Samenvatting celbio 1: Claessens
1 DNA
1.1 Inleiding
1.1.1 Biochemische definities van leven
Afgescheiden:
o levende organismen leven afgescheiden van hun leefomgeving door een
celmembraan of celwand
o de samenstelling van de inhoud is sterk verschillend/complexer dan deze van de
omgeving
Energieopname en -verbruik:
o “eten en drinken” noodzakelijk voor alle leven.
o De meeste energie wordt geleverd door het zonlicht (wordt gebruikt door
planten bij de fotosynthese synthese van suikers)
groei:
o een organisme groeit en wordt complexer tot het volwassen stadium
o afsterven: door ouderdom of door deling in 2 of meerdere dochterorganismen
o uitzondering: kristallen (worden niet als levend beschouwd)
voortplanting
o door sexuele of asexuele voortplanting via ontwikkeling van bevruchte of
onbevruchte eicellen, of via afsplitsing
o zonder enige vorm van voortplanting elk leven sterft uit
o uitzondering 1: sommige individuen of kruisingen zijn onvruchtbaar maar worden
toch als levend beschouwd
o uitz. 2: als kristal breekt fragmenten groeien verder en een robot zou zichzelf
kunnen namaken
beweging:
o organismen bewegen zelfstandig (cfr planten richten zich naar de zon)
interpretatie van prikkels:
o organismen kunnen reageren op bepaalde condities
communicatie (= biodiversiteit):
o het leven is enkel mogelijk dankzij communicatie tussen soortgenoten en tussen
verschillende levensvormen
o het “eten of gegeten worden” principe = vorm van communicatie
moleculaire biologie
o = het bestuderen van moleculaire processen
o Het leven = een opeenvolging van chemische, complexe reacties
1.1.2 Waaruit bestaat een levende cel?
De cel = eenheid van leven, afgescheiden van zijn omgeving, bestaat uit een zeer
georganiseerde opbouw wisselwerking tussen biomoleculen: proteïnen, lipiden,
carbohydraten en nucleïnezuren
De cel slaat de info van de opbouw van zijn componenten op en kan deze tot expressie
brengen en doorgeven aan de dochtercellen
2 basistypen van cellen: prokaryoten en eukaryoten
Eukaryoten zijn veel meer opgedeeld in compartimenten door membranen
,1.2 De belangrijkste mijlpalen uit de geschiedenis van de
erfelijkheidsleer
1.2.1 Eigenschappen zijn erfelijk: de genen
Genen zijn elementen die de info bevatten over de vorming van karakteristieken van een
individu zij coderen voor erfelijke eigenschappen
Genen voor het eerst gedefinieerd in de studies van Mendel als overerfbare kenmerken
o Kruising van 2 erwten variëteiten:
1. Waarneembare eigenschappen kunnen tot overerfbare eenheden worden
teruggebracht
2. Elk individu (= cel) bevat 2 gekoppelde genen
3. Genen zijn ofwel dominant versus recessief ofwel intermediair
1.2.2 Link tussen genen en biochemische processen door Garrod
Alkaptonurie (urine van babies kleurt zwart bij blootstelling aan de lucht)
Conclusie: het gaat om een recessief kenmerk (afwijking te wijten aan defect gen)
Urine van deze patiënten bevat homogentisinezuur (normaalerwijze wordt dit
afgebroken maar in dit geval defect bij het enzyme)
Garrod beschreef dus een erfelijk veroorzaakte stofwisselingsziekte waarbij een
defect gen een defect enzym oplevert
1.2.3 Welke stoffen bevatten de genetische informatie?
Chromosomen zijn de dragers van de genen
Hoe werd deze vraag experimenteel aangepakt?
o Eerst de verschillende componenten van de cel zuiveren dus…
1. Homogeniseren (= cellen brengen in aanwezigheid van detergent of
mechanisch breken door mixer of sonicatie)
2. Oplossing verdelen in fracties mbv (differentiële of densiteit)
centrifugatie
1.2.3.1 Principe van differentiele ultracentrifugatie
1. Zie punt 1 hierboven
2. Homogenaat door filter gegoten om grote stukken te verwijderen
3. Homogenaat wordt met lage rotatiesnelheid gecentrifugeerd: middelpuntvliedende
kracht >> zwaartekracht grote celorganellen naar bodem (= pellet en bovenstaande
oplossing = supernatans)
4. Pellet in oplossing brengen in nieuwe buffer en bijhouden en het supernatans opnieuw
stap 2 maar hogere rotatiesnelheid
1.2.3.2 Principes van de densiteitscentrifugatie
In centrifugebuis verschillende lagen met dalende conc. aan sucrose + celhomogenaat
bovenop deze gradient organellen migreren naar de bodem toe tot de
sucroseoplossing met de densiteit = hun eigen densiteit
Opwaartse druk = neerwaartse druk
1.2.3.3 Het experiment van Griffith
2 stammen van de bacterie Streptococcus pneumoniae werden vergeleken: R en S
stam
De S stam veroorzaakt longontsteking bij proefdieren
De R-stam veroorzaakt geen longontsteking
, Men maakte een homogenaat van de S stam en voegde dit toe aan de bacterien van de
R stam wel longontsteking
Bacterien kunnen de dragers van eigenschappen (of genen) uit hun omgeving
opnemen = transformatie
Welke stof in het S-extract is hiervoor verantwoordelijk?
o Homogenaat werd gefractioneerd in RNA, eiwitten, DNA, vetten en
koolwaterstoffen
o Elk van deze fracties gemengd met de R bacterien en ingespoten bij muizen
Conclusie: DNA kan de R-stam transformeren naar de S-vorm
Erfelijke eigenschappen zitten vervat in het DNA
1.2.3.4 Het Hershey-Chase experiment
Inleiding: bacteriofagen zijn virussen van bacteriën
o Na infectie maakt de bacterie nieuwe faagpartikels aan specifieke eiwitten
komen tot expressie + aanmaak van bacteriofaag-DNA voor ze openbarsten
Eigenschappen overgebracht door de eiwitten , of door het DNA van de bacteriofagen?
o 2 culturen van escherichia coli bacterien besmetten met bacteriofagen
o In een cultuur radioactief fosfaat ingebouwd in het DNA van de nieuwe
bacteriofagen
o In de andere cultuur radioactief zwavel ingebouwd in de eiwitten
o Door centrifugatie: bacterien verzameld als pellet op de bodem en
bacteriofagen in het supernatans
Conclusie: het radioactief fosfaat zit in de pellet , dus in de bacterien het DNA
bevat de info over de bouwstenen van de bacteriofagen
1.3 De structuur van het DNA
1.3.1 DNA = suiker + fosfaat + basen
Nucleinezuur komt in 2 vormen voor: DNA en RNA
Cellulair DNA bestaat uit zeer lange polymeren (bij opzuivering viskeuze oplossing)
Het menselijk DNA is in totaal langer dan 1m
DNA bevat een specifieke suiker: (beta D 2) deoxyribose (= pentose)
Het DNA bevat fosfaatgroepen: ribose en fosfaat (gekoppeld aan het 5’ uiteinde van
deoxyribose) wisselen elkaar af
DNA bevat basen: purines (A en G) en pyrimidines (T en C)
Wanneer een base verbonden is aan een ribose via een N-beta-glycosidische binding =
nucleoside (veel oplosbaarder in water tov de basen)
o Adenine adenosine
o Guanine guanosine
o Cytosine cytidine
o Thymine thymidine
o Uracil uridine
Indien een fosfaatgroep de 5’ C verbonden is nucleotiden
o Tot 3 fosfaatgroepen aan het 5’ C atoom (via fosfo-anhydridebindingen) = dNTPs
o En als ribose niet gedeoxyleerd is = NTPs voornaamste overdragers van
biochemische energie
In een DNA keten zijn de ribosen met elkaar verbonden via fosfodiesterbindingen: 5’ C
van ene deoxyribose verbonden via een fosfaatgroep met de 3’ C van vorige deoxyribose
, 1.3.1.1 Andere belangrijke basen en nucleotiden
Cyclische vormen van mononucleotiden zoals cAMP dienen als signaalmoleculen
cAMP synthese door het enzym adenylaatcyclase
het cAMP fosfodiesterase zal cAMP omzetten naar AMP door hydrolyse van de
verbinding tussen het fosfaat en het 4’OH van ribose
er zijn ook basen en nucleosiden aanwezig in coenzyme A, NAD en FAD
basen en eiwitten kunnen gemethyleerd worden (de methyl donor = S-adenosyl-
methionine)
sommige purine en pyrimidine-analogen oa caffeine (= inhibitor van fosfodiesterasen)
AZT gebruikt bij de behandeling van AIDS, het inhibeert een enzyme dat noodzakelijk is
voor de replicatie van het HIV virus (tenofovir ook)
1.3.2 Eigenschappen van DNA
1.3.2.1 Het model van de B-helix
Regels van Chargaff: in het genomisch DNA van verschillende weefsels zijn de relatieve
hoeveelheden van de 4 basen gelijk
De hoeveelheid adenine komt steeds overeen met thymine
De hoeveelheid guanine komt steeds overeen met cytosine
De algemene structuur van DNA is helicaal de basen A en T komen gekoppeld voor
alsook C en G
De 2 strengen vormen een dubbele helix en zijn anti-parallel
A en T associëren met 2 H-bruggen
G en C associëren met 3 H-bruggen
De basen liggen naar elkaar gekeerd en de negatief geladen fosfaatgroepen aan de
buitenkant, naar het water toe B vorm
De dubbele DNA helix heeft 10.4 basenparen per winding
De B helix heeft een grote en een kleine groeve
Stabiliteit van DNA
Door de grote aantallen H-bruggen
Opeenvolgende basenparen ondervinden van der Waals krachten + stapeling van basen
De 2 strengen van DNA kunnen uit elkaar gehaald worden door T stijging (eerst zullen de
A/T-rijke DNA fragmenten smelten en dan de G/C fragmenten)
DNA = zeer stabiel biomolecule men kan DNA isoleren uit botten van bv. Mammoeten
1.3.2.2 Hoe wordt een basenvolgorde in DNA genoteerd
Bovenste streng in de 5’ naar 3’ richting
Onderste streng hoeft niet genoteerd te worden
1.3.2.3 Wat is een palindromische sequentie?
Zie p. 27
1.3.2.4 Hoe kan DNA bestudeerd worden?
A. Absorptie en hybridisatie
DNA absorbeert UV licht (260nm) maximale lichtabsorptie
Basen absorberen minder in dubbelstrengig DNA dan in enkelstrengig DNA
Absorptie van een DNA-oplossing stijgt bij toenemende T hyperchromiciteit van
enkelstrengig DNA
1 DNA
1.1 Inleiding
1.1.1 Biochemische definities van leven
Afgescheiden:
o levende organismen leven afgescheiden van hun leefomgeving door een
celmembraan of celwand
o de samenstelling van de inhoud is sterk verschillend/complexer dan deze van de
omgeving
Energieopname en -verbruik:
o “eten en drinken” noodzakelijk voor alle leven.
o De meeste energie wordt geleverd door het zonlicht (wordt gebruikt door
planten bij de fotosynthese synthese van suikers)
groei:
o een organisme groeit en wordt complexer tot het volwassen stadium
o afsterven: door ouderdom of door deling in 2 of meerdere dochterorganismen
o uitzondering: kristallen (worden niet als levend beschouwd)
voortplanting
o door sexuele of asexuele voortplanting via ontwikkeling van bevruchte of
onbevruchte eicellen, of via afsplitsing
o zonder enige vorm van voortplanting elk leven sterft uit
o uitzondering 1: sommige individuen of kruisingen zijn onvruchtbaar maar worden
toch als levend beschouwd
o uitz. 2: als kristal breekt fragmenten groeien verder en een robot zou zichzelf
kunnen namaken
beweging:
o organismen bewegen zelfstandig (cfr planten richten zich naar de zon)
interpretatie van prikkels:
o organismen kunnen reageren op bepaalde condities
communicatie (= biodiversiteit):
o het leven is enkel mogelijk dankzij communicatie tussen soortgenoten en tussen
verschillende levensvormen
o het “eten of gegeten worden” principe = vorm van communicatie
moleculaire biologie
o = het bestuderen van moleculaire processen
o Het leven = een opeenvolging van chemische, complexe reacties
1.1.2 Waaruit bestaat een levende cel?
De cel = eenheid van leven, afgescheiden van zijn omgeving, bestaat uit een zeer
georganiseerde opbouw wisselwerking tussen biomoleculen: proteïnen, lipiden,
carbohydraten en nucleïnezuren
De cel slaat de info van de opbouw van zijn componenten op en kan deze tot expressie
brengen en doorgeven aan de dochtercellen
2 basistypen van cellen: prokaryoten en eukaryoten
Eukaryoten zijn veel meer opgedeeld in compartimenten door membranen
,1.2 De belangrijkste mijlpalen uit de geschiedenis van de
erfelijkheidsleer
1.2.1 Eigenschappen zijn erfelijk: de genen
Genen zijn elementen die de info bevatten over de vorming van karakteristieken van een
individu zij coderen voor erfelijke eigenschappen
Genen voor het eerst gedefinieerd in de studies van Mendel als overerfbare kenmerken
o Kruising van 2 erwten variëteiten:
1. Waarneembare eigenschappen kunnen tot overerfbare eenheden worden
teruggebracht
2. Elk individu (= cel) bevat 2 gekoppelde genen
3. Genen zijn ofwel dominant versus recessief ofwel intermediair
1.2.2 Link tussen genen en biochemische processen door Garrod
Alkaptonurie (urine van babies kleurt zwart bij blootstelling aan de lucht)
Conclusie: het gaat om een recessief kenmerk (afwijking te wijten aan defect gen)
Urine van deze patiënten bevat homogentisinezuur (normaalerwijze wordt dit
afgebroken maar in dit geval defect bij het enzyme)
Garrod beschreef dus een erfelijk veroorzaakte stofwisselingsziekte waarbij een
defect gen een defect enzym oplevert
1.2.3 Welke stoffen bevatten de genetische informatie?
Chromosomen zijn de dragers van de genen
Hoe werd deze vraag experimenteel aangepakt?
o Eerst de verschillende componenten van de cel zuiveren dus…
1. Homogeniseren (= cellen brengen in aanwezigheid van detergent of
mechanisch breken door mixer of sonicatie)
2. Oplossing verdelen in fracties mbv (differentiële of densiteit)
centrifugatie
1.2.3.1 Principe van differentiele ultracentrifugatie
1. Zie punt 1 hierboven
2. Homogenaat door filter gegoten om grote stukken te verwijderen
3. Homogenaat wordt met lage rotatiesnelheid gecentrifugeerd: middelpuntvliedende
kracht >> zwaartekracht grote celorganellen naar bodem (= pellet en bovenstaande
oplossing = supernatans)
4. Pellet in oplossing brengen in nieuwe buffer en bijhouden en het supernatans opnieuw
stap 2 maar hogere rotatiesnelheid
1.2.3.2 Principes van de densiteitscentrifugatie
In centrifugebuis verschillende lagen met dalende conc. aan sucrose + celhomogenaat
bovenop deze gradient organellen migreren naar de bodem toe tot de
sucroseoplossing met de densiteit = hun eigen densiteit
Opwaartse druk = neerwaartse druk
1.2.3.3 Het experiment van Griffith
2 stammen van de bacterie Streptococcus pneumoniae werden vergeleken: R en S
stam
De S stam veroorzaakt longontsteking bij proefdieren
De R-stam veroorzaakt geen longontsteking
, Men maakte een homogenaat van de S stam en voegde dit toe aan de bacterien van de
R stam wel longontsteking
Bacterien kunnen de dragers van eigenschappen (of genen) uit hun omgeving
opnemen = transformatie
Welke stof in het S-extract is hiervoor verantwoordelijk?
o Homogenaat werd gefractioneerd in RNA, eiwitten, DNA, vetten en
koolwaterstoffen
o Elk van deze fracties gemengd met de R bacterien en ingespoten bij muizen
Conclusie: DNA kan de R-stam transformeren naar de S-vorm
Erfelijke eigenschappen zitten vervat in het DNA
1.2.3.4 Het Hershey-Chase experiment
Inleiding: bacteriofagen zijn virussen van bacteriën
o Na infectie maakt de bacterie nieuwe faagpartikels aan specifieke eiwitten
komen tot expressie + aanmaak van bacteriofaag-DNA voor ze openbarsten
Eigenschappen overgebracht door de eiwitten , of door het DNA van de bacteriofagen?
o 2 culturen van escherichia coli bacterien besmetten met bacteriofagen
o In een cultuur radioactief fosfaat ingebouwd in het DNA van de nieuwe
bacteriofagen
o In de andere cultuur radioactief zwavel ingebouwd in de eiwitten
o Door centrifugatie: bacterien verzameld als pellet op de bodem en
bacteriofagen in het supernatans
Conclusie: het radioactief fosfaat zit in de pellet , dus in de bacterien het DNA
bevat de info over de bouwstenen van de bacteriofagen
1.3 De structuur van het DNA
1.3.1 DNA = suiker + fosfaat + basen
Nucleinezuur komt in 2 vormen voor: DNA en RNA
Cellulair DNA bestaat uit zeer lange polymeren (bij opzuivering viskeuze oplossing)
Het menselijk DNA is in totaal langer dan 1m
DNA bevat een specifieke suiker: (beta D 2) deoxyribose (= pentose)
Het DNA bevat fosfaatgroepen: ribose en fosfaat (gekoppeld aan het 5’ uiteinde van
deoxyribose) wisselen elkaar af
DNA bevat basen: purines (A en G) en pyrimidines (T en C)
Wanneer een base verbonden is aan een ribose via een N-beta-glycosidische binding =
nucleoside (veel oplosbaarder in water tov de basen)
o Adenine adenosine
o Guanine guanosine
o Cytosine cytidine
o Thymine thymidine
o Uracil uridine
Indien een fosfaatgroep de 5’ C verbonden is nucleotiden
o Tot 3 fosfaatgroepen aan het 5’ C atoom (via fosfo-anhydridebindingen) = dNTPs
o En als ribose niet gedeoxyleerd is = NTPs voornaamste overdragers van
biochemische energie
In een DNA keten zijn de ribosen met elkaar verbonden via fosfodiesterbindingen: 5’ C
van ene deoxyribose verbonden via een fosfaatgroep met de 3’ C van vorige deoxyribose
, 1.3.1.1 Andere belangrijke basen en nucleotiden
Cyclische vormen van mononucleotiden zoals cAMP dienen als signaalmoleculen
cAMP synthese door het enzym adenylaatcyclase
het cAMP fosfodiesterase zal cAMP omzetten naar AMP door hydrolyse van de
verbinding tussen het fosfaat en het 4’OH van ribose
er zijn ook basen en nucleosiden aanwezig in coenzyme A, NAD en FAD
basen en eiwitten kunnen gemethyleerd worden (de methyl donor = S-adenosyl-
methionine)
sommige purine en pyrimidine-analogen oa caffeine (= inhibitor van fosfodiesterasen)
AZT gebruikt bij de behandeling van AIDS, het inhibeert een enzyme dat noodzakelijk is
voor de replicatie van het HIV virus (tenofovir ook)
1.3.2 Eigenschappen van DNA
1.3.2.1 Het model van de B-helix
Regels van Chargaff: in het genomisch DNA van verschillende weefsels zijn de relatieve
hoeveelheden van de 4 basen gelijk
De hoeveelheid adenine komt steeds overeen met thymine
De hoeveelheid guanine komt steeds overeen met cytosine
De algemene structuur van DNA is helicaal de basen A en T komen gekoppeld voor
alsook C en G
De 2 strengen vormen een dubbele helix en zijn anti-parallel
A en T associëren met 2 H-bruggen
G en C associëren met 3 H-bruggen
De basen liggen naar elkaar gekeerd en de negatief geladen fosfaatgroepen aan de
buitenkant, naar het water toe B vorm
De dubbele DNA helix heeft 10.4 basenparen per winding
De B helix heeft een grote en een kleine groeve
Stabiliteit van DNA
Door de grote aantallen H-bruggen
Opeenvolgende basenparen ondervinden van der Waals krachten + stapeling van basen
De 2 strengen van DNA kunnen uit elkaar gehaald worden door T stijging (eerst zullen de
A/T-rijke DNA fragmenten smelten en dan de G/C fragmenten)
DNA = zeer stabiel biomolecule men kan DNA isoleren uit botten van bv. Mammoeten
1.3.2.2 Hoe wordt een basenvolgorde in DNA genoteerd
Bovenste streng in de 5’ naar 3’ richting
Onderste streng hoeft niet genoteerd te worden
1.3.2.3 Wat is een palindromische sequentie?
Zie p. 27
1.3.2.4 Hoe kan DNA bestudeerd worden?
A. Absorptie en hybridisatie
DNA absorbeert UV licht (260nm) maximale lichtabsorptie
Basen absorberen minder in dubbelstrengig DNA dan in enkelstrengig DNA
Absorptie van een DNA-oplossing stijgt bij toenemende T hyperchromiciteit van
enkelstrengig DNA
