---
title: "Genexpressie: transcriptie en translatie"
book: "Universitaire biologie — jaar 1"
subject: biology
language: nl
chapter: 19
exercises: 12
source: https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/19-genexpressie-transcriptie-en-translatie
---

# Hoofdstuk 19 — Genexpressie: transcriptie en translatie

Een [gen](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/17-genomen-van-cellen-en-virussen#def-b1-genomes-gene) van dertigduizend [basenparen](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/11-nucleotiden-en-nucleinezuren#thm-b1-nucleic-acids-helix) wordt in een kwartier tot een werkkopie gelezen, tot tweeduizend letters ingekort, de celkern uit verscheept, en door vijfentwintig [ribosomen](#def-b1-gene-expression-ribosome) tegelijk vertaald in een [eiwit](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/12-aminozuren-en-eiwitten#def-b1-proteins-peptide) van vijfhonderd [aminozuren](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/12-aminozuren-en-eiwitten#def-b1-proteins-aminoacid) — één per vier seconden, zolang de kopie het uithoudt. De [cel](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/5-de-cel-eenheid-van-het-leven#def-b1-cell-unit-of-life-cell) geeft hier meer energie aan uit dan aan wat zij ook doet. Dit hoofdstuk volgt de informatie van [DNA](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/11-nucleotiden-en-nucleinezuren#def-b1-nucleic-acids-chain) naar [eiwit](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/12-aminozuren-en-eiwitten#def-b1-proteins-peptide): het kopiëren van een [gen](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/17-genomen-van-cellen-en-virussen#def-b1-genomes-gene) tot [RNA](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/11-nucleotiden-en-nucleinezuren#def-b1-nucleic-acids-chain), het bewerken van dat [RNA](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/11-nucleotiden-en-nucleinezuren#def-b1-nucleic-acids-chain) bij eukaryoten, de code die drietallen basen op [aminozuren](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/12-aminozuren-en-eiwitten#def-b1-proteins-aminoacid) afbeeldt, het [ribosoom](#def-b1-gene-expression-ribosome) dat haar leest, en wat er met een [eiwit](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/12-aminozuren-en-eiwitten#def-b1-proteins-peptide) gebeurt zodra het is gemaakt.

## 19.1 Van gen naar eiwit

**Propositie 19.1 (De stroom van informatie).**

Erfelijke informatie stroomt van [DNA](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/11-nucleotiden-en-nucleinezuren#def-b1-nucleic-acids-chain) naar [RNA](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/11-nucleotiden-en-nucleinezuren#def-b1-nucleic-acids-chain) naar [eiwit](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/12-aminozuren-en-eiwitten#def-b1-proteins-peptide). De *[transcriptie](#prop-b1-gene-expression-dogma)* kopieert één streng van een [gen](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/17-genomen-van-cellen-en-virussen#def-b1-genomes-gene) tot een [RNA](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/11-nucleotiden-en-nucleinezuren#def-b1-nucleic-acids-chain) met dezelfde sequentie als de andere streng (met U voor T); de *[translatie](#prop-b1-gene-expression-dogma)* leest het [boodschapper-RNA](#prop-b1-gene-expression-processing) telkens drie basen tegelijk en voegt de bijbehorende [aminozuren](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/12-aminozuren-en-eiwitten#def-b1-proteins-aminoacid) samen tot een [polypeptide](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/12-aminozuren-en-eiwitten#def-b1-proteins-peptide). Elke stap gebruikt de paring van basen: [DNA](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/11-nucleotiden-en-nucleinezuren#def-b1-nucleic-acids-chain) met [RNA](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/11-nucleotiden-en-nucleinezuren#def-b1-nucleic-acids-chain) bij de [transcriptie](#prop-b1-gene-expression-dogma), boodschapper met [transfer-RNA](#def-b1-gene-expression-trna) bij de [translatie](#prop-b1-gene-expression-dogma). De sequentie van een [eiwit](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/12-aminozuren-en-eiwitten#def-b1-proteins-peptide) is dus een afschrift van de sequentie van zijn [gen](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/17-genomen-van-cellen-en-virussen#def-b1-genomes-gene), en een verandering van één base kan één [aminozuur](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/12-aminozuren-en-eiwitten#def-b1-proteins-aminoacid) veranderen — de schakel tussen mutatie en fenotype. Informatie stroomt niet terug van [eiwit](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/12-aminozuren-en-eiwitten#def-b1-proteins-peptide) naar nucleïnezuur; de ene omgekeerde stap, [RNA](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/11-nucleotiden-en-nucleinezuren#def-b1-nucleic-acids-chain) dat door retrovirussen in [DNA](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/11-nucleotiden-en-nucleinezuren#def-b1-nucleic-acids-chain) wordt overgeschreven, raakt geen [eiwit](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/12-aminozuren-en-eiwitten#def-b1-proteins-peptide).

## 19.2 Transcriptie

**Definitie 19.2 (RNA-polymerase, promotor, transcriptie).**

Het *RNA-polymerase* maakt [RNA](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/11-nucleotiden-en-nucleinezuren#def-b1-nucleic-acids-chain) op een DNA-matrijs, $5' \to 3'$, uit de vier ribonucleosidetrifosfaten, zonder primer. Het begint bij een *promotor*, een sequentie vlak vóór het [gen](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/17-genomen-van-cellen-en-virussen#def-b1-genomes-gene) die het herkent en bindt; bij bacteriën doet een subeenheid die $\sigma$ (*sigma*) heet het herkennen, bij twee geconserveerde stukken tien en vijfendertig paren vóór de start. Het [enzym](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/13-enzymen-en-biochemische-katalyse#def-b1-enzymes-enzyme) opent ongeveer vijftien paren van de helix tot een *transcriptiebel*, kopieert de *matrijsstreng* (die $3' \to 5'$ wordt gelezen) tot een [RNA](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/11-nucleotiden-en-nucleinezuren#def-b1-nucleic-acids-chain) dat in sequentie gelijk is aan de andere, *coderende* streng, en schuift op met ongeveer vijftig [nucleotiden](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/11-nucleotiden-en-nucleinezuren#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) per seconde, terwijl het de helix erachter weer sluit; het [RNA](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/11-nucleotiden-en-nucleinezuren#def-b1-nucleic-acids-chain) pelt eraf zodra het is gemaakt. Het stopt bij een *terminator*: bij bacteriën een zelfcomplementaire sequentie waarvan het [RNA](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/11-nucleotiden-en-nucleinezuren#def-b1-nucleic-acids-chain) zich tot een haarspeld vouwt die het transcript lostrekt. Vele polymerasen kunnen elkaar langs een [gen](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/17-genomen-van-cellen-en-virussen#def-b1-genomes-gene) opvolgen, zodat er elke seconde een transcript kan beginnen.

![De transcriptie. Het polymerase opent een bel, paart ribonucleotiden aan de matrijsstreng en verbindt ze 5' 3'; het RNA verlaat het enzym door een kanaal terwijl dat oprukt.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/biology-3/b1-gene-expression/fig-7fa7f26b18c0.svg)

*De [transcriptie](#prop-b1-gene-expression-dogma). Het polymerase opent een bel, paart ribonucleotiden aan de matrijsstreng en verbindt ze $5' \to 3'$; het [RNA](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/11-nucleotiden-en-nucleinezuren#def-b1-nucleic-acids-chain) verlaat het [enzym](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/13-enzymen-en-biochemische-katalyse#def-b1-enzymes-enzyme) door een [kanaal](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/7-membranen-en-membraantransport#def-b1-membranes-transport-transporters) terwijl dat oprukt.*

**Propositie 19.3 (Eukaryote transcriptie en RNA-bewerking).**

Eukaryoten hebben drie polymerasen: I voor de grote ribosomale [RNA](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/11-nucleotiden-en-nucleinezuren#def-b1-nucleic-acids-chain)’s, II voor de [boodschapper-RNA](#prop-b1-gene-expression-processing)’s, III voor [transfer-RNA](#def-b1-gene-expression-trna) en kleine [RNA](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/11-nucleotiden-en-nucleinezuren#def-b1-nucleic-acids-chain)’s. Polymerase II herkent zijn [promotor](#def-b1-gene-expression-transcription) niet alleen: een stel *algemene transcriptiefactoren* bouwt zich erop op (bij een TATA-sequentie ongeveer dertig paren stroomopwaarts in veel [genen](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/17-genomen-van-cellen-en-virussen#def-b1-genomes-gene)) en haalt het [enzym](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/13-enzymen-en-biochemische-katalyse#def-b1-enzymes-enzyme) erbij, en regeleiwitten die dichtbij of ver weg binden stellen de snelheid bij ([Hoofdstuk 20](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/20-regeling-van-de-genexpressie#ch-b1-expression-control)). Het primaire transcript wordt in de celkern *bewerkt*: er komt een gewijzigde guanine als *cap* aan het $5'$-uiteinde, een staart van zo’n tweehonderd adeninen (*poly-A*) aan het $3'$-uiteinde, en de [intronen](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/17-genomen-van-cellen-en-virussen#def-b1-genomes-gene) worden door *[splicing](#prop-b1-gene-expression-processing)* verwijderd — een complex van kleine [RNA](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/11-nucleotiden-en-nucleinezuren#def-b1-nucleic-acids-chain)’s en [eiwitten](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/12-aminozuren-en-eiwitten#def-b1-proteins-peptide), het *spliceosoom*, herkent de GU aan het begin van elk [intron](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/17-genomen-van-cellen-en-virussen#def-b1-genomes-gene) en de AG aan het eind ervan, knipt, en verbindt de [exonen](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/17-genomen-van-cellen-en-virussen#def-b1-genomes-gene). Pas daarna wordt de rijpe boodschapper naar het [cytosol](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/6-functionele-organisatie-van-de-eukaryote-cel#def-b1-eukaryotic-cell-organelle) uitgevoerd. Veel [genen](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/17-genomen-van-cellen-en-virussen#def-b1-genomes-gene) worden op meer dan één manier gespliced (*alternatieve [splicing](#prop-b1-gene-expression-processing)*), zodat één [gen](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/17-genomen-van-cellen-en-virussen#def-b1-genomes-gene) verscheidene [eiwitten](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/12-aminozuren-en-eiwitten#def-b1-proteins-peptide) oplevert; de twintigduizend menselijke [genen](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/17-genomen-van-cellen-en-virussen#def-b1-genomes-gene) maken er misschien honderdduizend.

**Bewijsmateriaal.** Sharp en Roberts (1977) hybridiseerden een viraal [boodschapper-RNA](#prop-b1-gene-expression-processing) met het [DNA](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/11-nucleotiden-en-nucleinezuren#def-b1-nucleic-acids-chain) van zijn [gen](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/17-genomen-van-cellen-en-virussen#def-b1-genomes-gene) en bekeken de hybriden in de [elektronenmicroscoop](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/5-de-cel-eenheid-van-het-leven#prop-b1-cell-unit-of-life-microscopes): het [RNA](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/11-nucleotiden-en-nucleinezuren#def-b1-nucleic-acids-chain) paarde in verscheidene stukken met het [DNA](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/11-nucleotiden-en-nucleinezuren#def-b1-nucleic-acids-chain), en daartussen lusten er ongepaarde stukken [DNA](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/11-nucleotiden-en-nucleinezuren#def-b1-nucleic-acids-chain) uit — de [intronen](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/17-genomen-van-cellen-en-virussen#def-b1-genomes-gene), aanwezig in het [gen](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/17-genomen-van-cellen-en-virussen#def-b1-genomes-gene) en afwezig in de boodschap. Bacteriële [genen](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/17-genomen-van-cellen-en-virussen#def-b1-genomes-gene) gaven bij dezelfde behandeling geen lussen. De grootte van het primaire transcript van een [gen](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/17-genomen-van-cellen-en-virussen#def-b1-genomes-gene), in de celkern gemeten, komt overeen met het [gen](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/17-genomen-van-cellen-en-virussen#def-b1-genomes-gene); de grootte van de boodschapper in het [cytoplasma](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/5-de-cel-eenheid-van-het-leven#def-b1-cell-unit-of-life-cell) komt overeen met alleen de [exonen](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/17-genomen-van-cellen-en-virussen#def-b1-genomes-gene). ∎

![Van gen naar boodschapper bij een eukaryoot: het hele gen wordt overgeschreven, daarna worden de intronen uitgeknipt en de exonen verbonden, komen er een cap en een poly-A-staart bij, en verlaat de rijpe boodschap de celkern.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/biology-3/b1-gene-expression/fig-8b684ef1aec3.svg)

*Van [gen](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/17-genomen-van-cellen-en-virussen#def-b1-genomes-gene) naar boodschapper bij een eukaryoot: het hele [gen](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/17-genomen-van-cellen-en-virussen#def-b1-genomes-gene) wordt overgeschreven, daarna worden de [intronen](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/17-genomen-van-cellen-en-virussen#def-b1-genomes-gene) uitgeknipt en de [exonen](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/17-genomen-van-cellen-en-virussen#def-b1-genomes-gene) verbonden, komen er een cap en een [poly-A-staart](#prop-b1-gene-expression-processing) bij, en verlaat de rijpe boodschap de celkern.*

## 19.3 De genetische code

**Definitie 19.4 (De genetische code).**

De *genetische code* beeldt drietallen basen van de boodschapper, *codons*, af op [aminozuren](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/12-aminozuren-en-eiwitten#def-b1-proteins-aminoacid). Van de 64 codons leggen er 61 de twintig [aminozuren](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/12-aminozuren-en-eiwitten#def-b1-proteins-aminoacid) vast en zijn er drie (UAA, UAG, UGA) *stopsignalen*; AUG legt methionine vast en is tevens het *startcodon*, zodat elk nieuw [polypeptide](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/12-aminozuren-en-eiwitten#def-b1-proteins-peptide) met methionine begint. De code is *gedegenereerd* — de meeste [aminozuren](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/12-aminozuren-en-eiwitten#def-b1-proteins-aminoacid) hebben verscheidene codons, die vooral op de derde plaats verschillen — *niet-overlappend*, zonder leestekens gelezen in een *leesraam* dat door het startcodon wordt vastgelegd, en vrijwel *universeel*, hetzelfde bij bacteriën, planten en dieren met kleine varianten in [mitochondriën](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/6-functionele-organisatie-van-de-eukaryote-cel#def-b1-eukaryotic-cell-mitochondrion): een menselijk [gen](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/17-genomen-van-cellen-en-virussen#def-b1-genomes-gene) dat in een bacterie wordt gebracht, wordt juist gelezen.

*De [genetische code](#def-b1-gene-expression-code). Elke [cel](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/5-de-cel-eenheid-van-het-leven#def-b1-cell-unit-of-life-cell) geeft de vier [codons](#def-b1-gene-expression-code) met de aangegeven eerste en tweede base en met U, C, A, G op volgorde als derde base. AUG is methionine en het startsignaal; UAA, UAG en UGA zijn stops. De derde base maakt vaak niet uit: de code is gedegenereerd.*

**Propositie 19.5 (Hoe de code is gelezen).**

De code is een niet-overlappende drietallencode, en de betekenis van elk [codon](#def-b1-gene-expression-code) kan langs chemische weg worden bepaald.

**Bewijsmateriaal.** Crick en Brenner (1961) brachten in een faaggen mutaties aan die één base toevoegden of wegnamen: één zo’n verandering vernielde de werking van het [gen](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/17-genomen-van-cellen-en-virussen#def-b1-genomes-gene), en twee ook, maar drie invoegingen (of drie verwijderingen) dicht bij elkaar herstelden haar — de boodschap wordt in drietallen gelezen, vanaf een vast startpunt, en een invoeging verschuift het raam van alles wat erop volgt. Nirenberg en Matthaei (1961) voegden een synthetisch [RNA](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/11-nucleotiden-en-nucleinezuren#def-b1-nucleic-acids-chain) van uitsluitend uracillen toe aan een celvrij extract van *E. coli* met de twintig [aminozuren](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/12-aminozuren-en-eiwitten#def-b1-proteins-aminoacid): er werd een keten van uitsluitend fenylalanine gemaakt, dus betekent UUU Phe; andere synthetische boodschappers, en daarna het binden van losse trinucleotiden aan [ribosomen](#def-b1-gene-expression-ribosome) met hun [transfer-RNA](#def-b1-gene-expression-trna)’s, wezen alle vierenzestig toe in 1966. ∎

**Voorbeeld 19.6 (Een boodschap lezen).**

De boodschapper $5'$-…GCAUGGCUUUCGGAUAA…-$3'$ wordt vanaf de AUG gelezen: AUG GCU UUC GGA UAA — Met-Ala-Phe-Gly-stop: een peptide van vier residuen. Verwijder de eerste G na AUG en het raam verschuift: AUG CUU UCG GAU AA… — Met-Leu-Ser-Asp…, een ander [eiwit](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/12-aminozuren-en-eiwitten#def-b1-proteins-peptide) van een andere lengte. Verander UUC in UUU en er verandert niets: beide zijn Phe, een *stille* mutatie.

## 19.4 Translatie

**Definitie 19.7 (Transfer-RNA en zijn synthetasen).**

Een *[transfer-RNA](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/11-nucleotiden-en-nucleinezuren#def-b1-nucleic-acids-chain)* ([Hoofdstuk 11](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/11-nucleotiden-en-nucleinezuren#ch-b1-nucleic-acids)) is de tussenschakel tussen [codon](#def-b1-gene-expression-code) en [aminozuur](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/12-aminozuren-en-eiwitten#def-b1-proteins-aminoacid): zijn *anticodon*, drie basen in een lus, paart antiparallel met een [codon](#def-b1-gene-expression-code) van de boodschap, en zijn $3'$-uiteinde draagt het bijbehorende [aminozuur](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/12-aminozuren-en-eiwitten#def-b1-proteins-aminoacid). De paring op de derde plaats van het [codon](#def-b1-gene-expression-code) is los (*wobble*), zodat ongeveer veertig tRNA’s voor eenenzestig [codons](#def-b1-gene-expression-code) volstaan. Elk tRNA wordt geladen door zijn eigen *aminoacyl-tRNA-synthetase*, een [enzym](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/13-enzymen-en-biochemische-katalyse#def-b1-enzymes-enzyme) dat zowel het [aminozuur](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/12-aminozuren-en-eiwitten#def-b1-proteins-aminoacid) als het tRNA herkent en ze in twee stappen aan elkaar koppelt ten koste van één [ATP](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/8-water-en-kleine-biomoleculen#def-b1-water-small-molecules-atp) (tot AMP gesplitst: twee energierijke bindingen), waarbij het het [aminozuur](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/12-aminozuren-en-eiwitten#def-b1-proteins-aminoacid) meteen proefleest. Deze twintig [enzymen](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/13-enzymen-en-biochemische-katalyse#def-b1-enzymes-enzyme) zijn de plaats waar de code werkelijk wordt uitgevoerd: het [ribosoom](#def-b1-gene-expression-ribosome) controleert niet welk [aminozuur](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/12-aminozuren-en-eiwitten#def-b1-proteins-aminoacid) een tRNA draagt, alleen of zijn anticodon past.

**Definitie 19.8 (Het ribosoom).**

Het *ribosoom* is een deeltje van twee subeenheden, elk van [ribosomaal RNA](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/11-nucleotiden-en-nucleinezuren#def-b1-nucleic-acids-rnas) en [eiwitten](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/12-aminozuren-en-eiwitten#def-b1-proteins-peptide) (bij bacteriën: een kleine subeenheid van 30S en een grote van 50S, samen 70S, $2.5\,\mathrm{MDa}$; eukaryote ribosomen zijn groter, 80S). De kleine subeenheid bindt de boodschapper en decodeert haar; de grote subeenheid houdt de tRNA’s vast en vormt de [peptidebinding](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/12-aminozuren-en-eiwitten#def-b1-proteins-peptide) — de katalysator is het ribosomale [RNA](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/11-nucleotiden-en-nucleinezuren#def-b1-nucleic-acids-chain) zelf. Drie tRNA-plaatsen strekken zich over beide subeenheden uit: A (aminoacyl, waar het volgende geladen tRNA binnenkomt), P (peptidyl, dat de groeiende keten vasthoudt), E (exit).

![Het ribosoom: twee subeenheden geklemd op de boodschapper, twee transfer-RNA’s in de spleet, en de groeiende keten die door een tunnel in de grote subeenheid vertrekt.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/biology-3/b1-gene-expression/fig-639116e50b18.svg)

*Het [ribosoom](#def-b1-gene-expression-ribosome): twee subeenheden geklemd op de boodschapper, twee [transfer-RNA](#def-b1-gene-expression-trna)’s in de spleet, en de groeiende keten die door een tunnel in de grote subeenheid vertrekt.*

**Propositie 19.9 (De cyclus van de verlenging).**

De [translatie](#prop-b1-gene-expression-dogma) begint wanneer de kleine subeenheid het startcodon vindt — bij bacteriën door een sequentie van [ribosomaal RNA](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/11-nucleotiden-en-nucleinezuren#def-b1-nucleic-acids-rnas) te paren met een plaats vlak vóór de AUG, bij eukaryoten door de cap te binden en tot het eerste AUG te schuiven — en het start-tRNA (methionine) zich in de P-plaats nestelt; daarna sluit de grote subeenheid zich erbij aan. Elke ronde *verlenging* voegt één residu toe: een geladen tRNA waarvan het [anticodon](#def-b1-gene-expression-trna) bij het [codon](#def-b1-gene-expression-code) in de A-plaats past wordt door een verlengingsfactor afgeleverd en gecontroleerd (één GTP); het ribosomale [RNA](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/11-nucleotiden-en-nucleinezuren#def-b1-nucleic-acids-chain) van de grote subeenheid draagt de groeiende keten van het tRNA in de P-plaats over op het [aminozuur](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/12-aminozuren-en-eiwitten#def-b1-proteins-aminoacid) van het tRNA in de A-plaats en vormt zo de [peptidebinding](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/12-aminozuren-en-eiwitten#def-b1-proteins-peptide); het [ribosoom](#def-b1-gene-expression-ribosome) schuift één [codon](#def-b1-gene-expression-code) op (een tweede GTP), waarbij de tRNA’s naar P en E verschuiven en het lege vertrekt. Bij een stopcodon komt een *afgiftefactor* de A-plaats binnen en wordt de keten door [hydrolyse](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/8-water-en-kleine-biomoleculen#prop-b1-water-small-molecules-families) vrijgemaakt. Bacteriële [ribosomen](#def-b1-gene-expression-ribosome) voegen vijftien tot twintig residuen per seconde toe, eukaryote twee tot vijf; meerdere [ribosomen](#def-b1-gene-expression-ribosome) lezen één boodschap tegelijk en vormen een *polysoom*.

![Eén ronde verlenging. Een geladen tRNA wordt in de A-plaats toegelaten wanneer zijn anticodon past; het ribosomale RNA verbindt de keten met zijn aminozuur; het ribosoom schuift één codon op, en het lege tRNA vertrekt. Twee GTP per residu, plus de twee energierijke bindingen die het laden van het tRNA kost.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/biology-3/b1-gene-expression/fig-30a2b3664b8a.svg)

*Eén ronde verlenging. Een geladen tRNA wordt in de A-plaats toegelaten wanneer zijn [anticodon](#def-b1-gene-expression-trna) past; het ribosomale [RNA](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/11-nucleotiden-en-nucleinezuren#def-b1-nucleic-acids-chain) verbindt de keten met zijn [aminozuur](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/12-aminozuren-en-eiwitten#def-b1-proteins-aminoacid); het [ribosoom](#def-b1-gene-expression-ribosome) schuift één [codon](#def-b1-gene-expression-code) op, en het lege tRNA vertrekt. Twee GTP per residu, plus de twee energierijke bindingen die het laden van het tRNA kost.*

![Polysomen onder de elektronenmicroscoop: ribosomen aaneengeregen langs een boodschapper, die elk hun eigen kopie van het eiwit maken.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/biology-3/b1-gene-expression/img-88785778b81b.jpg)

*Polysomen onder de [elektronenmicroscoop](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/5-de-cel-eenheid-van-het-leven#prop-b1-cell-unit-of-life-microscopes): [ribosomen](#def-b1-gene-expression-ribosome) aaneengeregen langs een boodschapper, die elk hun eigen kopie van het [eiwit](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/12-aminozuren-en-eiwitten#def-b1-proteins-peptide) maken.*

**Methode 19.10 (De synthese van een eiwit becijferen).**

1. Lengte: een [eiwit](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/12-aminozuren-en-eiwitten#def-b1-proteins-peptide) van $n$ residuen vraagt een coderende sequentie van $3n + 3$ [nucleotiden](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/11-nucleotiden-en-nucleinezuren#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) (het stopcodon meegerekend), binnen een boodschapper die langer is door haar niet-vertaalde uiteinden en, in het [gen](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/17-genomen-van-cellen-en-virussen#def-b1-genomes-gene) , door haar [intronen](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/17-genomen-van-cellen-en-virussen#def-b1-genomes-gene) .
2. Tijd: deel $n$ door de verlengingssnelheid ( $15\text{ to }20\,$ per seconde bij bacteriën, $2\text{ to }5\,$ bij eukaryoten); de boodschap wordt om de $80\text{ to }100\,$ [nucleotiden](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/11-nucleotiden-en-nucleinezuren#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) door een [ribosoom](#def-b1-gene-expression-ribosome) gelezen, zodat de opbrengst per boodschap één keten per (afstand / snelheid) seconden is.
3. Energie: vier energierijke fosfaatbindingen per residu (twee om het tRNA te laden, twee GTP op het [ribosoom](#def-b1-gene-expression-ribosome) ), plus de [transcriptie](#prop-b1-gene-expression-dogma) van de boodschap tegen twee per [nucleotide](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/11-nucleotiden-en-nucleinezuren#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) , verdeeld over alle ketens die die boodschap oplevert.
4. Trouw: ongeveer één verkeerd [aminozuur](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/12-aminozuren-en-eiwitten#def-b1-proteins-aminoacid) per $10^4$ [codons](#def-b1-gene-expression-code) ; een [eiwit](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/12-aminozuren-en-eiwitten#def-b1-proteins-peptide) van $500\,$ residuen is bij één kopie op twintig ergens fout — draaglijk omdat [eiwitten](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/12-aminozuren-en-eiwitten#def-b1-proteins-peptide) vervangbaar zijn en fouten niet worden geërfd.

## 19.5 Na de translatie

**Propositie 19.11 (Wat er met een nieuw polypeptide gebeurt).**

De keten vouwt zich terwijl zij tevoorschijn komt, geholpen door [chaperonnes](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/12-aminozuren-en-eiwitten#prop-b1-proteins-denaturation) ([Hoofdstuk 12](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/12-aminozuren-en-eiwitten#ch-b1-proteins)). Haar bestemming staat in haar sequentie geschreven: een *[signaalpeptide](#prop-b1-gene-expression-after)* aan het N-uiteinde bindt een *signaalherkenningsdeeltje* dat de [translatie](#prop-b1-gene-expression-dogma) stillegt, het [ribosoom](#def-b1-gene-expression-ribosome) aan het [endoplasmatisch reticulum](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/6-functionele-organisatie-van-de-eukaryote-cel#def-b1-eukaryotic-cell-endomembrane) koppelt en de keten het lumen ervan in schuift ([Hoofdstuk 6](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/6-functionele-organisatie-van-de-eukaryote-cel#ch-b1-eukaryotic-cell)); andere sequenties sturen [eiwitten](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/12-aminozuren-en-eiwitten#def-b1-proteins-peptide) na de synthese naar de [mitochondriën](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/6-functionele-organisatie-van-de-eukaryote-cel#def-b1-eukaryotic-cell-mitochondrion), de [chloroplasten](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/6-functionele-organisatie-van-de-eukaryote-cel#def-b1-eukaryotic-cell-plastid), de celkern of de [peroxisomen](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/6-functionele-organisatie-van-de-eukaryote-cel#def-b1-eukaryotic-cell-peroxisome); een [eiwit](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/12-aminozuren-en-eiwitten#def-b1-proteins-peptide) zonder signaal blijft in het [cytosol](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/6-functionele-organisatie-van-de-eukaryote-cel#def-b1-eukaryotic-cell-organelle). Veel [eiwitten](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/12-aminozuren-en-eiwitten#def-b1-proteins-peptide) worden *gewijzigd*: de eerste methionine wordt verwijderd, in het ER en het [golgi-apparaat](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/6-functionele-organisatie-van-de-eukaryote-cel#def-b1-eukaryotic-cell-endomembrane) komen er suikers bij, kinasen en fosfatasen voegen fosfaten toe en halen ze weg, er worden [lipiden](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/9-lipiden#def-b1-lipids-fattyacid) aangehecht, er worden stukken uitgeknipt (insuline wordt als één keten gemaakt en in tweeën geknipt; zymogenen worden geknipt om ze te activeren). En elk [eiwit](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/12-aminozuren-en-eiwitten#def-b1-proteins-peptide) wordt uiteindelijk *afgebroken*: gemerkt met het kleine [eiwit](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/12-aminozuren-en-eiwitten#def-b1-proteins-peptide) *ubiquitine* en door het *proteasoom* ontvouwen en verteerd, na een leven van minuten (regeleiwitten) tot maanden (hemoglobine) — zodat de aanwezige [eiwitten](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/12-aminozuren-en-eiwitten#def-b1-proteins-peptide) die zijn welke de [cel](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/5-de-cel-eenheid-van-het-leven#def-b1-cell-unit-of-life-cell) op dat moment maakt.

**Voorbeeld 19.12 (De getallen van een cel).**

Een groeiende *E. coli* bevat zo’n $20\,000$ [ribosomen](#def-b1-gene-expression-ribosome), die er elk twintig residuen per seconde bij zetten: $4 \times 10^{5}$ residuen per seconde, een miljoen [eiwitten](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/12-aminozuren-en-eiwitten#def-b1-proteins-peptide) van $300\,$ residuen in een uur — haar eigen inhoud, en dat is wat elk uur verdubbelen vraagt. De helft van haar energie gaat naar de eiwitsynthese. Een levercel bevat tien miljoen [ribosomen](#def-b1-gene-expression-ribosome) en maakt [eiwitten](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/12-aminozuren-en-eiwitten#def-b1-proteins-peptide) voor weken gebruik in plaats van voor een deling; een plasmacel, die antistof afscheidt, zet er vrijwel alle in voor één [eiwit](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/12-aminozuren-en-eiwitten#def-b1-proteins-peptide) en stort tweeduizend moleculen per seconde uit.

## 19.6 Opgaven

**Oefening 19.1 ★.**

Geef het [RNA](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/11-nucleotiden-en-nucleinezuren#def-b1-nucleic-acids-chain) dat van de matrijsstreng $3'$-TACGGATTC-$5'$ wordt overgeschreven, en de coderende streng.

**Oplossing van Oefening 19.1.**

[RNA](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/11-nucleotiden-en-nucleinezuren#def-b1-nucleic-acids-chain) $5'$-AUGCCUAAG-$3'$; coderende streng $5'$-ATGCCTAAG-$3'$.

**Oefening 19.2 ★.**

Noem de drie wijzigingen die een eukaryoot primair transcript ondergaat voordat het de celkern verlaat.

**Oplossing van Oefening 19.2.**

Een cap aan het $5'$-uiteinde (een gewijzigde guanine), een [poly-A-staart](#prop-b1-gene-expression-processing) aan het $3'$-uiteinde, en het verwijderen van de [intronen](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/17-genomen-van-cellen-en-virussen#def-b1-genomes-gene) door [splicing](#prop-b1-gene-expression-processing).

**Oefening 19.3 ★.**

Vertaal met de codetabel $5'$-AUGCCGAAAGUUUGA-$3'$.

**Oplossing van Oefening 19.3.**

AUG CCG AAA GUU UGA: Met-Pro-Lys-Val, daarna stop.

**Oefening 19.4 ★.**

Noem de drie tRNA-plaatsen van het [ribosoom](#def-b1-gene-expression-ribosome) en wat er in elk gebeurt.

**Oplossing van Oefening 19.4.**

A: het binnenkomende geladen tRNA wordt toegelaten en gecontroleerd. P: het tRNA dat de groeiende keten draagt; de binding ontstaat tussen zijn keten en het [aminozuur](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/12-aminozuren-en-eiwitten#def-b1-proteins-aminoacid) in de A-plaats. E: het geleegde tRNA op weg naar buiten.

**Oefening 19.5 ★★.**

Een boodschapper van $2400\,$ [nucleotiden](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/11-nucleotiden-en-nucleinezuren#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) heeft $150\,$ [nucleotiden](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/11-nucleotiden-en-nucleinezuren#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) niet-vertaald $5'$-gebied en $450\,$ niet-vertaald $3'$-gebied plus poly-A. Hoeveel residuen telt het [eiwit](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/12-aminozuren-en-eiwitten#def-b1-proteins-peptide)? Hoe lang doet één [ribosoom](#def-b1-gene-expression-ribosome) erover bij vier residuen per seconde, en hoeveel [ribosomen](#def-b1-gene-expression-ribosome) kunnen de boodschap tegelijk lezen bij één per $90\,$ [nucleotiden](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/11-nucleotiden-en-nucleinezuren#def-b1-nucleic-acids-nucleotide)?

**Oplossing van Oefening 19.5.**

Coderend $2400 - 600 = 1800$ [nucleotiden](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/11-nucleotiden-en-nucleinezuren#def-b1-nucleic-acids-nucleotide): 599 residuen (600 [codons](#def-b1-gene-expression-code), waarvan één een stop). Tijd $599/4 = 150\,\mathrm{s}$. [Ribosomen](#def-b1-gene-expression-ribosome) $1800/90 = 20$ tegelijk.

**Oefening 19.6 ★★.**

Leg uit waarom drie invoegingen het [leesraam](#def-b1-gene-expression-code) van een [gen](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/17-genomen-van-cellen-en-virussen#def-b1-genomes-gene) herstellen en één of twee niet, en hoe het [eiwit](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/12-aminozuren-en-eiwitten#def-b1-proteins-peptide) uit de drievoudige invoeging eruitziet.

**Oplossing van Oefening 19.6.**

De boodschap wordt vanaf een vast startpunt in drietallen gelezen; één of twee extra basen verschuiven elk [codon](#def-b1-gene-expression-code) erna en de rest van het [eiwit](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/12-aminozuren-en-eiwitten#def-b1-proteins-peptide) is onzin, meestal eindigend bij een voortijdige stop. Drie extra basen voegen één [codon](#def-b1-gene-expression-code) toe en herstellen het raam: het [eiwit](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/12-aminozuren-en-eiwitten#def-b1-proteins-peptide) heeft één residu extra en enkele verkeerde tussen de invoegingen, en werkt vaak nog.

**Oefening 19.7 ★★.**

Een mutatie verandert het [codon](#def-b1-gene-expression-code) CAG in UAG midden in een [gen](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/17-genomen-van-cellen-en-virussen#def-b1-genomes-gene) van $300\,$ [codons](#def-b1-gene-expression-code); een andere verandert CAG in CAA; een derde verandert het in CGG. Geef het effect van elk op het [eiwit](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/12-aminozuren-en-eiwitten#def-b1-proteins-peptide).

**Oplossing van Oefening 19.7.**

CAG (Gln) naar UAG (stop): de keten eindigt bij residu 150, een afgekapt en vrijwel zeker inactief [eiwit](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/12-aminozuren-en-eiwitten#def-b1-proteins-peptide) (nonsensmutatie). CAG naar CAA: nog steeds Gln, stil. CAG naar CGG: Arg in plaats van Gln, een vervanging (missense) waarvan het effect van de plaats afhangt.

**Oefening 19.8 ★★.**

Leg uit waarom de trouw van de [translatie](#prop-b1-gene-expression-dogma) op de [aminoacyl-tRNA-synthetasen](#def-b1-gene-expression-trna) berust en niet op het [ribosoom](#def-b1-gene-expression-ribosome), en beschrijf een proef die dat aantoonde (een cysteïne die aan haar tRNA vastzit wordt chemisch in alanine omgezet; waar komt het alanine terecht?).

**Oplossing van Oefening 19.8.**

Het [ribosoom](#def-b1-gene-expression-ribosome) controleert alleen de paring van [codon](#def-b1-gene-expression-code) en [anticodon](#def-b1-gene-expression-trna); het kan het [aminozuur](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/12-aminozuren-en-eiwitten#def-b1-proteins-aminoacid) niet zien. Wordt cysteïne op haar tRNA langs chemische weg in alanine omgezet, dan bouwt het [ribosoom](#def-b1-gene-expression-ribosome) alanine in overal waar de boodschap cysteïne zegt: het tRNA wordt gelezen, niet het [aminozuur](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/12-aminozuren-en-eiwitten#def-b1-proteins-aminoacid). Dus is het synthetase, dat elk [aminozuur](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/12-aminozuren-en-eiwitten#def-b1-proteins-aminoacid) met het juiste tRNA koppelt, de eigenlijke vertaler.

**Oefening 19.9 ★★.**

Bereken de energiekosten, in energierijke bindingen, van een [eiwit](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/12-aminozuren-en-eiwitten#def-b1-proteins-peptide) van $400\,$ residuen, en het deel daarvan dat op het [ribosoom](#def-b1-gene-expression-ribosome) wordt uitgegeven.

**Oplossing van Oefening 19.9.**

$400\times 4 = 1600$ bindingen; de twee GTP per residu van het [ribosoom](#def-b1-gene-expression-ribosome) zijn de helft, de twee van de synthetasen de andere helft.

**Oefening 19.10 ★★★.**

Bij bacteriën beginnen [ribosomen](#def-b1-gene-expression-ribosome) een boodschap te vertalen terwijl die nog wordt overgeschreven; bij eukaryoten kan dat niet. Leg uit waarom (twee redenen), en wat dit verschil bij eukaryoten mogelijk maakt.

**Oplossing van Oefening 19.10.**

Bij eukaryoten wordt het transcript in de celkern gemaakt en zitten de [ribosomen](#def-b1-gene-expression-ribosome) in het [cytosol](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/6-functionele-organisatie-van-de-eukaryote-cel#def-b1-eukaryotic-cell-organelle), gescheiden door de envelop; en het transcript is pas een boodschapper nadat het is gespliced en van een cap voorzien. Die scheiding maakt de bewerking zelf mogelijk — alternatieve [splicing](#prop-b1-gene-expression-processing), de sturing van de uitvoer, en een controle dat de boodschap volledig is voordat zij wordt gelezen.

**Oefening 19.11 ★★★.**

Een [gen](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/17-genomen-van-cellen-en-virussen#def-b1-genomes-gene) met vijf [exonen](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/17-genomen-van-cellen-en-virussen#def-b1-genomes-gene) kan zo worden gespliced dat [exon](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/17-genomen-van-cellen-en-virussen#def-b1-genomes-gene) 3 ($90\,$ [nucleotiden](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/11-nucleotiden-en-nucleinezuren#def-b1-nucleic-acids-nucleotide)) en [exon](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/17-genomen-van-cellen-en-virussen#def-b1-genomes-gene) 4 ($100\,$ [nucleotiden](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/11-nucleotiden-en-nucleinezuren#def-b1-nucleic-acids-nucleotide)) worden meegenomen of overgeslagen. Noem de mogelijke boodschappers en zeg welke het [leesraam](#def-b1-gene-expression-code) van [exon](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/17-genomen-van-cellen-en-virussen#def-b1-genomes-gene) 5 behouden. Wat laat dat zien over alternatieve [splicing](#prop-b1-gene-expression-processing)?

**Oplossing van Oefening 19.11.**

Vier boodschappers: met beide [exonen](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/17-genomen-van-cellen-en-virussen#def-b1-genomes-gene) (190 [nucleotiden](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/11-nucleotiden-en-nucleinezuren#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) erbij), met alleen 3 (90), met alleen 4 (100), met geen van beide (0). Het raam blijft behouden als de toegevoegde lengte een veelvoud van 3 is: 0 en 90 behouden het; 100 en 190 verschuiven het, zodat de boodschappers met alleen [exon](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/17-genomen-van-cellen-en-virussen#def-b1-genomes-gene) 4 of met beide [exonen](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/17-genomen-van-cellen-en-virussen#def-b1-genomes-gene) [exon](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/17-genomen-van-cellen-en-virussen#def-b1-genomes-gene) 5 buiten het raam lezen en het [eiwit](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/12-aminozuren-en-eiwitten#def-b1-proteins-peptide) afkappen. Alternatieve [splicing](#prop-b1-gene-expression-processing) moet het raam eerbiedigen, en juist daarom zijn [exonen](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/17-genomen-van-cellen-en-virussen#def-b1-genomes-gene) vaak een veelvoud van drie.

**Oefening 19.12 ★★★.**

“De code is een bevroren toeval: willekeurig, maar te duur om te veranderen.” Bespreek dat in een korte alinea: wat er in de code willekeurig lijkt, wat er geoptimaliseerd lijkt (de derde plaats, verwante [codons](#def-b1-gene-expression-code) voor verwante [aminozuren](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/12-aminozuren-en-eiwitten#def-b1-proteins-aminoacid)), en waarom een mutatie die de specificiteit van een synthetase verandert vrijwel altijd dodelijk is.

**Oplossing van Oefening 19.12.**

Willekeurig: niets in de chemie zegt dat UUU Phe moet betekenen; de toewijzingen zijn afspraken die door de synthetasen worden vastgehouden. Geoptimaliseerd: de derde plaats is het sterkst gedegenereerd, zodat de fouten en mutaties die daar vallen vaak stil zijn, en [codons](#def-b1-gene-expression-code) die in één base verschillen coderen doorgaans voor verwante [aminozuren](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/12-aminozuren-en-eiwitten#def-b1-proteins-aminoacid), zodat een vervanging vaak mild is — de code beperkt de schade van een fout. Bevroren: een synthetase dat zijn specificiteit zou veranderen, zou in hetzelfde ogenblik elk [eiwit](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/12-aminozuren-en-eiwitten#def-b1-proteins-peptide) van de [cel](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/5-de-cel-eenheid-van-het-leven#def-b1-cell-unit-of-life-cell) veranderen, duizenden tegelijk; vrijwel geen enkele [cel](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/5-de-cel-eenheid-van-het-leven#def-b1-cell-unit-of-life-cell) overleeft dat, zodat de code niet kan driften en sinds de gemeenschappelijke voorouder van alle levende wezens vastligt.

## 19.7 Vraagstuk: van een gen naar een eiwit

**Probleem 19.1.**

Weekendvraagstuk — een gen van dertig kilobasen gevolgd tot een eiwit van vijfhonderd residuen: de transcriptie geklokt, de splicing gewogen, de ribosomen geteld, de energie en de fouten becijferd, eindigend op de kosten van één eiwit in ATP

Een menselijk [gen](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/17-genomen-van-cellen-en-virussen#def-b1-genomes-gene) beslaat $30\,\mathrm{kb}$ met acht [exonen](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/17-genomen-van-cellen-en-virussen#def-b1-genomes-gene) die samen $2000\,$ [nucleotiden](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/11-nucleotiden-en-nucleinezuren#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) rijpe boodschapper vormen, waarvan er $1503\,$ coderen (500 residuen plus de stop). Polymerase II schrijft $30\,$ [nucleotiden](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/11-nucleotiden-en-nucleinezuren#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) per seconde over; [ribosomen](#def-b1-gene-expression-ribosome) verlengen met $4\,$ residuen per seconde en houden onderling één per $80\,$ [nucleotiden](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/11-nucleotiden-en-nucleinezuren#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) afstand; de halveringstijd van de boodschapper is $2\,\mathrm{h}$. Kosten: twee energierijke bindingen per overgeschreven [nucleotide](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/11-nucleotiden-en-nucleinezuren#def-b1-nucleic-acids-nucleotide), vier per vertaald residu; neem één energierijke binding als één [ATP](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/8-water-en-kleine-biomoleculen#def-b1-water-small-molecules-atp). Foutfrequenties: $10^{-5}$ per overgeschreven [nucleotide](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/11-nucleotiden-en-nucleinezuren#def-b1-nucleic-acids-nucleotide), $10^{-4}$ per vertaald [codon](#def-b1-gene-expression-code).

**Deel I — [Transcriptie](#prop-b1-gene-expression-dogma) en [splicing](#prop-b1-gene-expression-processing).**

1. Hoe lang doet één polymerase erover om het [gen](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/17-genomen-van-cellen-en-virussen#def-b1-genomes-gene) over te schrijven?
2. Welk deel van het primaire transcript wordt er door de [splicing](#prop-b1-gene-expression-processing) verwijderd?
3. Hoeveel [nucleotiden](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/11-nucleotiden-en-nucleinezuren#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) worden er overgeschreven per [nucleotide](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/11-nucleotiden-en-nucleinezuren#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) rijpe boodschapper?
4. Bereken het [ATP](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/8-water-en-kleine-biomoleculen#def-b1-water-small-molecules-atp) dat aan het overschrijven van één primair transcript wordt besteed.
5. Als er elke $10\,\mathrm{s}$ een polymerase begint, hoeveel polymerasen zitten er dan tegelijk op het [gen](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/17-genomen-van-cellen-en-virussen#def-b1-genomes-gene) , en hoeveel boodschappers levert het [gen](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/17-genomen-van-cellen-en-virussen#def-b1-genomes-gene) per uur op?
6. Bereken het aantal [intronen](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/17-genomen-van-cellen-en-virussen#def-b1-genomes-gene) en hun gemiddelde lengte.
7. Het spliceosoom verwijdert elk [intron](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/17-genomen-van-cellen-en-virussen#def-b1-genomes-gene) in ongeveer een minuut, parallel. Bepaalt de [splicing](#prop-b1-gene-expression-processing) of de [transcriptie](#prop-b1-gene-expression-dogma) de tijd van [gen](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/17-genomen-van-cellen-en-virussen#def-b1-genomes-gene) tot boodschapper?
8. Bereken de fysieke lengte van het [gen](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/17-genomen-van-cellen-en-virussen#def-b1-genomes-gene) en van de rijpe boodschapper ( $0.34\,\mathrm{nm}$ per [nucleotide](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/11-nucleotiden-en-nucleinezuren#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) ).

**Deel II — [Translatie](#prop-b1-gene-expression-dogma).**

9. Hoe lang doet één [ribosoom](#def-b1-gene-expression-ribosome) erover om het [eiwit](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/12-aminozuren-en-eiwitten#def-b1-proteins-peptide) te vertalen?
10. Hoeveel [ribosomen](#def-b1-gene-expression-ribosome) lezen één boodschapper tegelijk?
11. Hoeveel eiwitmoleculen levert één boodschapper per uur op?
12. Hoeveel levert zij er over haar halveringstijd van $2\,\mathrm{h}$ in totaal op (een boodschap met halveringstijd $t_{1/2}$ levert gemiddeld $t_{1/2}/\ln 2$ uur volle productie)?
13. Bereken het [ATP](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/8-water-en-kleine-biomoleculen#def-b1-water-small-molecules-atp) dat aan het vertalen van één [eiwit](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/12-aminozuren-en-eiwitten#def-b1-proteins-peptide) wordt besteed.
14. Bereken het [ATP](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/8-water-en-kleine-biomoleculen#def-b1-water-small-molecules-atp) dat per [eiwit](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/12-aminozuren-en-eiwitten#def-b1-proteins-peptide) aan de [transcriptie](#prop-b1-gene-expression-dogma) wordt besteed, door de kosten van het transcript over de [eiwitten](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/12-aminozuren-en-eiwitten#def-b1-proteins-peptide) uit vraag 12 te verdelen.
15. Bereken de totale kosten van één [eiwit](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/12-aminozuren-en-eiwitten#def-b1-proteins-peptide) en het deel dat aan de [translatie](#prop-b1-gene-expression-dogma) is toe te schrijven.

**Deel III — Fouten.**

16. Bereken de kans dat een bepaalde boodschapper ten minste één transcriptiefout draagt in haar $1503\,$ coderende [nucleotiden](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/11-nucleotiden-en-nucleinezuren#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) .
17. Bereken de kans dat een bepaald eiwitmolecuul ten minste één translatiefout draagt.
18. Ongeveer een kwart van de veranderingen van een [nucleotide](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/11-nucleotiden-en-nucleinezuren#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) is stil en een derde van de vervangingen van een [aminozuur](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/12-aminozuren-en-eiwitten#def-b1-proteins-aminoacid) is onschadelijk. Welk deel van de gemaakte eiwitmoleculen is defect?
19. Een defecte boodschapper levert twee uur lang defecte [eiwitten](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/12-aminozuren-en-eiwitten#def-b1-proteins-peptide) op; een defect [eiwit](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/12-aminozuren-en-eiwitten#def-b1-proteins-peptide) is één molecuul. Leg uit waarom de [cel](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/5-de-cel-eenheid-van-het-leven#def-b1-cell-unit-of-life-cell) zich een translatiefoutfrequentie kan veroorloven die tien keer die van de [transcriptie](#prop-b1-gene-expression-dogma) is, en beide ver boven die van de replicatie.

**Deel IV — De begroting van de [cel](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/5-de-cel-eenheid-van-het-leven#def-b1-cell-unit-of-life-cell).** De [cel](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/5-de-cel-eenheid-van-het-leven#def-b1-cell-unit-of-life-cell) maakt per uur $3000$ kopieën van dit [eiwit](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/12-aminozuren-en-eiwitten#def-b1-proteins-peptide), en in totaal $3 \times 10^{9}$ residuen [eiwit](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/12-aminozuren-en-eiwitten#def-b1-proteins-peptide) per dag.

20. Hoeveel boodschappers van dit [gen](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/17-genomen-van-cellen-en-virussen#def-b1-genomes-gene) moeten er tegelijk aanwezig zijn (elk met de opbrengst uit vraag 11)?
21. Hoeveel [ribosomen](#def-b1-gene-expression-ribosome) zijn er met dit [eiwit](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/12-aminozuren-en-eiwitten#def-b1-proteins-peptide) bezig?
22. Bereken het [ATP](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/8-water-en-kleine-biomoleculen#def-b1-water-small-molecules-atp) dat de [cel](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/5-de-cel-eenheid-van-het-leven#def-b1-cell-unit-of-life-cell) per dag aan al haar eiwitsynthese besteedt (vier per residu) en, bij $50\,\mathrm{kJ}/\mathrm{mol}$ , het vermogen in watt voor een [cel](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/5-de-cel-eenheid-van-het-leven#def-b1-cell-unit-of-life-cell) van $2000\,\text{µ}\mathrm{m}^{3}$ .
23. Vergelijk dat met het totale vermogen van de [cel](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/5-de-cel-eenheid-van-het-leven#def-b1-cell-unit-of-life-cell) als zij $1 \times 10^{9}\,$ [ATP](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/8-water-en-kleine-biomoleculen#def-b1-water-small-molecules-atp) per seconde verbruikt.
24. Een geneesmiddel blokkeert het spliceosoom. Voorspel het effect ervan op dit [eiwit](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/12-aminozuren-en-eiwitten#def-b1-proteins-peptide) en op een bacterieel [eiwit](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/12-aminozuren-en-eiwitten#def-b1-proteins-peptide) .
25. Geef het resultaat: de ATP-kosten van één molecuul van het [eiwit](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/12-aminozuren-en-eiwitten#def-b1-proteins-peptide) , verdeeld over [translatie](#prop-b1-gene-expression-dogma) en [transcriptie](#prop-b1-gene-expression-dogma) , en de tijd van het begin van de [transcriptie](#prop-b1-gene-expression-dogma) tot het eerste voltooide [eiwit](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/12-aminozuren-en-eiwitten#def-b1-proteins-peptide) .

**Oplossing van Probleem 19.1.**

**1.** $30\,000/30 = 1000\,\mathrm{s}$, ongeveer $17\,\mathrm{min}$. **2.** $28\,000/30\,000 = 93\,\%$. **3.** $30\,000/2000 = 15$. **4.** $2\times 30\,000 = 60\,000$ [ATP](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/8-water-en-kleine-biomoleculen#def-b1-water-small-molecules-atp). **5.** $1000/10 = 100$ polymerasen op het [gen](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/17-genomen-van-cellen-en-virussen#def-b1-genomes-gene); 360 boodschappers per uur. **6.** Zeven [intronen](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/17-genomen-van-cellen-en-virussen#def-b1-genomes-gene), gemiddeld $28\,000/7 = 4000\,$ [nucleotiden](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/11-nucleotiden-en-nucleinezuren#def-b1-nucleic-acids-nucleotide). **7.** De [transcriptie](#prop-b1-gene-expression-dogma) ($17\,\mathrm{min}$); de [intronen](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/17-genomen-van-cellen-en-virussen#def-b1-genomes-gene) worden gespliced zodra zij zijn gemaakt, en het laatste voegt maar een minuut toe. **8.** [Gen](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/17-genomen-van-cellen-en-virussen#def-b1-genomes-gene) $30\,000\times 0.34\,\mathrm{nm} = 10\,\text{µ}\mathrm{m}$; boodschapper $0.68\,\text{µ}\mathrm{m}$. **9.** $500/4 = 125\,\mathrm{s}$. **10.** $2000/80 = 25$. **11.** Er komt elke $80/4 = 20\,\mathrm{s}$ een keten gereed: 180 per uur. **12.** $2/\ln 2 = 2.9\,\mathrm{h}$ volle productie: ongeveer 520 [eiwitten](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/12-aminozuren-en-eiwitten#def-b1-proteins-peptide). **13.** $4\times 500 = 2000$ [ATP](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/8-water-en-kleine-biomoleculen#def-b1-water-small-molecules-atp). **14.** $60\,000/520 = 115$ [ATP](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/8-water-en-kleine-biomoleculen#def-b1-water-small-molecules-atp) per [eiwit](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/12-aminozuren-en-eiwitten#def-b1-proteins-peptide). **15.** Ongeveer 2100 [ATP](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/8-water-en-kleine-biomoleculen#def-b1-water-small-molecules-atp), waarvan $95\,\%$ in de [translatie](#prop-b1-gene-expression-dogma). **16.** $1 - (1 - 10^{-5})^{1503} \approx 1503\times 10^{-5} =
1.5\,\%$. **17.** $1 - (1 - 10^{-4})^{500} \approx 5\,\%$. **18.** [Transcriptie](#prop-b1-gene-expression-dogma): $1.5\%\times 0.75\times 0.67 \approx
0.75\%$ van de boodschappers is defect, en dus ook van de [eiwitten](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/12-aminozuren-en-eiwitten#def-b1-proteins-peptide); [translatie](#prop-b1-gene-expression-dogma): $5\%\times 0.67 = 3.3\%$; samen ongeveer $4\,\%$ van de moleculen. **19.** Een fout in een [eiwit](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/12-aminozuren-en-eiwitten#def-b1-proteins-peptide) blijft beperkt tot één molecuul, dat spoedig wordt afgebroken; een fout in een boodschapper wordt in honderden [eiwitten](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/12-aminozuren-en-eiwitten#def-b1-proteins-peptide) gekopieerd; een fout in de replicatie wordt door elke nakomeling voorgoed geërfd. De kosten van een fout, en daarmee de nauwkeurigheid die de moeite waard is, stijgen bij elke stap terug. **20.** $3000/180 = 17$ boodschappers aanwezig. **21.** $17\times 25 = 420$ [ribosomen](#def-b1-gene-expression-ribosome). **22.** $3 \times 10^{9}\times 4 = 1.2 \times 10^{10}$ [ATP](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/8-water-en-kleine-biomoleculen#def-b1-water-small-molecules-atp) per dag $= 2 \times 10^{-14}\,\mathrm{mol}$, $1 \times 10^{-9}\,\mathrm{J}$ per dag, oftewel $1.2 \times 10^{-14}\,\mathrm{W}$ — $6\,\mathrm{fW}$ per kubieke micrometer. **23.** $10^9$ [ATP](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/8-water-en-kleine-biomoleculen#def-b1-water-small-molecules-atp) per seconde is $8.6 \times 10^{13}$ per dag: de eiwitsynthese is daar een honderdste van in deze traag vernieuwende [cel](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/5-de-cel-eenheid-van-het-leven#def-b1-cell-unit-of-life-cell) (in een delende bacterie de helft). **24.** Geen rijpe boodschapper: de primaire transcripten hopen zich in de celkern op en het [eiwit](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/12-aminozuren-en-eiwitten#def-b1-proteins-peptide) verdwijnt binnen enkele uren naarmate zijn boodschappers vervallen. Het bacteriële [eiwit](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/12-aminozuren-en-eiwitten#def-b1-proteins-peptide), waarvan het [gen](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/17-genomen-van-cellen-en-virussen#def-b1-genomes-gene) geen [intronen](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/17-genomen-van-cellen-en-virussen#def-b1-genomes-gene) heeft, blijft onaangetast. **25.** Ongeveer 2100 [ATP](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/8-water-en-kleine-biomoleculen#def-b1-water-small-molecules-atp) per molecuul — 2000 voor de [translatie](#prop-b1-gene-expression-dogma), honderd voor zijn aandeel in het transcript; het eerste [eiwit](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/12-aminozuren-en-eiwitten#def-b1-proteins-peptide) na $1000\,\mathrm{s}$ [transcriptie](#prop-b1-gene-expression-dogma), een minuut bewerking en uitvoer, en $125\,\mathrm{s}$ [translatie](#prop-b1-gene-expression-dogma): ongeveer twintig minuten.