, die een baseparing aangaat met het rRNA van de 30S subeenheid. Initiatiefactor 2 bindt zich aan het tRNA-AZ complex. Het gevormde complex bindt zich aan de initiatieplaats op de 30s subeenheid van het 30s-mRNA complex. Tijdens de codon-anticodon interactie gaat IF3 het het complex verlaten waardoor het 50S deeltje kan binden met het 30S deeltje. Ook IF1 en IF2 verlaten het ribosoom. De nodige energie wordt uit de hydrolyse van GTP gehaald. Het overblijvende complex is 70S-mRNAtRNA.
2. Elongatie-fase: tRNA1 bevindt zich op de donorplaats van het 50S deeltje. Door codonanticodon interactie met het tweede triplet van mRNA zal het tRNA2-AZ2 zich binden met de vrije acceptorplaats. tRNA1 komt los uit de donorplaats, terwijl peptide-synthetase AZ1 aan AZ2 bindt, ook al zit AZ2 nog vast aan tRNA2 in de acceptorplaats. Dit is de vorming van de peptidebinding. Dan volgt de translocatie, waarbij tRNA2 de donorplaats zal innemen. Dit proces herhaalt zich tot aan de terminatiefase. 3. Terminatie-fase: wanneer het laatste codon of de terminator (UUA, UAG, UGA) wordt bereikt komt het voltooide eiwit los uit het 70S-tRNA complex m.b.v. een release factor. Het 70S ribosoom kan m.b.v. de initiatiefactoren een nieuwe initiatie-fase starten. De translatie kan een hogere effeciëntie behalen wanneer dezelfde mRNA streng tegelijkertijd door vele ribosomen vertaald wordt. De efficiëntie kan nog verhoogd worden wanneer accesorische eiwitten de 3’ en 5’ uiteinden van het mRNA verbinden waardoor er een circulair polysoom ontstaat. Wanneer aan het einde van de translatie het ribosoom dissociëert, zijn de subeenheden meteen in de onmiddellijke nabijheid van het 3’ uiteinde.
9) Bespreek kinesines. Kinesines zijn microtubuli motorproteïnes die een rol spelen in de opbouw van het cytoskelet. Ze komen universeel voor en spelen o.a. een rol in de mitose, bij de stabilisatie van het spoelfiguur. Dit doen ze door te binden met de kinetochoor microtubuli. Kinesines zijn dimeren met twee globulaire koppen die aan microtubuli kunnen binden en een staafvormig uiteinde dat een cargo kan dragen. De twee koppen gaan afwisselend met ATP binden en het hydrolyseren en afwisselend met het microtubulus binden waardoor het een conformatieverandering ondergaat. Hierdoor vervoert de kinesine zijn cargo in de (+) richting.
10) Eiwitsynthese tot exocytose uitleggen De translatie start aan het ribosoom in het cytoplasma. Het eerste deel van de polypeptide bevat een signaalsequentie die bindt aan SRP (= signal recognition particle). Hierna zal via een bepaalde receptor en verbruik van GTP het porie-eiwit of translocon opengaan. Het eiwit zal daarna naar het lumen van het ER getransporteerd worden. Eenmaal in het ER zal een specifiek eiwit ervoor zorgen dat cargo receptoren en mantel-proteïnen op dezelfde plaats bijeen worden gebracht. Deze uitstulping zal ook V-snares bevatten. De vesikel wordt afgesnoerd en door gegeven aan het cis-Golgi die het via cisternae naar het trans-Golgi zal vervoeren ( tijdens dit transport verliest het vesikel zijn mantelproteïnen = naakte
vesikel).
De
eindbestemming
van
het
eiwit
wordt
bepaald
door
zijn
aminozuursequentie. De V-snares van de vesikel herkennen de T-snares van het membraan waardoor het vesikel zal versmelten met het membraan (= docking) en zijn inhoud naar buiten zal brengen door exocytose. Sommige vesikels hebben een signaal nodig voordat ze hun inhoud naar buiten brengen (vb: neurotransmitters). Dit type transport wordt anterogaad transport genoemd. Het type mantelproteïne dat gebruikt wordt is COP II.
Michaelis11) Geef de Michaelis -Menten vergelijking en bespreek. Michaelis-Menten vergelijking: Met
V0 = (Vmax . [S] ) / ( Km + [S] )
V0 is de snelheid van een gekatalyseerde reactie; Vmax is de maximale omzettingssnelheid van een enzym; Km is de Michaelis constante: drukt de affiniteit van een enzym voor zijn substraat uit = substraatconcentratie [S] die ( Vmax / 2 ) oplevert.
Snelheid vorming product met constante enzymconcentratie en variabele [S] Bij lage [S] : vorming product proportioneel tot [S] Bij toenemende [S] : V0 stijgt tot een snelheid waarbij enkel nog de fractie enzymen gebonden aan het substraat een rol speelt. Bij hogere [S] : enzymen zijn gesatureerd alle actieve centra zijn bezet een verhoging van [S] leidt niet meer tot een verhoging van V0. Dit maximum wordt door de Michaelis-Menten vergelijking asymptotisch benaderd. Het is echter moeilijk om Vmax uit een grafiek te halen ook Km kan niet berekend worden. Wanneer we de vergelijking inverteren en herschikken krijgen we: (1 / V0) = (Km / ( [S] . Vmax )) + (1 / Vmax) Als we deze vergelijking plotten krijgen we een lineair verband, het Lineweaver-Burk plot. Hieruit kunnen we Vmax halen en dus ook Km berekenen.
12) Wat is zetmeel? Planten
slaan
hun
koolhydraten
op
in
zetmeel,
een
α-glucose
polymeer.
Alle
glucosemoleculen zijn in dezelfde richting georiënteerd waardoor er een lineair, weinig vertakte keten onstaat die slecht oplosbaar is. Enkele vb: •
Amylose: niet vertakt, bestaat uit enkele honderden glucose moleculen;
•
Amylopectine: heeft korte vertakkingen.
13) Leg uit: Fight or flight reactie. Epinefrine is een hormoon dat voorkomt bij zoogdieren. In stress situaties zorgt het voor glycogenolyse (= glucose vrijstellen) en lipolyse (= afbraak van vetzuren uit triglyceride). Epinefrine bindt op de β-adrenerge receptoren van lever- of vetcellen. Hierdoor zullen hartspiercellen sneller contraheren en zal het glad spierweefsel meer ontspannen. Epinefrine bindt ook met α2 adrenerge receptoren, waardoor de arterën zullen contraheren en er minder bloed naar perifere weefsels zal gaan. Hierdoor komt er meer energie vrij voor de spieten. Deze adrenerge receptoren zijn GPCRs. Een belangrijk effector eiwit is het enzym adenylaat cyclase, wat verankerd zit in het membraan: • β stimuleert adenylaat cyclase, waardoor het ATP zal omzetten in cAMP, een secundaire boodschapper. cAMP veroorzaakt een kettingreactie aan activatie reacties; • α1 inhibeert adenylaat cyclase. Het effect van cAMP loopt vooral via proteïne kinase A, die voor de glycogenolyse zorgt: het vrijstellen van glucose uit glycogeen. Glycogeen is de belangrijkste glucose reserve bij dieren
Het wordt opbouw door glycogeen synthase en afgebroken door glycogeen fosforylase. Proteïne kinase A zal, na activatie, glycogeen synthase fosforyliseren waardoor het inactief wordt. Ook zal het een kinase enzym fosforyliseren waardoor dit enzym geäctiveerd wordt en glycogeen fosforylase fosforyliseert an activeert. Wanneer epinefrine vrijkomt van de receptoren zal het cAMP gehalte dalen. Glycogeen synthase en glycogeen fosforylase zykken gedefosforyliseerd worden door een fosfatase.
14) Leg uit hoe cellen energie putten uit glucose. Cellen putten energie uit glucose via de respiratie. Hierbij wordt glucose afbebroken tot H2O, CO2 en energie, die wordt opgeslagen onder de vorm van ATP. De respiratie gebeurt in verschillende stappen: 1. De glycolyse: gebeurt bij micro-organismen soms door fermentatie, bij ons door de anaërobe glycolyse. Hierbij wordt de 6C-keten van glucose twee keer gefosforyliseerd door ADP waardoor de keten in twee fosfo-triosen breeky. Na de-fosforylatie en dehydrogenatie ontstaan
er
twee
pyrodruivenzuur
moleculen,
twee
ATP
moleculen
en
en
twee
waterstofatomen die met NAD+ zullen binden. De enzymen nodig voor de glycolyse bevinden zich in de cytoplasmatische matrix, terwijl de glycolyse zelf in het cytoplasma plaats vindt. 2.
Omvorming
van
pyrodruivenzuur
tot
het
acetyl-co-enzym
A:
het
gevormde
pyrodruivenzuur wordt vanuit het cytosol naar de mitochrondriale matrix getransporteerd. Door dehydrogenatie en decarbonatie wordt de acetyl-groep verbonden aan het co-enzym A. Tijdens dit proces komt er een CO2 molecule vrij en worden er twee waterstofatomen aan NAD+ (nictonamide-adenine-dinucleotide) gebonden. 3. De Kerbscyclus of citroenzuurcyclus: via een lange reactiereeks worden acetyl-co-enzym A en oxaalazijnzuur omgevormd tot citroenzuur. Dit gebeurt o.a. door dehydrogenase (vrijkomen van waterstofatomen en elektronen), decarboxilase (vrijkomen van CO2) en het binden en afsplitsen van water. Totaal citroenzuurcyclus: •
4 CO2 + 16 H komen vrij;
•
Synthese 2 ATP;
•
Verbruik 6 H2O.
De citroenzuurcylus is een gemeenschappelijke metabolische weg voor de verbranding van substraten tot CO2 en H2O. Ze wordt ook doorlopen tijdens de oxidatie van vetzuren en aminozuren.
4. De respiratorische keten: deze vindt plaats in het membraan van mitochondriën. De meeste vrijgekomen waterstofatomen en elektronen zitten gebonden op NADH. Ze worden overgebracht op een flavoproteïne, waardoor FADH2 onstaat. FADH2 zal naar het membraan migreren, waarna er 2H+ aan de intermembranaire ruimte worden afgegeven. De elektronen doorlopen deze cyclus drie keer, waarbij ze energie verliezen totdat ze kunnen binden met O2. De gevormde negatieve molecule zal H+ opnemen waardoor er twee watermoleculen gevormd worden. 5.
Oxidatieve
fosforylatie:
door
de
grotere
afgifte
van
protonen
zal
er
een
concentratiegradiënt zijn ontstaan. H+ zal terug naar binnen beginnen diffunderen via F0F1 complexen. Per H+ die naar binnen diffundeert wordt een ATP molecule gevormd. Werking van F0F1: door de H+ flux doorheen de c-ring zal deze ring en de eraan gehechte εen γ-delen van F1 beginnen te roteren. Door de rotatie van het γ-deel treedt er een conformatie-verandering van het αβ-polymeer op. Hierdoor zal de β-subeenheid ATP aanmaken. Eindresultaat: C6H12O6 + 6 O2 6CO2 + 6 H2O + 38 ATP
15) Leg uit hoe DNA zich dupliceert. De DNA strengen worden ontwonden m.b.v. helicasen. Soms worden er hierbij supercoils gevormd, deze worden verwijdert m.b.v. topoisomerasen. Hierdoor ontstaat de groeivork, een bewegende regio waar de nucleotideadditie wordt uitgevoerd. RNA polymerase vindt een geschikte bindingsplaats op het DNA waarna het complentaire DNA-primers vormt. Het is m.b.v. deze primers dat het DNA polymerase nieuwe dochterstrengen aanmaakt. De nucleotide kunnen enkel worden toegevoegd in de 5’ 3’ richting. Hierdoor ontstaan twee verschillende soorten strands: •
Leading strand: de primers worden in dezelfde richting aangemaakt als de groei van de groeivork. Er treden geen complicaties op;
•
Lagging strand: de groeivork groeit in de 3’ 5’ richting. Om dit probleem op te lossen worden er steeds korte, discontinue primer segmenten aangemaakt, de Okazaki-fragmenten. Uit deze fragmenten maakt DNA polymerase de complementaire DNA streng, waarna de afzonderlijke stukken verbonden worden door DNA ligase.
DNA-polymerase doet aan proeflezen: als er een verkeerde nucleotide wordt ingebouwd, wordt deze later vervangen door de juiste.
16) Geef de twee componenten van de extracellulaire matrix. De extracellulaire matrix is een matrix afgescheiden door de cellen waar ze zich aan kunnen hechten om zo meercelligheid te bereiken. De matrix heeft de structuur van een composiet: vezels liggen ingebed in een andere stof. Collagenen: de meer dan twintig verschillende types hebben allemaal een triple helix structuur,
die
soms
kan
worden
onderbroken
door
een
niet-helix
domein.
Hun
aminozuursamenstelling bestaat uit een herhalend motief van glycine-X-Y waarbij X en Y meestal proline of hydroxyproline zijn. Deze stoffen zorgen voor weefselstevigheid. Fibrillaire collageenmoleculen worden door het vormen van covalente bindingen geschrankt verbonden tot microfibrillen, die zich kunnen bundelen tot collageenvezels. Deze vezels zorgen voor mechanische stevigheid (vb: in de pezen). Ook kunnen ze een afgeplat netwerk vormen (vb: basale lamina). Vitamine C is een co-factor bij de hydroxylatie van proline en lysine. Bij gebrek aan vitamine C zullen er geen stabiele triple helices en dus ook geen stabiele vezels kunnen gevormd worden. Hierdoor kunnen weefsels beginnen scheuren scheurbuik. Proteoglycanen: dit zijn glycoproteïnen met een hoge polysaccharide/eiwit verhouding. De synthese en modificatie ervan vindt plaats in het ER. Proteoglycanen kunnen via een korte suikerlink binden met glycosameniglycanen (GAG). Ook bevatten ze veel sulfaatgroepen, waardoor ze negatief geladen zijn en hydrofiel worden. Proteoglycanen vullen de ruimte tussen de collageenfibrillen op. Hun samenstelling is afhankelijk van het weefsel en zal voor enkele specifieke eigenschappen kunnen zorgen. Multi-adhesieve eiwitten: bevatten bindingsplaatsen voor collagenen, proteoglycanen en integrines (= membraaneiwitten) en zorgen zoor voor extra stevigheid.
Guisez 1) Wat zijn de unieke eigenschappen van koolstof? De
unieke
eigenschappen
van
koolstof
worden
grotendeels
bepaald
door
zijn
elektronenconfiguratie: koolstof heeft vier valentie-elektronen op de buitenste schil: •
Vorming van max. vier covalente bindingen met zichzelf en andere elementen;
•
Vorming van enkelvoudige, dubbele en drievoudige bindingen;
•
Koolstof ketens kunnen tot een ongelimiteerde lengte worden opgebouwd.
Andere elementen zoals boor (B), stikstof (N) en fosfaat (P) zijn dus al minder geschikt doordat ze geen vier valentie-elektronen hebben. Silicium (Si) heeft wel vier valentieelektronen, maar heeft een grotere atoom-radius waardoor zijn orbitalen minder goed overlappen en dus zwakkere bindingen zullen vormen. Edelgassen zijn dan weer te stabiel.
2) Leg uit: p53. p53 is een tumor suppressorgen. De inactivatie ervan draagt bij tot de ontwikkeling van tumoren. De naam van p53 is gekozen omdat p53 codeert voor een gefosforyleerd eiwit met een moleculair gewicht van ±53 kDa. p53 is werkzaam in het checkpoint waarbij een cel met DNA-schade tot stilstand komt in de G1 of G2 fase. Indien de cel geen functioneel p53 heeft, zal ze in deze fase niet stil vallen, waardoor er tumoren kunnen ontstaan. p53 is een transcriptiefactor die onder normale omstandigheden zeer onstabiel is. Hierdoor kan ze niet accumuleren waardoor de p53-controle elementen niet voortdurend bezet zijn en de transcriptie van p21CIP niet continu geactiveerd is. Beschadigd DNA stabiliseert p53, waardoor de concentratie van p21CIP zal stijgen. p21CIP codeert voor een cycline-kinase inhibitor die de cycline-dependant-kinase cycline complexen zal inactiveren. Hierdoor zal de cel stilvallen in de G1 of G2 fase tot het DNA herstelt is en de concentraties terug dalen. Indien de DNA schade zeer groot is zal p53 ervoor zorgen dat de cel in apoptose gaat. Enkele cellen die afsterven zijn nl. minder erg dan een ophoping van tumorcellen.
3) Bespreek de proef van Miller en Urey + tekening. Miller en Urey wouden de reactieprocessen die zich in de primaire atmosfeer af hadden gespeeld nabootsen. Ze deden dit door een gasmengsel van H2O, CH4, NH3 en H2 in een gesloten systeem op te sluiten en bloot te sluiten aan verdamping, elektrische ontladingen en condensatie. Tijdens de proef werden spontaan eenvoudige organische verbinden gevormd zoals HCN, maar soms wrden er ook complexere verbindingen
gevormd
zoals
aminozuren.
Uit
andere
experimenten bleek dat uit eenvoudige organische verbinden zoals HCN aanleiding kunnen geven tot organische basen, suikers,… Uit deze experimenten blijkt dat de organische stoffen die belangrijk zijn voor de biologische activiteit spontaan kunnen ontstaan tijdens het prebiotische era.
4) Bespreek apoptose. Apoptose is geprogrammeerde celdood. Ze bestaat uit drie fases: 1. Inductiefase: de cel wordt tot apoptose gedreven d.m.v. intracellulaire (vb: UV) of extracellulaire (vb: via oppervlakte receptoren) stimuli. 2. Effectorfase: caspasen worden geactiveerd in een proteolytische cascade: ze verknippen eerst zichzelf of elkaar en uit deze inactieve precursoren of procaspasen ontstaan de actieve caspasen. Deze gaan op hun beurt hun substraat ook in stukken knippen. 3. Degradatiefase: de cel ondergaat enkele typische veranderingen: ze krimpt, het chromatine wordt gecondenseerd, het DNA wordt gedegradeerd m.b.v. enzymen en er onstaan apoptotische
lichaampjes.
Doordat
negatief
geladen
fosfolipidemoleculen
naar
de
extracellulaire zijde van plasmamebraan bewegen, wordt de cel gemarkeerd en gefagocyteerd. Hierdoor komt de celinhoud niet vrij en kan ze geen schade aanrichten aan omliggend weefsel. Fagocytose gebeurt hier enkel bij dieren.
5) Teken en leg uit: mitose. De mitose wordt opgedeeld in vijf fasen: 1. Profase: de cel ondergaat enkele veranderingen: het cytoplasma wordt viskeuzer, de chromonemata worden compact gemaakt en vormen de chromosomen. Deze zijn opgebouwd uit twee zusterchromatiden. De chromosomen zullen nog verder spiralisatie en contractie ondergaan tot uiteindelijk het centromeer, bestaande uit twee centriolen, herkenbaar wordt en nucleolus verdwijnt. Elk centriool zal aanleiding geven tot een dochtercentriool. 2. Prometase: begint wanneer het kernmembraan begint de desintegreren. De centriolenparen wijken uit elkaar en migreren naar de tegengestelde polen. Wanneer het kernmembraan volledig verdwenen in dringen de microtubuli van de spoelfiguur door tot in het gebied van de kern, waar ze zich hechten aan de chromosomen. Enkele eiwitten zullen binden met een specifiek deel van het centromeer en vormen zo een kinetochoor. Ieder chromosoom heeft er twee, geassocieerd met beide chromatiden. 3. Metafase: de gecondenseerde chromosomen rangschikken zich radiaal aan de periferi van de spoelfiguur, ter hoogte van de metafaseplaats. Kleine chromosomen liggen meestal meer in het centrum. Het ongedupliceerd DNA van het centromeer verdubbelt zich, waardoor de zusterchromtiden van elkaar los komen. Aan elke chromatide wordt getrokken door de spoeldraden, maar omdat de krachten aan elkaar gelijk zijn, gebeurt er nog niets. 4. Anafase: de zusterchromatiden wijken uit elkaar en worden zo dochterchromosomen. Ze migreren naar de polen o.i.v. twee bewegingen: •
Anafase A: er wordt aan de chromatiden getrokken doordat de kinetochoor tubuli verkorten door depolymerisatie ter hoogte van de vastheching aan het centromeer;
•
Anafase B: de polen worden uit elkaar geduwd door verlenging van de polaire microtubuli d.m.v. polymerisatie aan hun overlappend eind. Dit kost ATP.
5. Telofase: de dochterchromsomen despiraliseren. Er worden nieuwe kernmembranen gevormd, de spoelfiguur desintegreert en er verschijnen nucleoli. Deze fase loopt gelijktijdig met de cytokinese. Hierin wordt het cytoplasma verdeeld onder de twee dochtercellen d.m.v. insnoering door een contractiele ring (bij dieren) of celwandvorming (bij planten).
6) Teken en leg uit: meiose Tijdens de meiose ondergaat de cel twee delingen: meiose I en meiose II Meiose I: Profase: de homologe chromosomen, één van elke ouder, leggen zich naast elkaar en vormen een synapsis. De binding is zo sterk dat ze zich als een eenheid gedragen, een bivalent of tetrade. De profase bestaat uit verschillende stadia: •
Leptoteen stadium: condensatie van chromatine;
•
Zygoteen stadium: vorming synapsis;
•
Pachyteen stadium: fysische uitwisseling van overeenkomsyige gebieden van de homologe chromosomen (= crossing over);
•
Diploteen stadium: de homologe chromosomen wijken uit elkaar. Ze zitten enkel nog vast met chiasmata in de regio’s waar crossing over plaats vond.
•
Diakinese: maximale condensatie, de centromeren van de homologe chromosomen wijken nog verder uiteen, de nucleoli en kernmembraan verdwijnt en het spoelfiguur wordt gevormd.
Metafase: de bivalenten binden via kinetochoren aan de spoelmicrotubuli en rangschikken zich ter hoogte van het equatoriaal vlak. De bivalenten zijn willekeurig geörienteerd waardoor de verhouding van paternale en maternale chromosomen zal variëren. Anafase: elk chromosoom wordt van zijn homoloog gescheiden en getrokken naar een tegengestelde pool. De zusterchromatiden blijven samen (1n, maar 2C). Telofase en cytokinese: vorming kernmembraan en scheiding van twee dochtercellen. Meestal blijven de chromosomen in gecondenseerde toestand.
Meiose II: Interfase: soms is er een korte interfase,
zonder
DNA
replicatie. Meiose:
analoog
aan
de
mitose, maar met slechts een n aantal aan chromosomen. Uit iedere ontstaan
diploïde
moedercel
vier
haploïde
dochtercellen.
7) Beschrijf nucleosomen. Een nucleosoom bestaat uit een eiwitkern met daarrond DNA gewonden. De eiwitkern is een octameer bestaande uit histonen. De DNA streng is tweemaal rond de eiwitkern gedraaid.
8) Wat zijn histonen? Histonen zijn basische eiwitten die een postieve lading dragen. Er zijn vijf belangrijke types: H1, H2A, H2B, H3 en H4. Door hun positieve lading interageren ze met de negatieve fosfaatgroepen uit het DNA en vormen zo het chromatine. Dit gebeurt als volgt: histonen vormen een eiwitkern van in elkaar passende histon-subeenheden waarrond het DNA zich twee keer wikkelt = nucleosoom. Zowel de aminozuursequenties voor de synthese van histonen en de structuur van chromatine is gelijkaardig voor alle eukaryoten, wat er op wijst dat histonen vroeg in de evolutie zijn ontstaan en geconserveerd zijn gebleven omdat ze hun functie optimaal vervullen.
niet-histonen. 9) Bespreek de functie van niet Niet-histonen zorgen voor structurele houvast voor de chromosomen. Ze vormen een ‘scaffold’ voor lange DNA loops. Ze hebben de vorm van het metafasechromosoom en blijven zelfs na het DNA digest bestaan. De DNA loops associëren met de scaffold tijdens de interfase, wat leidt tot coiling van het scaffold. Het vormt een helix en na verdere packing een gecondenseerde structuur die lijkt op die van de metafasechromosomen. Sommige niet-histonen spelen een rol in de replicatie of als transcriptiefactoren.
10)
Wat zijn de biochemische argumenten van het unitair karakter van het leven?
Alle biologische organismen hebbden dezelfde basisprincipes: •
Genetische informatievloei van DNA naar RNA naar eiwitten;
•
Samenstelling van DNA (vier deoxynucleotiden) en RNA (vier ribonucleotiden);
•
Eiwitten, opgebouwd uit 20 verschillende aminozuren;
•
Universele genetische code;
•
Universele energiebron: ATP.
Deze uniformiteit wijst er op dat het leven maar één keer uit een gemeenschappelijke voorouder ontstaan is.
11)
Geef de invloed van aceytlatie op chromatine uitleggen + teken.
Elk histoon van het nucleosoom heeft een flexibele aminotermini die positief geladen lysinegroepen bevat. Deze kunnen interageren met de fosfaatgroepen van het DNA (uit hetzelfde nucleosoom, met linker DNA of met DNA van naburig nucleosoom). Lysines ondergaan reversibele acetylering en deacetylering m.b.v. enzymes. Wanneer lysine geacetyleerd is, is zijn positieve lading geneutraliseerd waardoor de lysine niet meer met de fosfaatgroep van het DNA kan reageren. Hoe meer lysinen geäcetyliseerd zijn, hoe minder compact de chromatine vezels zullen zijn en hoe kleiner de kans is op het ontstaan van hogere structuren. Gecondenseerd chromatine (niet geäcetyleerd) zal een grotere weerstand hebben tegenover o.a. DNAse I en zal dus minder gemakkelijk geknipt worden. Junk DNA is daardoor vaak meer gecondenseerd dan coderend DNA.
12)
Beschrijf kort het centrosoom.
Het centrosoom bestaat uit twee centriolen, bundels korte microtubuli tripletten, die omgeven zijn door pericentriolaire eiwitten. Deze eiwitten bevatten γ-tubuline dat in ringen gebonden is op pericentrine. Deze eiwitten vormen de basis van de polymerisatie van microtubuli.
13)
Leg uit: de celregulatie (+ schema)
De celcyclus wordt gereguleerd door proteïnkinasen. Deze bevatten een regulatorische en een katalytische subeeinheid. De regulatorische is een cycline, de katalytische is een cyclindependant kinases (Cdk), die pas geactiveerd wordt als ze een complex vormt met cycline (CdkC). Het cycline bepaalt welk eiwit door de kinase wordt gefosforyleerd. Er zijn drie verschillende klasse: •
G1CdkC complexen;
•
S-fase CdkC complexen;
•
Mitotische CdkC complexen.
1. Expressie van G1 CdkC complexen: de cel wordt aangezet tot replicatie. Het complex bereidt de cel voor op de S-fase door de transcriptiefactoren te fosforyleren waardoor ze geäctiveerd worden. De transcriptiefactoren veroorzaken de expressie van enzymen nodig voor DNA synthese en voor de genen die de S-fase CdkC complexen coderen.
De activiteit van de S-fase CdkC complexen worden in bedwang gehouden door een inhibitor. In de late G1-fase zullen de G1 CdkC complexen ervoor zorgen dat deze inhibitor wordt gedegradeerd, wat tot de overgang naar de S-fase leidt. 2. S-fase: de S-fase CdkC complexen activeren de regulatorische eiwitten door fosforylatie. Deze zorgen ervoor dat de replicatie start en voorkomen dat er nieuwe prereplicatiecomplexen worden gevormd. Hierdoor wordt elk chromosoom slechts één maal gerepliceerd. 3. Mitotische CdkC complexen: deze complexen werden in de vorige fases gesynthetiseerd, maar worden in bedwang gehouden totdat de DNA synthese is afgelopen. Eens geactiveerd, zorgen ze voor: •
Induceren van de chromosoomcondensatie;
•
Afbraak van het kernmembraan;
•
Opbouw van het spoelfiguur;
•
Schikking van de chromosomen.
Wanneer alle chromosomen verbonden zijn met de spoeldraden, activeren deze complexen het anaphase-promoting complex (APC). Deze inactiveert de eiwitcomplexen die de zusterchromatiden met elkaar verbinden, wat tot de overgang naar de anafase leidt. 4. APC: APC zorgt voor de degradatie van mitotische CdkC complexen waardoor de chromosomen gaan spiraliseren, er kernmembranen ontstaan en de cytokinese start. 5. De volgende celcyclus: In de vroege G1 fase van de volgende celcyclus zullen fosfaten de eiwitten die prereplicatiecomplexen vormen defosforyleren waardoor deze terug geactiveerd worden. Tijdens de late G1 fase zullen de APC gefosforyleerd worden (inactivatie). Het verloop van de celcyclus is irreversibel. De overgangen worden uitgelokt door de gereguleerde degradatie van eiwitten. Bij hogere organismen wordt de celcyclus gereguleerd. Dit gebeurt m.b.v. mitogenen die de synthese van G1 CdkC complexen induceren. Vanaf de G1 fase is het verloop van de celcyclus onafhankelijk van de mitogenen. Dit is het restrictiepunt.
Extra examenvragen 14) Maak een schets van de eukaryotische celcyclus met aanduiding van de verschillende fasen. Leg kort de checkpoint controles uit. De meeste eukaryotische cellen doorgaan vier fasen: •
Synthese of S-fase: duplicatie van DNA;
•
Mitose of M-fase: de gevormde kopieën worden verdeeld over twee dochtercellen;
•
Gap1 of G1-fase: de periode tussen het ontstaan van de dochtercellen en de initiatie van de synthese van DNA;
•
G2-fase: de cel bereidt zich voor op mitose.
De duur van een celcyclus variëert tussen de 16 uur en de 100 dagen. De meeste variatie doet zich voor in de G1 fase. Ook zijn er cellen die terminaal gedifferentiëerd zijn en dus niet meer delen. Ze bevinden zich in de G0 fase of de rustfase.
Wanneer cellen naar een volgende fase overgaan voordat de vorige fase is afgewerkt kan er genetische schade ontstaan (vb: non-disjunctie tijdens de meiose leidt tot het Downsyndroom). Om dit te voorkomen, wordt de celcyclus tijdens vier checkpoints gecontroleerd: •
Cellen gaan niet in mitose zolang niet alle chromosomen gerepliceerd zijn. De werking van dit checkpoint ligt bij het herkennen van niet-gerepliceerd DNA en de inactivatie van MPF (= mitosis promoting factor);
•
Als de spoelfiguur niet goed is opgebouwd, wordt de activatie van APC (= anaphase promoting complex) verhindert. Ook de mitotische cyclines, nodig om uit de mitotische fase te geraken, worden gedegradeerd. De MPF activiteit blijft hoog, waardoor de chromosomen in gecondenseerde toestand blijven;
•
Cellen met DNA-schade gaan niet uit de G1 of G2 fase: dit maakt herstel van het DNA mogelijk. Zo worden genetische mutaties, non-disjunctie, ontstaan van tumors,… voorkomen. Controle wordt uitgevoerd door verschillende moleculen, vb: p53.
15) Wat is de nucleolus en waar bevindt het zich? Het ribosoom (= een complex van rRNA en eiwitten) staat in voor de synthese van eiwitten. Wanneer er veel eiwitten moeten worden aangemaakt, zijn er dus ook veel ribosomen nodig. Dit is mogelijk door het nodige DNA, dat voor rRNA codeert, te dupliceren. Het aangemaakt rRNA blijft vastgehecht aan het chromosoom, terwijl de ribosomale eiwitten zich erop binden. Deze plaatsen zijn te zien als donkere vlekjes in de kern.
16) Wat is het verschil tussen een plasmodium en een syncytium ? Zowel een plasmodium als een syncytium is een meerkernige cel. Een plasmodium ontstaat door het samensmelten van verschillende cellen, terwijl een syncytium ontstaat door herhaaldelijke kerndelingen, zonder dat er cytokinese plaats vindt.
17) Wat weet je over extremofielen. Extremofielen zijn meestal Archaebacteria die lijken op vroegere vormen van leven. Er zijn verschillende klassen, afhankelijk van het milieu waarin ze leven: •
Barofielen: leven onder hoge druk;
•
Thermofielen: leven bij hoge temperatuur;
•
Psychrofielen: leven bij koude temperatuur;
•
Halofielen: leven bij hoge zoutconcentraties;
•
Acidofielen: leven bij extreme lage pH;
•
Alkalofielen: leven bij extreem hoge pH.
Extremofielen zijn zo aan hun milieu aangepast dat dit voor hen de ideale omgeving vormt.
