Hoofdstuk 13 – ORGANISATIE & ARCHITECTUUR van DNA in de CEL
1. De lokalisatie van genetisch materiaal in de cel
a. Prokaryoten bevatten één enkel cirkelvormig chromosoom...
Prokaryotische cellen: cytoplasma omgeven door cytoplasmamembraan en celwand
Cytoplasma heeft een korrelig uiterlijk (ribosomen)
Prokaryoten bevatten 1 enkel, cirkelvormig, membraangebonden chromosoom
o Ligt in de nucleaire zone van de cel, maar heeft geen omringend
membraan = nucleoïde
b. ... en extracromosomale DNA-moleculen die plasmiden worden
genoemd
Prokaryoten bevatten kleine, extracromosomale, cirkelvormige DNA-moleculen =
plasmiden
o Niet essentieel om te overleven
o Kunnen concurrentievoordelen opleveren omdat ze genen bevatten die
coderen voor virulentiefactoren, factoren voor antibioticaresistentie, …
Ontdekking van plasmiden recombinant-DNA-technologie zijn onmisbare
hulpmiddelen in de biotechnologie
c. Eukaryoten sluiten hun DNA op in afzonderlijke organellen
• Eukaryote cellen: cytoplasma omgeven door cytoplasmatisch membraan
(+celwand, afh vd soort)
• Compartimenteren cytoplasma dmv organellen: endoplasmatisch reticulum,
lysosomen, Golgi-apparaat, mitochondriën en kern
• Mitochondriën bevatten cirkelvormig DNA (overblijfsel van endosymbiose)
Kern is omgeven door kernmembraan en bevat kernporiën
• Kern bevat chromatine (het complex van DNA en eiwitten waaruit de eukaryote
chromosomen bestaan)
• Chromosomen hebben voorkeurslocatie binnen de kern (chromosomengebieden)
• Chromosomen met meer heterochromatine (geen transcriptie) bevinden zich
meestal aan de periferie van de kern
• Chromosomen met meer euchromatine (wel transpcriptie) bevinden zich meestal
in het midden van de kern
• De nucleolus = suborganel binnen de celkern waar ribosomen worden
samengesteld
1
, d. Genoomsequenties zijn lang en vereisen uitgebreide verpakking
2. DNA-supercoiling
a. DNA-supercoiling is een effectieve manier om DNA-compactie te
bereiken
Supercoiling verklaard dmv experiment met plasmiden
• Zuivering van een enkel plasmide uit een bacteriële cel
• Na zuivering is het plasmide vrij van eiwitten en andere cellulaire componenten
• Visualisatie van het plasmide via elektronenmicroscopie en agarose-
gelelektroforese
Conclusie:
Hetzelfde DNA-molecuul neemt verschillende vormen aan (topoisomeren)
Een supercoiled DNA-molecuul is compacter dan zijn ontspannen vorm
Supercoiling is een intrinsieke eigenschap van een DNA-molecuul (topologie)
Het grootste deel van het DNA komt in een supergekrulde toestand voor in de cel
Topologie = studie vd geometrische eigenschappen van een object die niet veranderen
onder continue vervormingen (conformationele veranderingen)
DNA-topologie
Continue vervormingen: conformationele veranderingen als gevolg
van thermische beweging of als gevolg van interactie met eiwitten
of andere moleculen
Discontinue vervormingen: conformationele veranderingen waarbij
DNA-strengbreuken optreden
Supercoiling = de topologische toestand van covalent gesloten cirkelvormig
dubbelhelix-DNA waarin de dubbelhelix om zichzelf is gedraaid
Ontspannen DNA = elk DNA dat bestaat in zijn meest stabiele, onbelaste
structuur, doorgaans de B-vorm onder de meeste cellulaire
omstandigheden
Voorbeeld:
Ontspannen plasmide van 263 bp
• Koppelingsgetal (Lk) = het aantal keren dat 1 gesloten cirkelvormige
DNA-streng om een andere is gewikkeld wanneer de as van de DNA-
dubbele helix in een vlak ligt
• Het koppelingsgetal is de som van de draaiing en de kronkeling
Lk = Tw + Wr
• Twist (Tw) = het aantal volledige omwentelingen dat 1 streng van een covalent
gesloten cirkelvormig dubbele helix-DNA maakt rond de duplexas
• Writhe (Wr) = het aantal draaiingen dat de duplexas van een covalent gesloten
cirkelvormig dubbel helix-DNA maakt rond de superhelixas
2
1. De lokalisatie van genetisch materiaal in de cel
a. Prokaryoten bevatten één enkel cirkelvormig chromosoom...
Prokaryotische cellen: cytoplasma omgeven door cytoplasmamembraan en celwand
Cytoplasma heeft een korrelig uiterlijk (ribosomen)
Prokaryoten bevatten 1 enkel, cirkelvormig, membraangebonden chromosoom
o Ligt in de nucleaire zone van de cel, maar heeft geen omringend
membraan = nucleoïde
b. ... en extracromosomale DNA-moleculen die plasmiden worden
genoemd
Prokaryoten bevatten kleine, extracromosomale, cirkelvormige DNA-moleculen =
plasmiden
o Niet essentieel om te overleven
o Kunnen concurrentievoordelen opleveren omdat ze genen bevatten die
coderen voor virulentiefactoren, factoren voor antibioticaresistentie, …
Ontdekking van plasmiden recombinant-DNA-technologie zijn onmisbare
hulpmiddelen in de biotechnologie
c. Eukaryoten sluiten hun DNA op in afzonderlijke organellen
• Eukaryote cellen: cytoplasma omgeven door cytoplasmatisch membraan
(+celwand, afh vd soort)
• Compartimenteren cytoplasma dmv organellen: endoplasmatisch reticulum,
lysosomen, Golgi-apparaat, mitochondriën en kern
• Mitochondriën bevatten cirkelvormig DNA (overblijfsel van endosymbiose)
Kern is omgeven door kernmembraan en bevat kernporiën
• Kern bevat chromatine (het complex van DNA en eiwitten waaruit de eukaryote
chromosomen bestaan)
• Chromosomen hebben voorkeurslocatie binnen de kern (chromosomengebieden)
• Chromosomen met meer heterochromatine (geen transcriptie) bevinden zich
meestal aan de periferie van de kern
• Chromosomen met meer euchromatine (wel transpcriptie) bevinden zich meestal
in het midden van de kern
• De nucleolus = suborganel binnen de celkern waar ribosomen worden
samengesteld
1
, d. Genoomsequenties zijn lang en vereisen uitgebreide verpakking
2. DNA-supercoiling
a. DNA-supercoiling is een effectieve manier om DNA-compactie te
bereiken
Supercoiling verklaard dmv experiment met plasmiden
• Zuivering van een enkel plasmide uit een bacteriële cel
• Na zuivering is het plasmide vrij van eiwitten en andere cellulaire componenten
• Visualisatie van het plasmide via elektronenmicroscopie en agarose-
gelelektroforese
Conclusie:
Hetzelfde DNA-molecuul neemt verschillende vormen aan (topoisomeren)
Een supercoiled DNA-molecuul is compacter dan zijn ontspannen vorm
Supercoiling is een intrinsieke eigenschap van een DNA-molecuul (topologie)
Het grootste deel van het DNA komt in een supergekrulde toestand voor in de cel
Topologie = studie vd geometrische eigenschappen van een object die niet veranderen
onder continue vervormingen (conformationele veranderingen)
DNA-topologie
Continue vervormingen: conformationele veranderingen als gevolg
van thermische beweging of als gevolg van interactie met eiwitten
of andere moleculen
Discontinue vervormingen: conformationele veranderingen waarbij
DNA-strengbreuken optreden
Supercoiling = de topologische toestand van covalent gesloten cirkelvormig
dubbelhelix-DNA waarin de dubbelhelix om zichzelf is gedraaid
Ontspannen DNA = elk DNA dat bestaat in zijn meest stabiele, onbelaste
structuur, doorgaans de B-vorm onder de meeste cellulaire
omstandigheden
Voorbeeld:
Ontspannen plasmide van 263 bp
• Koppelingsgetal (Lk) = het aantal keren dat 1 gesloten cirkelvormige
DNA-streng om een andere is gewikkeld wanneer de as van de DNA-
dubbele helix in een vlak ligt
• Het koppelingsgetal is de som van de draaiing en de kronkeling
Lk = Tw + Wr
• Twist (Tw) = het aantal volledige omwentelingen dat 1 streng van een covalent
gesloten cirkelvormig dubbele helix-DNA maakt rond de duplexas
• Writhe (Wr) = het aantal draaiingen dat de duplexas van een covalent gesloten
cirkelvormig dubbel helix-DNA maakt rond de superhelixas
2
