Genoom tot Populatie (GP)
DNA-structuur en functie – ZS1
HOORCOLLEGE 1
DNA
De bouwstenen van DNA zijn nucleotiden met drie bindingsplaatsen (twee covalent bij plaats 3 en 5,
één niet-covalent aan de base). Plaats 1 → verbinding met stikstofbase; plaats 2 → RNA heeft een
OH-groep, DNA heeft geen OH-groep; plaats 3 → verbinding met de rest van de streng; plaats 4 →
verbinding met plaats 1; plaats 5 → verbinding met fosfaatgroep waaraan een OH-groep zit.
De schematische structuur van nucleotiden moet je kennen. Thymine en cytosine hebben een enkele
ringstructuur en zijn pyrimidines. Adenine en guanine hebben een dubbele ringstructuur en zijn
purines.
DNA zit in dezelfde grootte als eiwitten: nanometers. Nucleotiden zitten met een fosfodiesterbinding
aan elkaar. De fosfodiesterbinding (fosforzuur met twee OH-groepen) is de tegenhanger van de
peptidebinding (binding in eiwitten).
DNA als drager van genetische informatie
De informatie in DNA is dubbel opgeslagen waardoor het herstellen van
fouten mogelijk is en het kopiëren makkelijk is. DNA is door de dubbele
helix structuur stabiel en kan heel veel nucleotiden bevatten en dus
heel veel informatie opslaan. DNA van een zoogdier heeft ongeveer 3
miljard unieke basenparen (bp).
Opslag van genetische informatie op een DNA molecuul
DNA moet altijd opgeschreven worden van de 5’-kant (begin = links) naar de 3’-kant (eind = rechts).
DNA is een recept/instructie waarmee een organisme zichzelf kan namaken en in stand houden. DNA
bevat informatie over de samenstelling van componenten van een cel (DNA, RNA en eiwitten) en de
volgorde van het maken en de hoeveelheid van de componenten.
Een gen bevat de informatie voor de samenstelling en regulering van een eiwit of RNA. Een gen
bestaat uit een coderend gedeelte (genetische code), de samenstelling van een eiwit, en een
regulerend gedeelte (structurele/ruimtelijke informatie), de hoeveelheid van een eiwit.
,ALBERTS HOOFDSTUK 5 (P. 173-187)
De structuur van DNA
Het Watson en Crick model van de DNA dubbele helix bestaat uit een paar anti-parallelle,
complementaire DNA-strengen, die bij elkaar worden gehouden door waterstofbruggen tussen G-C-
en A-T-basenparen. De basen bevinden zich aan de binnenkant van de dubbele helix en de
suikerfosfaatgroepen aan de buitenkant.
Wanneer een gen tot expressie wordt gebracht, wordt een deel van zijn nucleotidesequentie
getranscribeerd in RNA-moleculen, waarvan de meeste worden getranslateerd om een eiwit te
produceren.
De structuur van eukaryote chromosomen
Het genetische materiaal van een eukaryote cel, zijn genoom, zit in
een set chromosomen, elk gevormd uit een enkel enorm lang DNA-
molecuul dat veel genen bevat. In eukaryote chromosomen is het
DNA strak gevouwen door binding aan een reeks histonen en niet-
histon-chromosomale eiwitten. Dit complex van DNA en eiwit wordt
chromatine genoemd. Histonen verpakken het DNA in een zich
herhalende reeks van DNA-eiwitdeeltjes, nucleosomen genaamd, die
zich verder opvouwen tot nog compactere chromatinestructuren.
DNA-replicatie – ZS2, WC1
HOORCOLLEGE 2
Oorspronkelijke DNA-streng dient als matrijs (template) voor nieuwe streng. DNA-replicatie vindt
plaats als de cel deelt tijdens de S-fase van de celcyclus. Afhankelijk van het celtype gebeurt dit eens
per 12 uur (darmcel), eens per 24 uur (fibroblast) of eens per jaar (levercel).
Voor DNA-replicatie zijn deoxynucleotidentrifosfaten nodig (dATP, dCTP, dGTP,
dTTP) en DNA-polymerase, een enzym dat een deoxyribose-fosfaat binding in
de DNA keten maakt. DNA-polymerase maakt ongeveer één fout per 104 (zonder proofreading) of
per 107 (met proofreading) basen. Door proofreading activiteit (editing) van DNA-polymerase kunnen
“foute” basen verwijderd worden gelijk na inbouw. DNA-polymerase heeft zowel polymerisatie als
proofreading activiteit.
De replicatie begint met opening van DNA bij de replicatieoorsprong met behulp
van initiator eiwitten waardoor twee replicatievorken ontstaan. Helicase
opent de DNA-helix verder aan de voorkant van een replicatievork. DNA-
polymerase maakt een nieuwe DNA-streng van 5’ naar 3’ en heeft dus een
streng met een vrije 3’-OH-groep nodig. Primase maakt het RNA begin met
vrije 3’-OH-groep (primer) voor DNA-polymerase. Een sliding clamp houdt
DNA-polymerase gebonden aan de DNA-streng.
Vanaf de replicatieoorsprong loopt maar één streng van 3’ naar 5’ (‘leading streng’) en de andere
loopt van 5’ naar 3’ (‘lagging streng’). Bij de ‘lagging streng’ zijn Okazaki-fragmenten nodig. Single-
strand binding proteins beschermen de ‘lagging streng’ voordat de replicatie begint.
De RNA-primers worden uit de streng geknipt door nuclease en vervangen door DNA door DNA-
polymerase. DNA-ligase repareert het gat tussen de 5’-fosfaat en 3’-OH uiteinden van Okazaki-
fragmenten met de energie uit ATP. De ‘lagging strand’ wordt bij elke replicatie ronde korter.
,Telomerase zorgt er voor dat het einde van een DNA-streng ook gerepliceerd wordt en voorkomt dat
de chromosomen na een aantal delingen te kort worden. Alleen geslachtscellen, embryonale cellen
en kankercellen hebben veel telomerase. Bij andere cellen wordt DNA bij elke deling korter wat leidt
tot een beperkt aantal delingen en veroudering.
ALBERTS HOOFDSTUK 6 (P. 199-214)
DNA-replicatie
De polymerisatiereactie omvat de vorming van een fosfodiesterbinding
tussen het 3’-uiteinde van de groeiende DNA-keten en de 5’-
fosfaatgroep van het binnenkomende nucleotide, dat de reactie
binnenkomt als een deoxyribonucleosidetrifosfaat.
DNA-polymerase is niet in staat om helemaal opnieuw een nieuwe DNA-streng te beginnen. In plaats
daarvan wordt DNA-synthese geholpen door een RNA-polymerase genaamd primase, dat korte
lengtes van RNA-primers maakt die vervolgens worden verlengd door
DNA-polymerase. Deze primers worden vervolgens verwijderd en
vervangen door DNA.
DNA-replicatie vereist de medewerking van vele eiwitten die een
multi-enzymreplicatiemachine vormen die de dubbele helix opent en
de informatie kopieert die in beide DNA-strengen zit.
Eiwitten betrokken bij DNA-replicatie
Eiwit Activiteit
DNA-polymerase Katalyseert de toevoeging van nucleotiden ana het 3’-uiteinde van een groeiende
DNA-streng met behulp van een parental DNA-streng als template
DNA-helicase Gebruikt de energie van ATP-hydrolyse om de dubbele DNA-helix vóór de
replicatievork af te wikkelen
Single-strand DNA- Bindt aan enkelstrengs DNA dat wordt blootgesteld door DNA-helicase, waardoor
binding protein wordt voorkomen dat basenparen opnieuw worden gevormd voordat de ‘lagging
strand’ kan worden gerepliceerd
DNA-topoisomerase Produceert tijdelijke inkepingen in de DNA-backbone om de spanning te verlichten
die is opgebouwd door het afwikkelen van DNA vóór de DNA-helicase
Sliding clamp Houdt DNA-polymerase aan de template vast, waardoor het enzym kan bewegen
zonder eraf te vallen terwijl het nieuw DNA synthetiseert
Clamp loader Gebruikt de energie van ATP-hydrolyse om de sliding clamp op DNA te
vergrendelen
Primase Synthetiseert RNA-primers langs de ‘lagging strand’ template
DNA-ligase Gebruikt de energie van ATP-hydrolyse om Okazaki-fragmenten te verbinden die
op de ‘lagging strand’ template zijn gemaakt
, Mutaties in DNA en DNA-reparatie – ZS3, WC2
HOORCOLLEGE 3
Soorten mutaties – classificatie
Classificatie op basis van celtype. Mutaties in somatische cellen (lichaamscellen) kunnen kanker of
veroudering veroorzaken. Mutaties in germline cellen (geslachtscellen) kunnen erfelijke
aandoeningen veroorzaken. Een mutatie van één base kan een erfelijke ziekte veroorzaken.
Classificatie op basis van omvang van de mutatie. Puntmutaties zijn mutaties in één of een paar
basenparen. Typen van puntmutaties: insertie (invoegen van base), deletie (verwijderen van base),
indels (zowel basen ingevoegd als verwijderd) en substitutie (vervanging van
base). Substitutie kan onderverdeeld worden in transitie (purine ↔ purine
of pyrimidine ↔ pyrimidine) en transversie (purine ↔ pyrimidine). Large
scale of ‘chromosomale mutaties’ zijn mutaties waarbij grote DNA-
fragmenten veranderen.
Coding mutaties (1-2% van alle mutaties) zijn mutaties die een effect
hebben op de aminozuur volgorde van een eiwit.
Effect van mutatie (in coderend DNA) op de functie van het eiwit: bij loss-of-
function is het eiwit minder actief of inactief en bij gain-of-function is het
eiwit actiever.
Effect van mutatie in eiwit op (doorgeven van) fenotype: bij dominante
mutaties heeft een mutatie in één van de twee chromosomen effect op het
fenotype; meestal gain-of-function. Bij recessieve mutaties heeft alleen een
mutatie in beide chromosomen effect op het fenotype; meestal loss-of-
function.
Oorzaken van (punt)mutaties
Het kan spontaan plaatsvinden door fouten bij replicatie (mismatch),
deaminering (cytosine → uracil) of depurinering (deletie van G of A). Of door
chemische mutagenen of UV/röntgen-straling. Een mutatie is permanent als
er in twee strengen een “foute” base is geplaatst.
Mechanismen van DNA-reparatie
DNA-reparatie moet plaatsvinden voordat de mutatie permanent wordt. Detectie
van mismatches of mutaties vindt plaats doordat verschillende DNA-reparatie
eiwitten het DNA voortdurend scannen op onregelmatigheden. Dan moet de
“foute” base verwijderd worden door middel van nuclease activiteit. Thymine is in
evolutie ontstaan om deaminaties in DNA te kunnen repareren. Het reparatie
systeem herkent de nieuwe streng en verwijdert de “foute” base uit deze streng.
Het gat dat ontstaat wordt gerepareerd met behulp van DNA-polymerase en DNA-
ligase.
Als beide DNA-strengen door midden zijn gebroken (double strand break) vindt
double strand ‘end joining’ plaats wat leidt tot informatieverlies. Door het gebruiken van de
informatie van een homoloog chromosoom kan de breuk door middel van homologe recombinatie
gerepareerd worden. Borstkanker genen BRCA1 en BRCA2 zijn betrokken bij de reparatie van double
strand breaks door middel van homologe recombinatie.
DNA-structuur en functie – ZS1
HOORCOLLEGE 1
DNA
De bouwstenen van DNA zijn nucleotiden met drie bindingsplaatsen (twee covalent bij plaats 3 en 5,
één niet-covalent aan de base). Plaats 1 → verbinding met stikstofbase; plaats 2 → RNA heeft een
OH-groep, DNA heeft geen OH-groep; plaats 3 → verbinding met de rest van de streng; plaats 4 →
verbinding met plaats 1; plaats 5 → verbinding met fosfaatgroep waaraan een OH-groep zit.
De schematische structuur van nucleotiden moet je kennen. Thymine en cytosine hebben een enkele
ringstructuur en zijn pyrimidines. Adenine en guanine hebben een dubbele ringstructuur en zijn
purines.
DNA zit in dezelfde grootte als eiwitten: nanometers. Nucleotiden zitten met een fosfodiesterbinding
aan elkaar. De fosfodiesterbinding (fosforzuur met twee OH-groepen) is de tegenhanger van de
peptidebinding (binding in eiwitten).
DNA als drager van genetische informatie
De informatie in DNA is dubbel opgeslagen waardoor het herstellen van
fouten mogelijk is en het kopiëren makkelijk is. DNA is door de dubbele
helix structuur stabiel en kan heel veel nucleotiden bevatten en dus
heel veel informatie opslaan. DNA van een zoogdier heeft ongeveer 3
miljard unieke basenparen (bp).
Opslag van genetische informatie op een DNA molecuul
DNA moet altijd opgeschreven worden van de 5’-kant (begin = links) naar de 3’-kant (eind = rechts).
DNA is een recept/instructie waarmee een organisme zichzelf kan namaken en in stand houden. DNA
bevat informatie over de samenstelling van componenten van een cel (DNA, RNA en eiwitten) en de
volgorde van het maken en de hoeveelheid van de componenten.
Een gen bevat de informatie voor de samenstelling en regulering van een eiwit of RNA. Een gen
bestaat uit een coderend gedeelte (genetische code), de samenstelling van een eiwit, en een
regulerend gedeelte (structurele/ruimtelijke informatie), de hoeveelheid van een eiwit.
,ALBERTS HOOFDSTUK 5 (P. 173-187)
De structuur van DNA
Het Watson en Crick model van de DNA dubbele helix bestaat uit een paar anti-parallelle,
complementaire DNA-strengen, die bij elkaar worden gehouden door waterstofbruggen tussen G-C-
en A-T-basenparen. De basen bevinden zich aan de binnenkant van de dubbele helix en de
suikerfosfaatgroepen aan de buitenkant.
Wanneer een gen tot expressie wordt gebracht, wordt een deel van zijn nucleotidesequentie
getranscribeerd in RNA-moleculen, waarvan de meeste worden getranslateerd om een eiwit te
produceren.
De structuur van eukaryote chromosomen
Het genetische materiaal van een eukaryote cel, zijn genoom, zit in
een set chromosomen, elk gevormd uit een enkel enorm lang DNA-
molecuul dat veel genen bevat. In eukaryote chromosomen is het
DNA strak gevouwen door binding aan een reeks histonen en niet-
histon-chromosomale eiwitten. Dit complex van DNA en eiwit wordt
chromatine genoemd. Histonen verpakken het DNA in een zich
herhalende reeks van DNA-eiwitdeeltjes, nucleosomen genaamd, die
zich verder opvouwen tot nog compactere chromatinestructuren.
DNA-replicatie – ZS2, WC1
HOORCOLLEGE 2
Oorspronkelijke DNA-streng dient als matrijs (template) voor nieuwe streng. DNA-replicatie vindt
plaats als de cel deelt tijdens de S-fase van de celcyclus. Afhankelijk van het celtype gebeurt dit eens
per 12 uur (darmcel), eens per 24 uur (fibroblast) of eens per jaar (levercel).
Voor DNA-replicatie zijn deoxynucleotidentrifosfaten nodig (dATP, dCTP, dGTP,
dTTP) en DNA-polymerase, een enzym dat een deoxyribose-fosfaat binding in
de DNA keten maakt. DNA-polymerase maakt ongeveer één fout per 104 (zonder proofreading) of
per 107 (met proofreading) basen. Door proofreading activiteit (editing) van DNA-polymerase kunnen
“foute” basen verwijderd worden gelijk na inbouw. DNA-polymerase heeft zowel polymerisatie als
proofreading activiteit.
De replicatie begint met opening van DNA bij de replicatieoorsprong met behulp
van initiator eiwitten waardoor twee replicatievorken ontstaan. Helicase
opent de DNA-helix verder aan de voorkant van een replicatievork. DNA-
polymerase maakt een nieuwe DNA-streng van 5’ naar 3’ en heeft dus een
streng met een vrije 3’-OH-groep nodig. Primase maakt het RNA begin met
vrije 3’-OH-groep (primer) voor DNA-polymerase. Een sliding clamp houdt
DNA-polymerase gebonden aan de DNA-streng.
Vanaf de replicatieoorsprong loopt maar één streng van 3’ naar 5’ (‘leading streng’) en de andere
loopt van 5’ naar 3’ (‘lagging streng’). Bij de ‘lagging streng’ zijn Okazaki-fragmenten nodig. Single-
strand binding proteins beschermen de ‘lagging streng’ voordat de replicatie begint.
De RNA-primers worden uit de streng geknipt door nuclease en vervangen door DNA door DNA-
polymerase. DNA-ligase repareert het gat tussen de 5’-fosfaat en 3’-OH uiteinden van Okazaki-
fragmenten met de energie uit ATP. De ‘lagging strand’ wordt bij elke replicatie ronde korter.
,Telomerase zorgt er voor dat het einde van een DNA-streng ook gerepliceerd wordt en voorkomt dat
de chromosomen na een aantal delingen te kort worden. Alleen geslachtscellen, embryonale cellen
en kankercellen hebben veel telomerase. Bij andere cellen wordt DNA bij elke deling korter wat leidt
tot een beperkt aantal delingen en veroudering.
ALBERTS HOOFDSTUK 6 (P. 199-214)
DNA-replicatie
De polymerisatiereactie omvat de vorming van een fosfodiesterbinding
tussen het 3’-uiteinde van de groeiende DNA-keten en de 5’-
fosfaatgroep van het binnenkomende nucleotide, dat de reactie
binnenkomt als een deoxyribonucleosidetrifosfaat.
DNA-polymerase is niet in staat om helemaal opnieuw een nieuwe DNA-streng te beginnen. In plaats
daarvan wordt DNA-synthese geholpen door een RNA-polymerase genaamd primase, dat korte
lengtes van RNA-primers maakt die vervolgens worden verlengd door
DNA-polymerase. Deze primers worden vervolgens verwijderd en
vervangen door DNA.
DNA-replicatie vereist de medewerking van vele eiwitten die een
multi-enzymreplicatiemachine vormen die de dubbele helix opent en
de informatie kopieert die in beide DNA-strengen zit.
Eiwitten betrokken bij DNA-replicatie
Eiwit Activiteit
DNA-polymerase Katalyseert de toevoeging van nucleotiden ana het 3’-uiteinde van een groeiende
DNA-streng met behulp van een parental DNA-streng als template
DNA-helicase Gebruikt de energie van ATP-hydrolyse om de dubbele DNA-helix vóór de
replicatievork af te wikkelen
Single-strand DNA- Bindt aan enkelstrengs DNA dat wordt blootgesteld door DNA-helicase, waardoor
binding protein wordt voorkomen dat basenparen opnieuw worden gevormd voordat de ‘lagging
strand’ kan worden gerepliceerd
DNA-topoisomerase Produceert tijdelijke inkepingen in de DNA-backbone om de spanning te verlichten
die is opgebouwd door het afwikkelen van DNA vóór de DNA-helicase
Sliding clamp Houdt DNA-polymerase aan de template vast, waardoor het enzym kan bewegen
zonder eraf te vallen terwijl het nieuw DNA synthetiseert
Clamp loader Gebruikt de energie van ATP-hydrolyse om de sliding clamp op DNA te
vergrendelen
Primase Synthetiseert RNA-primers langs de ‘lagging strand’ template
DNA-ligase Gebruikt de energie van ATP-hydrolyse om Okazaki-fragmenten te verbinden die
op de ‘lagging strand’ template zijn gemaakt
, Mutaties in DNA en DNA-reparatie – ZS3, WC2
HOORCOLLEGE 3
Soorten mutaties – classificatie
Classificatie op basis van celtype. Mutaties in somatische cellen (lichaamscellen) kunnen kanker of
veroudering veroorzaken. Mutaties in germline cellen (geslachtscellen) kunnen erfelijke
aandoeningen veroorzaken. Een mutatie van één base kan een erfelijke ziekte veroorzaken.
Classificatie op basis van omvang van de mutatie. Puntmutaties zijn mutaties in één of een paar
basenparen. Typen van puntmutaties: insertie (invoegen van base), deletie (verwijderen van base),
indels (zowel basen ingevoegd als verwijderd) en substitutie (vervanging van
base). Substitutie kan onderverdeeld worden in transitie (purine ↔ purine
of pyrimidine ↔ pyrimidine) en transversie (purine ↔ pyrimidine). Large
scale of ‘chromosomale mutaties’ zijn mutaties waarbij grote DNA-
fragmenten veranderen.
Coding mutaties (1-2% van alle mutaties) zijn mutaties die een effect
hebben op de aminozuur volgorde van een eiwit.
Effect van mutatie (in coderend DNA) op de functie van het eiwit: bij loss-of-
function is het eiwit minder actief of inactief en bij gain-of-function is het
eiwit actiever.
Effect van mutatie in eiwit op (doorgeven van) fenotype: bij dominante
mutaties heeft een mutatie in één van de twee chromosomen effect op het
fenotype; meestal gain-of-function. Bij recessieve mutaties heeft alleen een
mutatie in beide chromosomen effect op het fenotype; meestal loss-of-
function.
Oorzaken van (punt)mutaties
Het kan spontaan plaatsvinden door fouten bij replicatie (mismatch),
deaminering (cytosine → uracil) of depurinering (deletie van G of A). Of door
chemische mutagenen of UV/röntgen-straling. Een mutatie is permanent als
er in twee strengen een “foute” base is geplaatst.
Mechanismen van DNA-reparatie
DNA-reparatie moet plaatsvinden voordat de mutatie permanent wordt. Detectie
van mismatches of mutaties vindt plaats doordat verschillende DNA-reparatie
eiwitten het DNA voortdurend scannen op onregelmatigheden. Dan moet de
“foute” base verwijderd worden door middel van nuclease activiteit. Thymine is in
evolutie ontstaan om deaminaties in DNA te kunnen repareren. Het reparatie
systeem herkent de nieuwe streng en verwijdert de “foute” base uit deze streng.
Het gat dat ontstaat wordt gerepareerd met behulp van DNA-polymerase en DNA-
ligase.
Als beide DNA-strengen door midden zijn gebroken (double strand break) vindt
double strand ‘end joining’ plaats wat leidt tot informatieverlies. Door het gebruiken van de
informatie van een homoloog chromosoom kan de breuk door middel van homologe recombinatie
gerepareerd worden. Borstkanker genen BRCA1 en BRCA2 zijn betrokken bij de reparatie van double
strand breaks door middel van homologe recombinatie.
