Bs.1: De bouw en functie van DNA
Het genoom
Het DNA bepaalt de functie van de cel en levert de instructies waarmee ribosomen in de cel verschillende soorten eiwitten
(proteïnen) kunnen synthetiseren.
Het geheel aan erfelijke informatie in een cel van een organisme noem je het genoom. Alle cellen van een organisme hebben
hetzelfde genoom.
Bij eukaryoten ligt het DNA in de:
- celkern, dit is het kernDNA.
- mitochondriën, dit is het mtDNA.
- chloroplasten
Mitochondriën en chloroplasten functioneren onafhankelijk van de rest van de cel, ze gebruiken de informatie die vastligt in hun
eigen DNA.
Bij prokaryoten ligt het DNA los in het cytoplasma van de cel. Dit zijn circulaire DNA-moleculen. Sommige prokaryoten hebben
plasmiden, korte stukjes circulair DNA.
De bouw van DNA
Een DNA-molecuul is een nucleïnezuur.
DNA bevat twee ketens met aan elkaar gekoppelde nucleotiden. Deze
nucleotiden zijn weer ieder opgebouwd uit de monosacharide desoxyribose,
een fosfaatgroep en een stikstofbase. De stikstofbasen die voorkomen in
DNA-moleculen zijn adenine (A), thymine (T), cytosine (C) en guanine (G).
Bij het aan elkaar koppelen van nucleotiden (polymerisatie) gaat het derde C-
atoom van desoxyribose door een condensatiereactie een binding aan met de
Afb. 1
fosfaatgroep van het volgende nucleotide.
In afbeelding 2 is een enkelstrengs DNA-molecuul en in
afbeelding 3 een dubbelstrengs DNA-molecuul
getekend.
Aan het 5’-uiteinde van het enkelstrengs DNA-molecuul bevindt zich een fosfaatgroep. Aan het 3’-uiteinde
van de streng zit een OH-groep die aan het 3e C-atoom van desoxyribose zit. DNA
wordt altijd in de richting van het 3’-uiteinde naar het 5’-uiteinde afgelezen en
gekopieerd.
Door basenparing kunnen de stikstofbasen twee DNA-nucleotideketens met
elkaar verbinden. Hierbij hebben alle stikstofbasen een vaste bindingspartner: A-
T, T-A, C-G en G-C. Door deze vaste basenparing zijn de twee nucleotideketens
van een DNA-molecuul complementair.
Afb. 2 In een dubbelstrengs DNA-molecuul (afb. 3) hebben de ketens een helixstructuur (spiraalvorm).
De ketens lopen in tegengestelde richting.
Bij eukaryoten is het DNA in de celkern verdeeld over verschillende
Afb. 3
chromosomen (afb. 4). Een DNA-molecuul is eerst rond een aantal eiwitten gewikkeld: de
histonen. Een aantal histonen vormt samen met het eromheen gewikkeld DNA een nucleosoom.
Het DNA tussen twee opeenvolgende nucleosomen noem je koppelings-DNA.
Afb. 4
DNA-sequentie
De volgorde waarin nucleotiden in een DNA-molecuul zijn gerangschikt, noem je een sequentie. Een gen is een deel van een
DNA-molecuul dat de code bevat waarmee ribosomen één of meer eiwitten kunnen synthetiseren. Doordat in de DNA-sequentie
variaties voorkomen, zullen ribosomen verschillende soorten eiwitten synthetiseren.
Niet-coderend DNA
Niet-coderend DNA codeert niet voor eiwitten. Sommige delen van het niet-coderend DNA coderen voor andere moleculen die
een regulerende functie hebben bij de synthese van eiwitten. Een deel van het niet-coderend DNA bestaat uit repetitief DNA.
Dat zijn herhalingen van korte nucleotidesequenties.
Bs.2: DNA-replicatie
, Replicatiestartpunt en replicatiebel
Het kopiëren van het DNA (DNA-replicatie) vindt plaats tijdens de S-fase van de celcyclus. In het kernplasma bevinden zich
onder andere de vrije nucleotiden dATP, dTTP, dGTP en dCTP. Ze bestaan uit desoxyribose (d), een base (ATGC) en drie
fosfaatgroepen (TP). Door twee fosfaatgroepen af te splitsen, komt energie vrij.
DNA-replicatie begint bij een replicatiestartpunt. In twee richtingen worden de
waterstofbruggen tussen de basenparen verbroken door het enzym helicase. Doordat de
twee DNA-strengen uit elkaar gaan ontstaat er een replicatiebel.
Afb. 5
Constante en onderbroken replicatie
Op de plaats waar de basenparing is verbroken, binden speciale eiwitten aan de strengen. Daardoor wordt voorkomen dat de
vrijgekomen basen van beide strengen weer aan elkaar binden.
De replicatie begint met een primer. Dat is een kort stukje RNA dat wordt gesynthetiseerd door het enzym primase. Vanaf een
primer kan het enzym DNA-polymerase vervolgens langs de enkelstrengs ketens schuiven en dATP, dTTP, dGTP en dCTP uit het
kernplasma binden aan de vrijgekomen stikstofbasen. Hiervoor wordt energie gebruikt dat is vrijgekomen bij het afbreken van
twee fosfaatgroepen.
Doordat DNA-polymerase van het 3’-uiteinde naar het 5’-uiteinde een DNA-streng afleest, wordt de nieuwe streng
gesynthetiseerd in de richting van het 5’-uiteinde naar het 3’-uiteinde.
Replicatie langs een van de strengen in een replicatiebel vindt in twee richtingen plaats.
In de ene richting kan DNA-polymerase vanaf het replicatiestartpunt het uit elkaar gaan
van de ketens volgen om de leidende streng te synthetiseren. In de andere richting kan
DNA-polymerase steeds maar korte stukjes DNA (Okazaki-fragmenten) synthetiseren
vanaf een primer, doordat dit achterwaarts gebeurt. De RNA-primers worden vervangen
door DNA-nucleotiden. Ten slotte koppelt het enzym DNA-ligase de Okazaki-fragmenten
aan elkaar, waardoor de volgende streng wordt gevormd.
Telomeren en veroudering Afb. 6
Doordat de RNA-primer wordt verwijdert, kan DNA-polymerase het uiteinde van de volgende streng niet repliceren. Zo
wordt het DNA-molecuul bij elke celdeling korter.
Om te voorkomen dat de genen in het DNA worden beschadigd, bezitten de uiteinde van chromosomen bij eukaryoten
telomeren. Deze bestaan uit niet-coderend DNA dat is ingekapseld in beschermende eiwitten. Bij elke celdeling wordt de
telomeer korter. Als de telomeer te kort wordt ondergaat de cel apoptose. De levensduur van de cellen hangt af van de lengte
van de telomeren en van de snelheid waarmee de telomeren korter worden.
PCR
Door PCR (Polymerase Chain Reaction) kunnen een of meer specifieke gedeelten uit het DNA in een PCR-machine
worden gekopieerd tot er genoeg is voor onderzoek. De primers bij PCR worden gemaakt in een laboratorium en
zijn complementair aan het deel van het DNA dat de onderzoeker door PCR wil vermenigvuldigen.
Bij PCR zijn twee verschillende primers nodig, voor elke DNA-streng één.
Afb. 7
Sequensen en gelelektroforese
Het bepalen van de nucleotidevolgorde van het DNA heet sequensen.
Na de PCR-reactie zijn er veel gelabelde DNA-fragmenten ontstaan die in lengte verschillen. Door gelelektroforese kunnen deze
DNA-fragmenten, onder invloed van elektrische spanning, in een gel op lengte worden gescheiden. Zodra er spanning op de gel
wordt gezet, bewegen de negatief geladen DNA-fragmenten in de gel naar de positieve pool. Hoe kleiner de DNA-fragmenten
hoe sneller ze door de poriën in de gel bewegen. Grote DNA-fragmenten komen niet ver doordat ze langzamer door de gel
bewegen. Na de gelelektroforese kun je de fluorescerende labels van onder naar boven aflezen.
DNA-fingerprinting en restrictie-enzymen
In niet-coderend DNA bevinden zich bepaalde loci die bestaan uit repetitief DNA. Het aantal herhalingen verschilt per persoon,
hierdoor is de persoon uniek. Het DNA-profiel noem je door het verschillend aantal herhalingen ook wel een DNA-fingerprint.
Restrictie-enzymen herkennen een specifieke nucleotidesequentie van vier tot acht nucleotiden in het DNA en knippen het DNA
op die plaats door.
Bs.3: Transcriptie
De bouw van RNA
Het genoom
Het DNA bepaalt de functie van de cel en levert de instructies waarmee ribosomen in de cel verschillende soorten eiwitten
(proteïnen) kunnen synthetiseren.
Het geheel aan erfelijke informatie in een cel van een organisme noem je het genoom. Alle cellen van een organisme hebben
hetzelfde genoom.
Bij eukaryoten ligt het DNA in de:
- celkern, dit is het kernDNA.
- mitochondriën, dit is het mtDNA.
- chloroplasten
Mitochondriën en chloroplasten functioneren onafhankelijk van de rest van de cel, ze gebruiken de informatie die vastligt in hun
eigen DNA.
Bij prokaryoten ligt het DNA los in het cytoplasma van de cel. Dit zijn circulaire DNA-moleculen. Sommige prokaryoten hebben
plasmiden, korte stukjes circulair DNA.
De bouw van DNA
Een DNA-molecuul is een nucleïnezuur.
DNA bevat twee ketens met aan elkaar gekoppelde nucleotiden. Deze
nucleotiden zijn weer ieder opgebouwd uit de monosacharide desoxyribose,
een fosfaatgroep en een stikstofbase. De stikstofbasen die voorkomen in
DNA-moleculen zijn adenine (A), thymine (T), cytosine (C) en guanine (G).
Bij het aan elkaar koppelen van nucleotiden (polymerisatie) gaat het derde C-
atoom van desoxyribose door een condensatiereactie een binding aan met de
Afb. 1
fosfaatgroep van het volgende nucleotide.
In afbeelding 2 is een enkelstrengs DNA-molecuul en in
afbeelding 3 een dubbelstrengs DNA-molecuul
getekend.
Aan het 5’-uiteinde van het enkelstrengs DNA-molecuul bevindt zich een fosfaatgroep. Aan het 3’-uiteinde
van de streng zit een OH-groep die aan het 3e C-atoom van desoxyribose zit. DNA
wordt altijd in de richting van het 3’-uiteinde naar het 5’-uiteinde afgelezen en
gekopieerd.
Door basenparing kunnen de stikstofbasen twee DNA-nucleotideketens met
elkaar verbinden. Hierbij hebben alle stikstofbasen een vaste bindingspartner: A-
T, T-A, C-G en G-C. Door deze vaste basenparing zijn de twee nucleotideketens
van een DNA-molecuul complementair.
Afb. 2 In een dubbelstrengs DNA-molecuul (afb. 3) hebben de ketens een helixstructuur (spiraalvorm).
De ketens lopen in tegengestelde richting.
Bij eukaryoten is het DNA in de celkern verdeeld over verschillende
Afb. 3
chromosomen (afb. 4). Een DNA-molecuul is eerst rond een aantal eiwitten gewikkeld: de
histonen. Een aantal histonen vormt samen met het eromheen gewikkeld DNA een nucleosoom.
Het DNA tussen twee opeenvolgende nucleosomen noem je koppelings-DNA.
Afb. 4
DNA-sequentie
De volgorde waarin nucleotiden in een DNA-molecuul zijn gerangschikt, noem je een sequentie. Een gen is een deel van een
DNA-molecuul dat de code bevat waarmee ribosomen één of meer eiwitten kunnen synthetiseren. Doordat in de DNA-sequentie
variaties voorkomen, zullen ribosomen verschillende soorten eiwitten synthetiseren.
Niet-coderend DNA
Niet-coderend DNA codeert niet voor eiwitten. Sommige delen van het niet-coderend DNA coderen voor andere moleculen die
een regulerende functie hebben bij de synthese van eiwitten. Een deel van het niet-coderend DNA bestaat uit repetitief DNA.
Dat zijn herhalingen van korte nucleotidesequenties.
Bs.2: DNA-replicatie
, Replicatiestartpunt en replicatiebel
Het kopiëren van het DNA (DNA-replicatie) vindt plaats tijdens de S-fase van de celcyclus. In het kernplasma bevinden zich
onder andere de vrije nucleotiden dATP, dTTP, dGTP en dCTP. Ze bestaan uit desoxyribose (d), een base (ATGC) en drie
fosfaatgroepen (TP). Door twee fosfaatgroepen af te splitsen, komt energie vrij.
DNA-replicatie begint bij een replicatiestartpunt. In twee richtingen worden de
waterstofbruggen tussen de basenparen verbroken door het enzym helicase. Doordat de
twee DNA-strengen uit elkaar gaan ontstaat er een replicatiebel.
Afb. 5
Constante en onderbroken replicatie
Op de plaats waar de basenparing is verbroken, binden speciale eiwitten aan de strengen. Daardoor wordt voorkomen dat de
vrijgekomen basen van beide strengen weer aan elkaar binden.
De replicatie begint met een primer. Dat is een kort stukje RNA dat wordt gesynthetiseerd door het enzym primase. Vanaf een
primer kan het enzym DNA-polymerase vervolgens langs de enkelstrengs ketens schuiven en dATP, dTTP, dGTP en dCTP uit het
kernplasma binden aan de vrijgekomen stikstofbasen. Hiervoor wordt energie gebruikt dat is vrijgekomen bij het afbreken van
twee fosfaatgroepen.
Doordat DNA-polymerase van het 3’-uiteinde naar het 5’-uiteinde een DNA-streng afleest, wordt de nieuwe streng
gesynthetiseerd in de richting van het 5’-uiteinde naar het 3’-uiteinde.
Replicatie langs een van de strengen in een replicatiebel vindt in twee richtingen plaats.
In de ene richting kan DNA-polymerase vanaf het replicatiestartpunt het uit elkaar gaan
van de ketens volgen om de leidende streng te synthetiseren. In de andere richting kan
DNA-polymerase steeds maar korte stukjes DNA (Okazaki-fragmenten) synthetiseren
vanaf een primer, doordat dit achterwaarts gebeurt. De RNA-primers worden vervangen
door DNA-nucleotiden. Ten slotte koppelt het enzym DNA-ligase de Okazaki-fragmenten
aan elkaar, waardoor de volgende streng wordt gevormd.
Telomeren en veroudering Afb. 6
Doordat de RNA-primer wordt verwijdert, kan DNA-polymerase het uiteinde van de volgende streng niet repliceren. Zo
wordt het DNA-molecuul bij elke celdeling korter.
Om te voorkomen dat de genen in het DNA worden beschadigd, bezitten de uiteinde van chromosomen bij eukaryoten
telomeren. Deze bestaan uit niet-coderend DNA dat is ingekapseld in beschermende eiwitten. Bij elke celdeling wordt de
telomeer korter. Als de telomeer te kort wordt ondergaat de cel apoptose. De levensduur van de cellen hangt af van de lengte
van de telomeren en van de snelheid waarmee de telomeren korter worden.
PCR
Door PCR (Polymerase Chain Reaction) kunnen een of meer specifieke gedeelten uit het DNA in een PCR-machine
worden gekopieerd tot er genoeg is voor onderzoek. De primers bij PCR worden gemaakt in een laboratorium en
zijn complementair aan het deel van het DNA dat de onderzoeker door PCR wil vermenigvuldigen.
Bij PCR zijn twee verschillende primers nodig, voor elke DNA-streng één.
Afb. 7
Sequensen en gelelektroforese
Het bepalen van de nucleotidevolgorde van het DNA heet sequensen.
Na de PCR-reactie zijn er veel gelabelde DNA-fragmenten ontstaan die in lengte verschillen. Door gelelektroforese kunnen deze
DNA-fragmenten, onder invloed van elektrische spanning, in een gel op lengte worden gescheiden. Zodra er spanning op de gel
wordt gezet, bewegen de negatief geladen DNA-fragmenten in de gel naar de positieve pool. Hoe kleiner de DNA-fragmenten
hoe sneller ze door de poriën in de gel bewegen. Grote DNA-fragmenten komen niet ver doordat ze langzamer door de gel
bewegen. Na de gelelektroforese kun je de fluorescerende labels van onder naar boven aflezen.
DNA-fingerprinting en restrictie-enzymen
In niet-coderend DNA bevinden zich bepaalde loci die bestaan uit repetitief DNA. Het aantal herhalingen verschilt per persoon,
hierdoor is de persoon uniek. Het DNA-profiel noem je door het verschillend aantal herhalingen ook wel een DNA-fingerprint.
Restrictie-enzymen herkennen een specifieke nucleotidesequentie van vier tot acht nucleotiden in het DNA en knippen het DNA
op die plaats door.
Bs.3: Transcriptie
De bouw van RNA
