4.1 De bouw en functie van DNA
DNA bepaalt functie van een cel en levert instructies waarmee ribosomen in de cel
verschillende soorten eiwitten (proteïnen) kunnen synthetiseren.
Bouw van eiwit bepaalt eigenschappen en functie van eiwit
Genoom: het geheel aan erfelijke informatie in een cel van een organisme
- Alle cellen van organisme: zelfde genoom
- Bij eukaryoten: kernDNA, mtDNA (DNA in mitochondriën) en DNA in chloroplasten
o Mitochondriën & chloroplasten functioneren onafhankelijk van de rest van de cel en
gebruiken info die al vastligt in eigen DNA
- Bij prokaryoten: al het DNA los in cytoplasma van de cel
o Circulair DNA-molecuul
o Sommigen bevatten plasmiden: korte stukjes circulair DNA
DNA: nucleïnezuur, wat bestaat uit 2 nucleotideketens
- Nucleotide: desoxyribose, fosfaatgroep en stikstofbase
o Stikstofbase: adenine (A), cytosine (C), guanine (G) en thymine (T)
Uiteinden van enkelstrengs DNA-molecuul is verschillend: (Van 3’ naar 5’ afgelezen en
gekopieerd)
- 3’-uiteinde: aan uiteinde bevindt zich een OH-groep
- 5’-uiteinde: aan de uiteinde bevindt zich een fosfaatgroep
Door basenparing kunnen 2 DNA-nucleotideketens met elkaar verbinden; vaste stikstofbasen:
AT en CG
- Door vaste basenparing zijn 2 nucleotideketens van DNA-molecuul complementair
- Basenparing door waterstofbruggen
In dubbelstrengs DNA-molecuul: ketens een helixstructuur (van 3’ → 5’ & van 5’ → 3’)
Bij eukaryoten bestaat elk chromosoom uit enkel, lang dubbelstrengs DNA-molecuul
- Het is eerst rond histonen (een aantal eiwitten) gewikkeld
- Histonen + eromheen gewikkelde DNA: nucleosoom
o DNA tussen 2 opvolgende nucleosomen: koppelings-DNA
Sequentie: volgorde waarin nucleotiden in een DNA-molecuul zijn gerangschikt
Coderend DNA: deel van DNA-molecuul (gen) dat de code (DNA-sequentie) bevat waarmee
ribosomen 1 of meer eiwitten kunnen synthetiseren
- Gen: deel van DNA-molecuul dat DNA-sequentie bevat → hiermee synthetiseert ribosomen
1 of meer eiwitten
Niet-coderend DNA/junk-DNA: DNA wat niet codeert voor eiwitten. Een deel:
- Codeert voor andere moleculen die een regulerende functie hebben bij synthese van
eiwitten
- Hebben een zelfregulerende functie bij eiwitsynthese
- Bestaat uit: repetitief DNA: herhalingen van korte nucleotidesequenties.
- Genen die hun functie hebben verloren
4.2 DNA-replicatie
DNA-replicatie (kopiëren van DNA) vindt plaats tijdens S-fase van celcyclus. (afb 14)
1. DNA-replicatie begint bij replicatiestartpunten.
Helicase (enzym) verbreekt H-bruggen tussen 2 basenparen → helixstructuur verdwijnt en
2 strengen van DNA-molecuul uit elkaar gaan. Er ontstaat een replicatiebel.
Eukaryoten: meerdere replicatiestartpunten. Prokaryoten: één replicatiestartpunt
2. Speciale eiwitten binden zich aan de strengen → vrijgekomen basen in replicatiebel
kunnen niet opnieuw H-bruggen met vrijgekomen basen in een andere streng
3. Replicatie begint met primer: kort stukje van nucleïnezuur RNA dat wordt gesynthetiseerd
door enzym primase.
4. Vanaf de primer kan DNA-polymerase (enzym) langs de enkelstrengs ketens schuiven en
dATP, dTTP, dGTP, dCTP uit kernplasma binden aan vrijgekomen stikstofbasen. Hiervoor
, wordt de vrijgekomen energie door het afsplitsen van 2 fosfaatgroepen (TP) gebruikt. Er
ontstaan 2 dubbelstrengs DNA-moleculen uit oude en nieuwe keten.
5. Afleesrichting van DNA-polymerase: 3’ – 5’ → nieuwe streng gesynthetiseerd van 5’ – 3’.
DNA-polymerase-enzymen bewegen in tegengestelde richting langs beide
nucleotideketens om nieuwe keten te synthetiseren.
Aan elke originele nucleotideketen ontstaat een nieuwe complementaire nucleotideketen
Replicatie langs 1 van de strengen in replicatiebel vindt in 2 richtingen plaats.
1. Leidende streng synthetiseren DNA-polymerase volgt vanaf replicatiestartpunt het uit
elkaar gaan van ketens
2. Volgende streng vormen DNA-polymerase synthetiseert korte stukjes DNA (Okazaki-
fragmenten) vanaf primer. RNA-primers vervangen door DNA-nucleotiden. DNA-ligase
(enzym) koppelt Okazaki-fragmenten aan elkaar.
Het DNA neemt een helixstructuur aan bij nieuwe nucleotiden die langs oude keten zijn
gevormd.
Chromosoom: 2 chromatiden.
- Bij centromeer: chromatiden bij elkaar gehouden door H-bruggen
- Tijdens mitose: chromatiden uit elkaar en worden een chromosoom in dochtercel Elk
DNA-molecuul: oude en nieuwe keten (afb 15)
DNA-molecuul wordt bij elke celdeling korter, doordat:
RNA-primer, die aan het uiteinde van de DNA-streng bindt, wordt verwijderd. Er is dus geen
3’-uiteinde meer, waaraan nucleotiden zich kunnen binden. Hierdoor kan DNA-polymerase het
uiteinde van de volgende streng niet repliceren. Het DNA van de oude streng wordt door een
enzym verwijderd.
Telomeren: niet-coderend, repetitief DNA aan het uiteinden van chromosomen dat is
ingekapseld in beschermende eiwitten en moet voorkomen dat de genen in het DNA worden
beschadigd. (mensen, afb 16)
- Bij elke celdeling wordt 1 telomeer korter. Na 50 celdelingen, kan cel zich niet meer delen
en ondergaat apoptose.
- Lengte van telomeren en de snelheid waarmee ze korter worden is bepalend voor de
snelheid van de veroudering van een organisme en de levensduur van de cellen van een
organisme.
PCR (Polymerase Chain Reaction, afb 19): het kopiëren van één of meer specifieke gedeelten
uit DNA in PCR-machine
- Korte stukjes in laboratorium gemaakte DNA van 20-30 nucleotiden worden gebruikt als
primers. Ze zijn aanvullend aan een deel van het DNA dat onderzoekers door PCR wil
vermenigvuldigen
- Benodigdheden PCR: 2 primers, DNA-polymerase en DNA-nucleotiden
1. In PCR-machine wordt DNA verhit tot 95 °C. Er vindt denaturatie plaats: 2 strengen van
DNA gaan uit elkaar
2. Temperatuur wordt verlaagd tot 65 °C. Primers hechten zich aan 2 enkelvoudige DNA-
strengen
- De een past op het begin van het te kopiëren stuk DNA van de ene streng
- De ander past op het begin van het te kopiëren stuk DNA van de andere strengt
3. Temperatuur wordt verhoogd tot 72 °C. DNA-polymerase gaat vanaf de primer op het 3’-
uiteinde de keten verlengen door nieuwe nucleotiden eraan vast te plakken. Er ontstaan 2
dubbele DNA-strengen.
4. Dit wordt herhaald totdat er voldoende DNA is voor verder onderzoek.
Sequensen: het bepalen van de nucleotidevolgorde (afb 21)
1. DNA miljoenen malen kopiëren d.m.v. PCR
2. Scheid de stukjes dubbelstrengs DNA (je gebruikt alleen de leidende strengen)
Methode voor sequencing: speciale PCR-reactie gevolgd door gelelektroforese
Hiervoor zijn didesoxynucleotiden (ddA, ddC, ddG en ddT) nodig. Dit zijn moleculen die op
nucleotiden lijken, maar geen OH-groep hebben aan het 3’-uiteinden. Hierdoor stopt DNA-
replicatie, na inbouwing van didesoxynucleotiden.
DNA bepaalt functie van een cel en levert instructies waarmee ribosomen in de cel
verschillende soorten eiwitten (proteïnen) kunnen synthetiseren.
Bouw van eiwit bepaalt eigenschappen en functie van eiwit
Genoom: het geheel aan erfelijke informatie in een cel van een organisme
- Alle cellen van organisme: zelfde genoom
- Bij eukaryoten: kernDNA, mtDNA (DNA in mitochondriën) en DNA in chloroplasten
o Mitochondriën & chloroplasten functioneren onafhankelijk van de rest van de cel en
gebruiken info die al vastligt in eigen DNA
- Bij prokaryoten: al het DNA los in cytoplasma van de cel
o Circulair DNA-molecuul
o Sommigen bevatten plasmiden: korte stukjes circulair DNA
DNA: nucleïnezuur, wat bestaat uit 2 nucleotideketens
- Nucleotide: desoxyribose, fosfaatgroep en stikstofbase
o Stikstofbase: adenine (A), cytosine (C), guanine (G) en thymine (T)
Uiteinden van enkelstrengs DNA-molecuul is verschillend: (Van 3’ naar 5’ afgelezen en
gekopieerd)
- 3’-uiteinde: aan uiteinde bevindt zich een OH-groep
- 5’-uiteinde: aan de uiteinde bevindt zich een fosfaatgroep
Door basenparing kunnen 2 DNA-nucleotideketens met elkaar verbinden; vaste stikstofbasen:
AT en CG
- Door vaste basenparing zijn 2 nucleotideketens van DNA-molecuul complementair
- Basenparing door waterstofbruggen
In dubbelstrengs DNA-molecuul: ketens een helixstructuur (van 3’ → 5’ & van 5’ → 3’)
Bij eukaryoten bestaat elk chromosoom uit enkel, lang dubbelstrengs DNA-molecuul
- Het is eerst rond histonen (een aantal eiwitten) gewikkeld
- Histonen + eromheen gewikkelde DNA: nucleosoom
o DNA tussen 2 opvolgende nucleosomen: koppelings-DNA
Sequentie: volgorde waarin nucleotiden in een DNA-molecuul zijn gerangschikt
Coderend DNA: deel van DNA-molecuul (gen) dat de code (DNA-sequentie) bevat waarmee
ribosomen 1 of meer eiwitten kunnen synthetiseren
- Gen: deel van DNA-molecuul dat DNA-sequentie bevat → hiermee synthetiseert ribosomen
1 of meer eiwitten
Niet-coderend DNA/junk-DNA: DNA wat niet codeert voor eiwitten. Een deel:
- Codeert voor andere moleculen die een regulerende functie hebben bij synthese van
eiwitten
- Hebben een zelfregulerende functie bij eiwitsynthese
- Bestaat uit: repetitief DNA: herhalingen van korte nucleotidesequenties.
- Genen die hun functie hebben verloren
4.2 DNA-replicatie
DNA-replicatie (kopiëren van DNA) vindt plaats tijdens S-fase van celcyclus. (afb 14)
1. DNA-replicatie begint bij replicatiestartpunten.
Helicase (enzym) verbreekt H-bruggen tussen 2 basenparen → helixstructuur verdwijnt en
2 strengen van DNA-molecuul uit elkaar gaan. Er ontstaat een replicatiebel.
Eukaryoten: meerdere replicatiestartpunten. Prokaryoten: één replicatiestartpunt
2. Speciale eiwitten binden zich aan de strengen → vrijgekomen basen in replicatiebel
kunnen niet opnieuw H-bruggen met vrijgekomen basen in een andere streng
3. Replicatie begint met primer: kort stukje van nucleïnezuur RNA dat wordt gesynthetiseerd
door enzym primase.
4. Vanaf de primer kan DNA-polymerase (enzym) langs de enkelstrengs ketens schuiven en
dATP, dTTP, dGTP, dCTP uit kernplasma binden aan vrijgekomen stikstofbasen. Hiervoor
, wordt de vrijgekomen energie door het afsplitsen van 2 fosfaatgroepen (TP) gebruikt. Er
ontstaan 2 dubbelstrengs DNA-moleculen uit oude en nieuwe keten.
5. Afleesrichting van DNA-polymerase: 3’ – 5’ → nieuwe streng gesynthetiseerd van 5’ – 3’.
DNA-polymerase-enzymen bewegen in tegengestelde richting langs beide
nucleotideketens om nieuwe keten te synthetiseren.
Aan elke originele nucleotideketen ontstaat een nieuwe complementaire nucleotideketen
Replicatie langs 1 van de strengen in replicatiebel vindt in 2 richtingen plaats.
1. Leidende streng synthetiseren DNA-polymerase volgt vanaf replicatiestartpunt het uit
elkaar gaan van ketens
2. Volgende streng vormen DNA-polymerase synthetiseert korte stukjes DNA (Okazaki-
fragmenten) vanaf primer. RNA-primers vervangen door DNA-nucleotiden. DNA-ligase
(enzym) koppelt Okazaki-fragmenten aan elkaar.
Het DNA neemt een helixstructuur aan bij nieuwe nucleotiden die langs oude keten zijn
gevormd.
Chromosoom: 2 chromatiden.
- Bij centromeer: chromatiden bij elkaar gehouden door H-bruggen
- Tijdens mitose: chromatiden uit elkaar en worden een chromosoom in dochtercel Elk
DNA-molecuul: oude en nieuwe keten (afb 15)
DNA-molecuul wordt bij elke celdeling korter, doordat:
RNA-primer, die aan het uiteinde van de DNA-streng bindt, wordt verwijderd. Er is dus geen
3’-uiteinde meer, waaraan nucleotiden zich kunnen binden. Hierdoor kan DNA-polymerase het
uiteinde van de volgende streng niet repliceren. Het DNA van de oude streng wordt door een
enzym verwijderd.
Telomeren: niet-coderend, repetitief DNA aan het uiteinden van chromosomen dat is
ingekapseld in beschermende eiwitten en moet voorkomen dat de genen in het DNA worden
beschadigd. (mensen, afb 16)
- Bij elke celdeling wordt 1 telomeer korter. Na 50 celdelingen, kan cel zich niet meer delen
en ondergaat apoptose.
- Lengte van telomeren en de snelheid waarmee ze korter worden is bepalend voor de
snelheid van de veroudering van een organisme en de levensduur van de cellen van een
organisme.
PCR (Polymerase Chain Reaction, afb 19): het kopiëren van één of meer specifieke gedeelten
uit DNA in PCR-machine
- Korte stukjes in laboratorium gemaakte DNA van 20-30 nucleotiden worden gebruikt als
primers. Ze zijn aanvullend aan een deel van het DNA dat onderzoekers door PCR wil
vermenigvuldigen
- Benodigdheden PCR: 2 primers, DNA-polymerase en DNA-nucleotiden
1. In PCR-machine wordt DNA verhit tot 95 °C. Er vindt denaturatie plaats: 2 strengen van
DNA gaan uit elkaar
2. Temperatuur wordt verlaagd tot 65 °C. Primers hechten zich aan 2 enkelvoudige DNA-
strengen
- De een past op het begin van het te kopiëren stuk DNA van de ene streng
- De ander past op het begin van het te kopiëren stuk DNA van de andere strengt
3. Temperatuur wordt verhoogd tot 72 °C. DNA-polymerase gaat vanaf de primer op het 3’-
uiteinde de keten verlengen door nieuwe nucleotiden eraan vast te plakken. Er ontstaan 2
dubbele DNA-strengen.
4. Dit wordt herhaald totdat er voldoende DNA is voor verder onderzoek.
Sequensen: het bepalen van de nucleotidevolgorde (afb 21)
1. DNA miljoenen malen kopiëren d.m.v. PCR
2. Scheid de stukjes dubbelstrengs DNA (je gebruikt alleen de leidende strengen)
Methode voor sequencing: speciale PCR-reactie gevolgd door gelelektroforese
Hiervoor zijn didesoxynucleotiden (ddA, ddC, ddG en ddT) nodig. Dit zijn moleculen die op
nucleotiden lijken, maar geen OH-groep hebben aan het 3’-uiteinden. Hierdoor stopt DNA-
replicatie, na inbouwing van didesoxynucleotiden.
