Samenvatting Celbiologie, celcyclus
Celbiologie (FA-103)
Universiteit Utrecht
Aanbevolen voor jou
Andere studenten bekeken ook
Preview tekst
Taak 5
Leerdoelen:
- Hoe verloopt de celcyclus? – verschillende fasen. P-
- Hoe is de verdeling van DNA over de 2 cellen? – bij mitose en meiose.
- Wat is de rol van een Rb-eiwit in de regulatie van de celcyclus? P- 594
- Indien er schade is aan het DNA; hoe wordt de celdeling dan voorkomen? P. 572-
- Wat doet een P53-eiwit en is het goed- of kwaadaardig?p-
- Hoe leidt een signaal van buiten tot celdeling? – welke signalen.
Hoe verloopt de celcyclus? – verschillende fasen. (p-581)
Mitose: twee dochtercellen worden gevormd uit diploïde cellen, ze zijn identiek aan de moedercel. DNA-replicatie: na DNA-replicatie bestaat elk chromosoom uit 2 zusterchromatiden.
M-fase: kerndeling (mitose) en cytoplasmatische deling (cytokinese)
- profase: als individuele chromosomen zijn gecondenseerd tot het punt waarop ze zichtbaar zijn onder de microscoop. Interfase: diffuse van chromosomen (in slierten door elkaar); bij celsplitsing zijn ze niet vervoerbaar. Profase: chromosomen veranderen in compacte gevouwen vormen. Elk profase-chromosoom is samengesteld uit 2 zusterchromatiden: door DNA-replicatie tijdens de S-fase.
Mitotic spindle: een structuur die de chromosomen naar de dochtercellen distributeert in een latere fase in de mitose. Twee centrosomen bewegen naar tegenovergestelde kanten van de kern. De ruimte tussen de centrosomen vult zich met microtubules. Dit vormt de mitotic spindle.
Prometafase: begint bij de fragmentatie/breking van het kernmembraan. Door de breking van het kernmembraan kan de mitotic spindle de plaats waar de kern zich eerst bevond, innemen en contact maken met de chromosomen (gepaarde chromatiden). De spindle microtubules binden aan de gepaarde chromatiden aan een centromeer (op elk chromatide): aan de kinetochoren. (kinetochoor-microtubulus aan kinetochoor in centromeer) Tijdens de prometafase binden de spindle microtubules dus aan de kinetochoren waardoor de chromatiden in de spindle worden gehaald. Hierdoor worden de chromosomen naar het centrum van de cel gebracht.
Metafase: de chromosomen zijn maximaal gecondenseerd. Ze bevinden zich in een rechte lijn in de mitotic spindle: metafase plate. De cel neemt een pause tijdens de metafase, waardoor er een karyotype kan worden gemaakt: chromosomen kunnen dan herkend worden. Door de gelijke krachten van de pool MT worden de zusterchromatiden naar de polen getrokken, maar blijft het systeem wel stabiel.
Anafase: de zusterchromatiden worden naar de polen getrokken. Anafase A: de chromosomen worden naar de spindle polen getrokken (centromeren eerst), naarmate de kinetochoren korter worden. Anafase B: de polen gaan meer uit elkaar, naarmate de pool MT’s langer worden. Anafase A en B kunnen gelijktijdig plaatsvinden, maar kan ook eerst A en dan B.
Telofase: In het begin van de telofase zijn de dochterchromosomen aangekomen bij de polen. De chromosomen veranderen in interfase-chromatiden. Tegelijkertijd ontwikkelen de kernen zich en verdwijnt de mitotic spindle. Er wordt vervolgens een kernmembraan gevormd om de 2 dochterchromosomen: het einde van de mitose. De cel ondergaat vervolgens cytokinese, waardoor de cel gesplitst wordt in 2 dochtercellen.
Hoe is de verdeling van DNA over de 2 cellen? – bij mitose en meiose.
Bij mitose krijgen de dochtercellen precies dezelfde genetische informatie als de originele cel. Bij meiose is er de helft van het genetische materiaal aanwezig: Meiose: reduceert het chromosoomaantal van diploïd naar haploïd. Meiose I en II: er vindt 1 keer DNA-replicatie plaats van een diploïde cel en daarna 2 celsplitsingen. (p) Na DNA-replicatie bestaat elk chromosoom (van de diploide cel) uit 2 zusterchromatiden. Meiose I: Homologe chromosomen splitsen, maar de zusterchromatiden blijven bij elkaar. Meiose II: De 2 zusterchromatiden splitsen, waardoor er 4 dochtercellen worden gevormd (haploide cellen).
Hoe leidt een signaal van buiten tot celdeling? – welke signalen. (p-592)
Er zijn verschillende controlepunten tijdens de celcyclus: G1-fase – S-fase: Restriction Point (Start), beïnvloed door: - groeifactoren; voedingsstoffen; celgrootte; DNA-beschadiging. G2-fase – M-fase: G2-M transition, beïnvloed door: - celgrootte; DNA-beschadiging; DNA-replicatie. Metafase-Anafase transition, beïnvloed door: - chromosoom-binding aan de spindle; als niet alle chromosomen zijn gebonden, krijgen de dochtercellen geen volledig chromosomenpaar.
Specifieke moleculen in het cytoplasma zijn verantwoordelijk voor de overgang van de G1 naar de S-fase en van de G2 naar de mitose.
Voortgang van de celcyclus komt door Cyclin-Dependent Kinases (Cdks) Cdks: stimuleren de enzymatische activiteit als ze gebonden zijn aan een activator-eiwit, cycline. De concentratie van cycline-eiwitten varieert, daardoor kunnen deze eiwitten de Cdks-activiteit regelen op verschillende controlepunten in de celcyclus.
Fosforylering en defosforylering tijdens de activering van een Cdk-cycline complex: mitotic Cdk-cyclin (voorafgaand aan de mitose, aan het einde van de G2-fase) p. 590-
- Cdk bindt aan cycline: ze vormen een inactief complex. Om de mitose te starten moet er een activerende fosfaatgroep worden toegevoegd aan een aminozuur in het Cdk-molecuul.
- Remmende kinasen fosforyleren het complex op 2 plekken, waardoor de actieve zijde geblokkeerd wordt.
- Een activerend kinase fosforyleert een derde plek op het complex, maar het complex is nog steeds inactief
- Een fosfatase verwijdert de remmende fosfaatgroepen, waardoor het complex geactiveerd wordt. Het geactiveerde complex stimuleert fosfatase om meer actieve Cdk-cycline complexen te vormen, daardoor gaat het activeringsproces veel sneller.
- Nadat het mitotic Cdk-cycline complex geactiveerd is, start de proteine kinase activiteit van het
complex de mitose.
mitotic Cdk-cycline zorgt dus voor chromosoomcondensatie; mitotic spindle; kernmembraanafbraak.
- Kernmembraanafbraak: mitotic Cdk-cycline fosforyleert lamin-eiwitten, waardoor deze depolariseren en de kernlamina worden afgebroken en het kernmembraan wordt gedestabiliseerd. Ook worden kerneiwitten gefosforyleerd.
- Chromatinecondensatie: condensin (eiwitcomplex) wordt gefosforyleerd, waardoor deze de chromosomen condenseert (compacte vormen maakt): het bindt aan DNA en rolt het op.
- Mitotic spindle: de microtubules (MT) worden gefosforyleerd, waardoor de mitotic spindle ontstaat.
Schade aan het DNA; hoe wordt celdeling dan voorkomen? (p. 572-576)
DNA-beschadiging kan spontaan optreden of door mutagene stoffen. (p)
Spontaan: door hydrolysereacties tussen DNA en watermoleculen. (hydrolyse = verbreken van een binding m.b. water) Depurinering: het verlies van een purinebase (A of G) door de hydrolyse van de glycosidische binding. - Glycosidische binding = binding tussen deoxyribose en G of A. Deaminering: verwijdering van de aminogroep (NH 2 ) van een base (C, A of G). NH 2 reageert met water. Een aminogroep kan dan niet meer aan het DNA vastzitten. Cytosine wordt dan vervangen door Uracil. De verbinding tussen het aminozuur en een pyrimidine of purine ring wordt verbroken. - De basenvolgorde verandert als de fout niet hersteld wordt. De verandering in het gen kan dus coderen voor een verkeerde aminozuurvolgorde, waardoor er een verkeerd eiwit wordt aangemaakt.
Mutagene stoffen: chemicaliën
- Base-analogen: lijken op basen en worden ingebouwd in het DNA.
- Base-modifying: reageren met het DNA-basen waardoor de structuur verandert.
- Intercalating stoffen: voegen zichzelf tussen de basen van de dubbele helix. Hierdoor wordt de DNA- structuur verstoord en kan een base niet meer verwijderd of ingevoegd worden tijdens de replicatie. radioactieve straling Straling verandert DNA door Pyrimidine Dimer Formation: vorming van covalente bindingen tussen 2 pyrimidine basen (T). Die liggen dan wel naast elkaar, anders kan er geen covalente binding ontstaan.
- Replicatie en transcriptie worden geblokkeerd, omdat er een vormverandering in de dubbele helix komt. (door de binding tussen 2 Thyminebasen)
Herstel van DNA (fout op enkele streng)
Translesion synthese: het herstel dat door DNA polymerasen wordt uitgevoerd tijdens de DNA-replicatie. Het DNA-polymerase maakt een nieuw stuk DNA aan, waar de mutatie heeft plaatsgevonden.
- De template streng (met het beschadigd DNA) blijft onveranderd, maar de nieuwe, herstelde streng bevat geen fouten, waardoor er voorkomen wordt dat de mutatie wordt doorgegeven aan de volgende generatie.
Als beschadigingen er nog zijn, ondanks translesion synthese tijdens de replicatie, dan is er: Excision repair: bij herstel van de aanwezigheid van abnormale nucleotiden, die herkend worden door een veranderde structuur. Enzymen en eiwitten herstellen het DNA volgens een drie-stappen-proces:
- De beschadigde nucleotiden worden uit het beschadigde kant (kan ook beide kanten) van de DNA- streng geknipt door repair endonucleasen (enzymen). Deze enzymen gaan pas aan het DNA zitten als de fout ontdekt is door bepaalde eiwitten. Repair endonucleasen binden naast de beschadiging, waarna andere enzymen (helicase en/of exonuclease) de beschadigde nucleotiden verwijderen.
- DNA-polymerase (I of II) vult het gat door toevoeging van nucleotiden van 5’→3’. Net zoals bij DNA- replicatie gebruikt het polymerase de complementaire streng als template streng.
- DNA ligase plakt het herstelde en het originele DNA aan elkaar, door een fosfoëster-binding te vormen. Er zijn 2 vormen van excision herstel: Base excision repair: herstelt fouten op het DNA als er 1 fout tegelijk is. Als een suiker (deoxyribose) een base mist (depurinering), wordt het herkend door een repair endonuclease. Het repair endonuclease verbreekt vervolgens de fosfodiesterbinding aan 1 kant van het suiker. Een 2e enzym verwijdert vervolgens de suiker-fosfaatgroep. En er wordt dan een goede groep in gezet. Nucleotide excision repair (NER): voor herstel bij pyrimidine dimer formation. Dit systeem gebruikt eiwitten die grote fouten in de dubbele helix ontdekken en vervolgens NER endonuclease activeren. Ze
knippen aan beide kanten van de beschadiging. Dan bindt een DNA helicase hieraan, waardoor het stukje helix ontwindt. Het gat wordt dan gedicht door een DNA polymerase en geplakt door een DNA ligase. Door uv-straling kunnen er mutaties ontstaan in het gen dat codeert voor componenten in het NER-systeem, waardoor de fout niet hersteld kan worden. Zo kan er huiskanker ontstaan.
Mismatch repair: herkend fouten die gemaakt zijn tijdens de DNA-replicatie. Een A zit bijvoorbeeld tegenover een C i.p. een T. A en C kunnen niet goed H-bruggen vormen, waardoor een mismatch repair systeem de fout herkent. (bij deaminering) Probleem: hoe herkent het systeem welke van de twee (A of C / G of T) basen fout is? De basen hebben geen beschadigde structuur. Het systeem moet dus de laatst aangemaakte streng herkennen, want deze bevat de foute base. Als een DNA-streng al een tijdje bestaat, vindt er methylatie plaats. De nieuwste DNA-streng kan dus herkend worden, omdat deze nog niet gemethyleerd is. Een repaire endonuclease maakt een knipje in de ongemethyleerde streng en een NER endonuclease verwijdert de foute nucleotiden van de ongemethyleerde streng. Kanker kan ontstaan als er een fout zit in de genen die coderen voor eiwitten die nodig zijn voor mismatch repair. Thymine i.p. uracil in DNA: thymine heeft een methylgroep. Als DNA beschadigd is door deaminering, cytosine verandert in uracil. Het uracil wordt verwijdert door een DNA repair enzym: uracil-DNA glycosylase. Als i.p. thymine, uracil in DNA aanwezig zou zijn, zou het mechanisme een verkeerde uracil niet kunnen onderscheiden van een goede. Thymine heeft namelijk een methylgroep die door het mechanisme herkend kan worden.
Translesion excision en mismatch repair herstellen DNA dat beschadigd doordat basen chemisch veranderd zijn. De beschadigde of foute nucleotiden worden verwijderd van 1 DNA-streng en het gat wordt gedicht door een DNA-polymerase die de goede streng als template streng gebruikt. Maar als er beschadiging op beide strengen is, kan het niet op deze manier worden hersteld.
Herstel van DNA (fout op dubbele streng): als beide strengen beschadigd zijn, breekt de dubbele helix in 2 delen. Nonhomologous end-joining: eiwitten binden aan de uiteinden van de gebroken stukken DNA en brengen ze bij elkaar. Maar door dit mechanisme kunnen ook de 2 verkeerde DNA-fragmenten aan elkaar worden gemaakt. Er is nog een preciezere manier: Homologous recombination: dit mechanisme maakt gebruik van het feit dat DNA 2 kopieën heeft van elk chromosoom. De kopie dient dan als template. Ook worden de chromosomen uitgewisseld tijdens de meiose.
Wat doet een P53-eiwit en is het goed- of kwaadaardig? (p-595)
Er zijn verschillende controlepunten tijdens de celcyclus.
- Spindle checkpoint: het voorkomt dat anafase-chromosomen beginnen te bewegen als deze nog niet gebonden zijn met de spindle. Kinetochoren die ongebonden zijn aan spindle MT’s produceren een “wacht”-signaal, dat het anafase- stimulerende complex remt. Zolang dit geremd wordt kunnen de zusterchromatiden niet uit elkaar getrokken worden. Het “wacht”-signaal wordt geproduceerd door Mad en Bub eiwitten. Deze hechten zich aan ongebonden kinetochoren. Hierdoor wordt de activering van het Cdc20 eiwit geblokkeerd. Als dit eiwit aan een anafase-stimulerend complex bindt, gaat de anafase van start.
Mutaties die proto-oncogenen veranderen in oncogenen:(p-778)
- Puntmutatie: een nucleotide in het DNA is veranderd, waardoor het aminozuur verandert.
RAS-oncogenen coderen voor vreemde vormen van de Ras-pathway. (RAS=gen Ras=eiwit dat door RAS geproduceerd wordt). De Ras-patway wordt continu geactiveerd en daardoor is er buitensporige celgroei.
- Genamplificatie: er worden oncogenen geproduceerd, door het aantal kopieën van proto-oncogenen te vermeerderen. Doordat er meer proto-oncogenen aanwezig zijn, worden er ook meer eiwitten geproduceerd die door de proto-oncogenen worden gecodeerd. De eiwitten zijn wel normaal.
Te veel proto-oncogenen die coderen voor een groeifactor-receptor (eiwit). Als er te veel receptoren komen die groeifactoren binden, is er te veel celgroei.
- Chromosomale translocatie: een deel van het chromosoom wordt verwijderd en toegevoegd aan een ander chromosoom.
Twee genen worden naast elkaar geplaatst die samen coderen voor een oncogen. Het oncogen produceert een fusie-eiwit dat abnormaal functioneert, omdat een aminozuurvolgorde bevat die afgeleid is van 2 verschillende eiwitten
Een proto-oncogen wordt naast een erg actief gen geplaatst, waardoor het verplaatste proto-oncogen te actief wordt.
- Plaatselijke DNA herschikking (Local DNA Rearrangements): Basevolgordes van proto-oncogenen worden veranderd door verwijdering, tussenvoeging, omkering (verwijdering van een volgorde, gevolgd door een tussenvoeging in de tegengestelde richting) of transpositie (verplaatsing van een volgorde).
Door inversie wordt er een gen geproduceerd dat codeert voor een fusie-eiwit, waardoor de tyrosine kinase receptor altijd uit een dimeer bestaat, dus altijd actief is. De basenvolgordes (deel van een gen) die omgewisseld worden, bevinden zich op hetzelfde chromosoom.
- Insertional Mutagenese: als virus-DNA ingebouwd wordt in een gast chromosoom naast een proto- oncogen. Het verandert zo de structuur van et proto-oncogen, waardoor dit verandert in een oncogen en zo codeert voor een abnormaal eiwit. Ook kan het, het proto-oncogen te veel normale eiwitten laten produceren.
Tumor suppressor genen: genen die coderen voor eiwitten die de celgroei remmen. (p-782) Het verlies of inactivering van een tumor suppressor gen kan leiden tot kanker. Je lichaam heeft naar verhouding weinig tumor suppressor genen, daarom heeft elk gen een belangrijke functie.
Als een normale cel met een kankercel gefuseerd wordt, hoeft de gevormde cel niet persé een kankercel te zijn. Dit komt door de aanwezigheid van genen die tumor groei stoppen en de normale groei herstellen. Maar na een tijdje, verandert de cel weer in een kankercel. Dit komt door het verlies van chromosomen die tumor suppressor genen bevatten.
Dus een cel krijgt kanker, nadat een specifiek tumor suppressor gen weg is: een cel bevat bijvoorbeeld het oncogen, een gemuteerd RAS-gen. Tumor suppressor genen overheersen, waardoor de mogelijkheid om tumoren te vormen, weg is. Alleen als de cel het chromosoom met het desbetreffende tumor suppressor gen verliest, zal er tumorgroei plaatsvinden.
Retinoblastoom: RB tumor suppressor gen (p + 14) Een kind dat een gemuteerd RB gen van zijn ouders erft, heeft deze in elke cel. Als de goede kopie (op het andere chromosoom) ook gemuteerd wordt, ontstaat er een retinoblastoom. Een Rb-eiwit regelt de overgang van G1 naar S-fase. Zonder een signaal van een groeifactor, vindt deze overgang niet plaats. Als de Rb genen op beide chromosomen worden gemuteerd, vindt deze controle niet plaats en zal er ongecontroleerde celgroei plaatsvinden. Als er 1 Rb gen gemuteerd is, kan een RB tumor suppressor gen nog zorgen dat er geen tumorgroei plaatsvindt.
H24: puntmutatie etc. Figuur 19: alle begrippen wel kennen. Figuur 19 t/m 27: buiten de leerstof. Cdk-cycline: alleen fosforyleren met cycline verbinding. 19. Belangrijk: 19/36/37a/34+tekst 19 = leerstof 19/37b = geen leerstof Mab en Bub niet 35 = niet zo belangrijk in 19 is er diep genoeg op ingegaan. 19 = helemaal leerstof MEK MAPK 19 = geen leerstof groeifactor kan ook andere signaalroutes activeren (algemeen) 19 = p53 alle onderdelen is leerstof. 19. H24: 24 + tekst = leerstof Tabel 24 = welke categorieën de oncogenen vallen niet precies kennen 24: tumor supressor genen remmen de celgroei Retinoblastoom: geen erfelijke mutatie net zoveel kans als bij kinderen die wel mutatie hebben: nee, het gen zit op 2 chromos omen, ze hebben dan nog één goede over.
Samenvatting Celbiologie, celcyclus
Vak: Celbiologie (FA-103)
Universiteit: Universiteit Utrecht
- Ontdek meer van:
