BASISCONCEPTEN van de MOLECULAIRE BIOLOGIE
1 Grondleggers van de moleculaire biologie.
1.1 Inzichten in de natuur van het erfelijk materiaal
1.1.1 De wetten van Mendel
Monnik deed aan artificiële kruisbestuiving v erwtenplanten
Monohybride kruising = slechts 1 kenmerk gevolgd in de F1
Nooit ‘vermenging’ v kenmerken, maar ene dominant en andere recessief => 3:1 ratio
3 erfelijkheidswetten:
o De uniformiteitswet: alle F1 van raszuivere (homozygote) P zijn uniform en hebben
dominante fenotype
o De splitsingswet of wet der segregatie: bij vorming vd gameten splitsen gepaarde
erfelijkheidsdeterminanten zich zodanig dat de kans dat een gameet 1 v beide
determinanten bevat even groot is
o De onafhankelijkheidswet: bij vorming vd gameten is de segregatie v beide leden v/e paar
v erfelijkheidsdeterminanten onafhankelijk van de segregatie v andere paren v
erfelijkhdeterminanten
1.1.2 Chromosomen zijn de dragers van erfelijke kenmerken
Walther Flemming: ontw v cytologische kleuringen om intracellulair zichtb te maken
- Oa kleuring vo chromatine te bestuderen
- Toonde voor het eerst het bestaan v chromosomen aan
- Leidde sequentie v chromosoombewegingen tijdens mitose af
- Merkte op dat chromosomen gesplitst worden tijdens mitose en dat die verdeeld werden over
dochtercellen
Theodor Boveri: gebruikte spoelworm want grote cellen en slechts 2 p chromosomen
- Bij maturatie v eicellen: aantal chromosomen v 4 nr 2 => meiose
Gebruikte ook een zee-egel
- Eicellen en zaadcellen zijn halve set vh aantal chromosomen dat in somatische cellen aanwezig
is (haploïd), volledige set = diploïd (na bevruchting dus)
- Afwijking vh normaal aantal chromosomen => ontwikkelingsdefecten
Walter Sutton: gebruikte sprinkhanen
- Die heeft 11 paar chromosomen en 1 ongepaard chromosoom: die bepaald voor geslacht
- Realiseerde zich dat zijn observaties consistent waren met bevindingen van Mendel => rol v
chromosomen in erfelijkh aangetoond
- Genetische variatie verklaart: positionering v homologe chromosomen tijdens metafase is
volledig willekeurig, gedroegen zich onafh vd andere
Tot nu nog gn bewijs vo rol v chromosomen als dragers v erfelijke info
1
,Thomas Hunt Morgan: fruitvliegjes
- Mutatie: veranderde oogkleur bij mannetjes, overervingspatroon verschilde tuss man/vrouw
- Gen v oogkleur lag op X chromosoom en mutante allel is recessief
- Vrouwtjes moesten dus al allel op beide chromosomen tegelijk hebben voordat witte ogen
= theorie v chromosomale overerving
1.1.3 DNA is het "transforming principle".
Friedrich Miescher: isoleerde substantie uit celkernen die heel andere fysicochemische eig bezt =
nucleïne
Phoebus Levene: analyseerde chemische samenstelling v nucleïnezuren uit gisten
- Nucleotide bestaat uit suiker, base ( A C G T) en een fosfaatgroep
- Dacht dat DNA tetranucleotide was en dat eiwitten de echte erfelijkhheidsdragers waren
Frederick Griffith:
- Werkte met bacteriën: stam R (rough) en stam S (smooth)
- S bezat polysaccharidenmantel (beschermt tegen afweermechanismen => muizen kregen
longontsteking)
- Injectie met dode S => muis leeft
- Injectie met dode S en levende R => dode muis met daarin levende S bacteriën
Levende R hadden transformerende factor (transforming principle) overgenomen vd dode S
bacteriën => veranderden in S bacteriën
Avery, McCarthy, MacLeod: op zoek nr biochemische identiteit v transforming principle
- S bacteriën doden en behandelen met enzymen en dan combineren met levende R bacteriën
o Proteasen: levende S cellen aanwezig
o Ribonucleasen: levende S cellen aanwezig
o Desoxyribonucleasen: gn S cellen
DNA is transformerende factor
Alfred Hershey en Martha Chase: bacteriofaag experiment
- = virussen die bacteriën infecteren
- Maakten gebruik v radioisotopen om te kijken nr substantie die wordt geïnfecteerd in de bacteriën
(die bevat genetisch materiaal)
- Zo bewijs dat DNA de erfelijkheidsdrager is
1.2 Een model voor de structuur van DNA.
Erwin Chargaff: analyseerde basensamenstelling: A T C G nt in gelijke hoeveelh aanwezig
- Hoev A altijd gelijk aan hoev T, zelfde bij C en G = regel van Chargaff
James Watson en Francis Crick: dubbele helix model, gebaseerd op X-straal diffractie van Rosalind
Franklin, die werkte voor Maurice Wilkins
Model v Watson en Crick: methode van Linus Pauling (moleculaire afstanden en hoeken) toegepast
2
, 1.3 Het centrale dogma
Info in DNA via RNA intermediair doorgegeven aan eiwit => DNA codeert vo
RNA dat codeert vo eiwit, eens info in eiwit kan ze er niet meer uit
2 De structuur van DNA.
2.1 De primaire structuur van DNA.
DNA = polymeer v nucleotide bouwstenen
- Nucleotide= suiker met pentose, fosfaatgroep en een stikstofhoudende base
- Pentose in DNA is altijd desoxyribose
- Esterbinding met fosfaatgroep is op 5’, koppeling vd base is op 1’
- Purines: A en G: bevatten 2 koolstof-stikstof ringen
- Pyrimidines: C en T (en U): bevatten een enkele ringstructuur
- Fosfaatgroep zorgt vo zure karakter v DNA
- Gevormd door 3 stappen:
o Nucleoside => nucleotide => lange keten met fosfodiësterbinding ofwel 5’-3’
fosfodiësterbinding
- Lengte gemeten in basenparen (bp)
- Oligonucleotiden = korte enkelstrengige DNA moleculen in labo gebruikt
2.2 De secundaire structuur van DNA.
- Complementaire basenparing ofwel ‘Whatson-Crick’
- Zwakke krachten: H bruggen
- Basen: apolair, zeer slecht oplosbaar, eens ingebouwd wel oplosbaar
- Base stacking en zo H moleculen uit binnenste v helix verdrijven
- Eens dicht op elkaar, gestabiliseerd door elektrostatische interacties (VDWaals)
- Grote en kleine groeves zijn er doordat suiker-fosfaat ruggengraten nt op gelijke afstand v elkaar
liggen doordat 2 glycosidische bindingen die basenp verbinden met desoxyribose suikers nt
perfect over elkaar liggen
- B-DNA: whatson en crick structuur
- A-DNA: alternatieve helix configuratie, meer compact, in labo’s
3
, 2.3 Denaturatie en renaturatie
- H bruggen verbroken, fosfodiësterbindingen intact
- Hyperchromiciteit = tijdens smelten v DNA neemt zijn capaciteit om UVlicht te absorberen toe
- Tm = smeltT = t waarbij helft vd bp in dubbelstrengige DNA gedenatureerd is
o Sterk bep door G-C gehalte
- Denaturatie bevorderd door verlaging v zoutconc (minder kationen om neg lading v fosfaatgroep
te neutraliseren)
- Wnr afkoeling: renaturatie / annealing door hybridisatie
o Renaturatiesnelh bep door DNA conc, ionen conc, T, complexiteit v hybriserende DNAs
o Cot curves: snelh v DNA stalen vergelijken
▪ Y-as: fractie dna die nog gedenatureerd is
▪ X-as: initiele conc DNA en tijd waarop C wordt bepaald in product (dus C0*t)
2.4 De tertiaire structuur van DNA.
- Supercoiling
- ‘positieve’ en ‘negatieve’ supercoiling
3 Genoom organisatie en evolutie.
3.1 Vele genoomsequenties zijn ontrafeld
Genoom = gen en chromosoom = geheel aan genetische info v organisme
Elke somatische cel: diploïd, 23paar chromosomen
- Uitzonderingen:
o Gameten: haploïd
o RBC: gn kern
o B en T cellen: recombinatie
o tumorcellen
3.2 Variaties in genoomorganisatie.
- Ook RNA erin bij veel virussen
- Enkelstrengig of dubbel
- Circulair of lineair
- Polyploïdie: hot volledige genoom gedupliceerd bij planten bv, vooral cultuurgewassen
Wat is een gen?
- Sterk functionele code
- Gescheiden van elkaar door spacer DNA
- Exonen en intronen
- Vgl Ecoli en S cerevisiae: prokaryoot is veel eenvoudiger
4
1 Grondleggers van de moleculaire biologie.
1.1 Inzichten in de natuur van het erfelijk materiaal
1.1.1 De wetten van Mendel
Monnik deed aan artificiële kruisbestuiving v erwtenplanten
Monohybride kruising = slechts 1 kenmerk gevolgd in de F1
Nooit ‘vermenging’ v kenmerken, maar ene dominant en andere recessief => 3:1 ratio
3 erfelijkheidswetten:
o De uniformiteitswet: alle F1 van raszuivere (homozygote) P zijn uniform en hebben
dominante fenotype
o De splitsingswet of wet der segregatie: bij vorming vd gameten splitsen gepaarde
erfelijkheidsdeterminanten zich zodanig dat de kans dat een gameet 1 v beide
determinanten bevat even groot is
o De onafhankelijkheidswet: bij vorming vd gameten is de segregatie v beide leden v/e paar
v erfelijkheidsdeterminanten onafhankelijk van de segregatie v andere paren v
erfelijkhdeterminanten
1.1.2 Chromosomen zijn de dragers van erfelijke kenmerken
Walther Flemming: ontw v cytologische kleuringen om intracellulair zichtb te maken
- Oa kleuring vo chromatine te bestuderen
- Toonde voor het eerst het bestaan v chromosomen aan
- Leidde sequentie v chromosoombewegingen tijdens mitose af
- Merkte op dat chromosomen gesplitst worden tijdens mitose en dat die verdeeld werden over
dochtercellen
Theodor Boveri: gebruikte spoelworm want grote cellen en slechts 2 p chromosomen
- Bij maturatie v eicellen: aantal chromosomen v 4 nr 2 => meiose
Gebruikte ook een zee-egel
- Eicellen en zaadcellen zijn halve set vh aantal chromosomen dat in somatische cellen aanwezig
is (haploïd), volledige set = diploïd (na bevruchting dus)
- Afwijking vh normaal aantal chromosomen => ontwikkelingsdefecten
Walter Sutton: gebruikte sprinkhanen
- Die heeft 11 paar chromosomen en 1 ongepaard chromosoom: die bepaald voor geslacht
- Realiseerde zich dat zijn observaties consistent waren met bevindingen van Mendel => rol v
chromosomen in erfelijkh aangetoond
- Genetische variatie verklaart: positionering v homologe chromosomen tijdens metafase is
volledig willekeurig, gedroegen zich onafh vd andere
Tot nu nog gn bewijs vo rol v chromosomen als dragers v erfelijke info
1
,Thomas Hunt Morgan: fruitvliegjes
- Mutatie: veranderde oogkleur bij mannetjes, overervingspatroon verschilde tuss man/vrouw
- Gen v oogkleur lag op X chromosoom en mutante allel is recessief
- Vrouwtjes moesten dus al allel op beide chromosomen tegelijk hebben voordat witte ogen
= theorie v chromosomale overerving
1.1.3 DNA is het "transforming principle".
Friedrich Miescher: isoleerde substantie uit celkernen die heel andere fysicochemische eig bezt =
nucleïne
Phoebus Levene: analyseerde chemische samenstelling v nucleïnezuren uit gisten
- Nucleotide bestaat uit suiker, base ( A C G T) en een fosfaatgroep
- Dacht dat DNA tetranucleotide was en dat eiwitten de echte erfelijkhheidsdragers waren
Frederick Griffith:
- Werkte met bacteriën: stam R (rough) en stam S (smooth)
- S bezat polysaccharidenmantel (beschermt tegen afweermechanismen => muizen kregen
longontsteking)
- Injectie met dode S => muis leeft
- Injectie met dode S en levende R => dode muis met daarin levende S bacteriën
Levende R hadden transformerende factor (transforming principle) overgenomen vd dode S
bacteriën => veranderden in S bacteriën
Avery, McCarthy, MacLeod: op zoek nr biochemische identiteit v transforming principle
- S bacteriën doden en behandelen met enzymen en dan combineren met levende R bacteriën
o Proteasen: levende S cellen aanwezig
o Ribonucleasen: levende S cellen aanwezig
o Desoxyribonucleasen: gn S cellen
DNA is transformerende factor
Alfred Hershey en Martha Chase: bacteriofaag experiment
- = virussen die bacteriën infecteren
- Maakten gebruik v radioisotopen om te kijken nr substantie die wordt geïnfecteerd in de bacteriën
(die bevat genetisch materiaal)
- Zo bewijs dat DNA de erfelijkheidsdrager is
1.2 Een model voor de structuur van DNA.
Erwin Chargaff: analyseerde basensamenstelling: A T C G nt in gelijke hoeveelh aanwezig
- Hoev A altijd gelijk aan hoev T, zelfde bij C en G = regel van Chargaff
James Watson en Francis Crick: dubbele helix model, gebaseerd op X-straal diffractie van Rosalind
Franklin, die werkte voor Maurice Wilkins
Model v Watson en Crick: methode van Linus Pauling (moleculaire afstanden en hoeken) toegepast
2
, 1.3 Het centrale dogma
Info in DNA via RNA intermediair doorgegeven aan eiwit => DNA codeert vo
RNA dat codeert vo eiwit, eens info in eiwit kan ze er niet meer uit
2 De structuur van DNA.
2.1 De primaire structuur van DNA.
DNA = polymeer v nucleotide bouwstenen
- Nucleotide= suiker met pentose, fosfaatgroep en een stikstofhoudende base
- Pentose in DNA is altijd desoxyribose
- Esterbinding met fosfaatgroep is op 5’, koppeling vd base is op 1’
- Purines: A en G: bevatten 2 koolstof-stikstof ringen
- Pyrimidines: C en T (en U): bevatten een enkele ringstructuur
- Fosfaatgroep zorgt vo zure karakter v DNA
- Gevormd door 3 stappen:
o Nucleoside => nucleotide => lange keten met fosfodiësterbinding ofwel 5’-3’
fosfodiësterbinding
- Lengte gemeten in basenparen (bp)
- Oligonucleotiden = korte enkelstrengige DNA moleculen in labo gebruikt
2.2 De secundaire structuur van DNA.
- Complementaire basenparing ofwel ‘Whatson-Crick’
- Zwakke krachten: H bruggen
- Basen: apolair, zeer slecht oplosbaar, eens ingebouwd wel oplosbaar
- Base stacking en zo H moleculen uit binnenste v helix verdrijven
- Eens dicht op elkaar, gestabiliseerd door elektrostatische interacties (VDWaals)
- Grote en kleine groeves zijn er doordat suiker-fosfaat ruggengraten nt op gelijke afstand v elkaar
liggen doordat 2 glycosidische bindingen die basenp verbinden met desoxyribose suikers nt
perfect over elkaar liggen
- B-DNA: whatson en crick structuur
- A-DNA: alternatieve helix configuratie, meer compact, in labo’s
3
, 2.3 Denaturatie en renaturatie
- H bruggen verbroken, fosfodiësterbindingen intact
- Hyperchromiciteit = tijdens smelten v DNA neemt zijn capaciteit om UVlicht te absorberen toe
- Tm = smeltT = t waarbij helft vd bp in dubbelstrengige DNA gedenatureerd is
o Sterk bep door G-C gehalte
- Denaturatie bevorderd door verlaging v zoutconc (minder kationen om neg lading v fosfaatgroep
te neutraliseren)
- Wnr afkoeling: renaturatie / annealing door hybridisatie
o Renaturatiesnelh bep door DNA conc, ionen conc, T, complexiteit v hybriserende DNAs
o Cot curves: snelh v DNA stalen vergelijken
▪ Y-as: fractie dna die nog gedenatureerd is
▪ X-as: initiele conc DNA en tijd waarop C wordt bepaald in product (dus C0*t)
2.4 De tertiaire structuur van DNA.
- Supercoiling
- ‘positieve’ en ‘negatieve’ supercoiling
3 Genoom organisatie en evolutie.
3.1 Vele genoomsequenties zijn ontrafeld
Genoom = gen en chromosoom = geheel aan genetische info v organisme
Elke somatische cel: diploïd, 23paar chromosomen
- Uitzonderingen:
o Gameten: haploïd
o RBC: gn kern
o B en T cellen: recombinatie
o tumorcellen
3.2 Variaties in genoomorganisatie.
- Ook RNA erin bij veel virussen
- Enkelstrengig of dubbel
- Circulair of lineair
- Polyploïdie: hot volledige genoom gedupliceerd bij planten bv, vooral cultuurgewassen
Wat is een gen?
- Sterk functionele code
- Gescheiden van elkaar door spacer DNA
- Exonen en intronen
- Vgl Ecoli en S cerevisiae: prokaryoot is veel eenvoudiger
4
