Samenvatting Biochemie “Moleculaire biologie”
H16: Nucleic acids and inheritance
Wetenschappers en ontdekkingen
DNA (deoxyribonucleic acid): molecuul dat erfelijke informatie bevat en instructies geeft voor
hoe het lichaam functioneert. Het wordt gekopieerd in alle cellen van het lichaam en codeert
voornamelijk voor eiwitten die betrokken zijn bij bijna alle processen in het lichaam.
James Watson en Francis Crick hebben in 1953 het dubbelhelix-
model voor de structuur van het DNA geïntroduceerd. In de 20e
eeuw was het identificeren van het molecuul dat erfelijkheid
draagt een grote uitdaging voor biologen. Nadat T.H. Morgan’s
groep aantoonde dat genen op chromosomen liggen, werden
zowel DNA als eiwitten beschouwd als mogelijke dragers van
genetisch materiaal. De rol van DNA in de erfelijkheid werd voor
het eerst ontdekt door het bestuderen van bacteriën, en de virussen die deze bacteriën
infecteren (bacteriofaag). Deze bacterie-infecterende virussen worden veel gebruikt in de
moleculaire biologie. Dit gebeurde rond 1944-1952.
De ontdekking van de genetisch rol van DNA begon met
een onderzoek van Frederick Gri ith in 1928. Gri ith
werkte met twee verschillende typen bacteriën van
dezelfde soort, 1 pathogeen en de andere niet gevaarlijk.
Toen hij dode restanten van het pathogene type mixte met
het ongevaarlijke type, werden sommige toch pathogeen.
Dit noemde hij transformatie.
Transformatie: het proces waarbij bacteriën genetisch
materiaal van een andere bron opnemen en hierdoor
nieuwe eigenschappen krijgen.
Oswald Avery, Maclyn McCarty en Colin MacLeod kondigden in 1944 aan dat de
transformerende-stof DNA was. Deze conclusie was vooral gebaseerd op het eerder genoemde
experiment met bacteriën. Ondanks het bewijs
was hier nog veel discussie over. Verder bewijs
kwam toen Alfred Hershey en Martha Chase
experimenten uitvoerden die lieten zien dat
DNA het genetische materiaal van de T2-
bacteriofaag was, en niet de eiwitten van de T2-
bacteriofaag. Dit experiment liet zien dat maar
1 van de 2 componenten van T2 (DNA of eiwit)
E.coli binnenging tijdens een infectie, dit bleek
het DNA te zijn. Ze concludeerden dat het
geinjecteerde DNA van de bacteriofaag E.coli
voorzag van bepaalde genetische informatie.
,Het was het al bekend (sinds 1930) dat DNA bestaat uit een
polymeer van nucleotiden, die elk bestaan uit een stikstofbase, een
suikergroep en een fosfaat groep.
Erwin Charga legde in 1950 vast dat de DNA compositie varieert
tussen verschillende soorten organismen. Dit bewijs maakte DNA
een logischere candidaat als drager van genetisch materiaal. 2
waarnemingen werden bekend als charga ’s regels (zie tabel als
voorbeeld):
De hoeveelheid adenine (A) is gelijk aan thymine (T) in elke soort (A = T).
De hoeveelheid guanine (G) is gelijk aan cytosine
(C) in elke soort (G = C).
De verhouding van A/T en G/C kan variëren tussen
verschillende soorten.
De basis van deze regels werden pas begrepen tijdens de
ontdekking van het dubbel-helix model.
Structuur van DNA
DNA bestaat uit nucleotiden, die de bouwstenen zijn van het
DNA-molecuul. Elke nucleotide bestaat uit drie componenten:
1. Stikstofbase: er zijn vier verschillende stikstofbasen:
Adenine (A), Thymine (T), Cytosine (C) en Guanine (G).
2. Suikergroep: dit is een vijfkoolstofsuiker genaamd
deoxyribose in DNA.
3. Fosfaatgroep: een fosfaatgroep (PO4) die de verbinding
vormt tussen de suikermoleculen van verschillende
nucleotiden.
De nucleotiden verbinden zich met elkaar om een lange keten te
vormen. Twee van deze ketens draaien rond elkaar en vormen de
dubbel-helix-structuur van DNA. Er zijn 2 uiteindes:
5’-uiteinde: het uiteinde van het DNA-molecuul waar een fosfaatgroep (PO4) zit die
verbonden is met 5’-koolstof van de suikergroep deoxyribose.
3’-uiteinde: het uiteinde waar de hydroxylgroep
(OH) zit, verbonden met de 3’-koolstof van de suiker.
Deze structuur is ontdekt door Maurice Wilkins en Rosalind
Franklin. Ze gebruikten Röntgendi ractie met DNA-
kristallen om de 3D-structuur van DNA te achterhalen. Dit
deden ze aan de hand van een foto die ze gemaakt hebben
met deze techniek, die suggereerde dat DNA uit 2 strengen
bestaat; een dubbele helix.
,Watson en Crick bouwden modellen van een dubbele helix-structuur aan de
hand van röntgenfoto’s en de opbouw van DNA-strengen. Franklin had al
bepaald dat de 2 buitenste suiker en fosfaat groepen de backbone
(ruggengraat) vormen van het DNA, waar de stikstofbasen aan vast zitten aan
de binnenkant. Watson ontwikkelde een model waarbij de backbones
antiparallel aan elkaar lopen (beide andere kant op).
Door naar de uniforme breedte van het DNA-molecuul te kijken ontdekten
Watson en Crick dat de combinaties van A/T en C/G stikstofbasen voor die
uniforme breedte zorgt (ze dachten eerst dat het A/A, C/C, etc. zou zijn. Dit kan
echter niet door de uniforme breedte). Het Watson-Crick model
verklaart de regel van Charga .
DNA-replicatie
DNA-replicatie: het proces waarbij een DNA-molecuul wordt
verdubbeld zodat er twee identieke kopieën ontstaan.
Het viel Watson en Crick op dat de specifieke base paren wijzen op een mogelijkheid om het
DNA te kopiëren. Dit komt doordat de twee strengen complementair zijn aan elkaar; elke streng
bevat genoeg informatie om een nieuwe streng te maken tijdens de replicatie.
Tijdens DNA-replicatie wordt het originele DNA-molecuul ontvouwen
en uit elkaar gehaald, zodat beide strengen kunnen dienen als
template voor het maken van een nieuwe, complementaire streng. Na
dit proces eindig je dus met 2 dubbele helixen die beide bestaan uit 1
originele en 1 nieuwe streng. Dit model van DNA-replicatie wordt ook
wel het semi conservatieve model genoemd. andere theorieën waren:
conservatieve model (de originele strengen blijven bij elkaar) en het
dispersieve model (elke streng is een mix van oud/nieuw).
Experimenten door Matthew Meselson en Franklin Stahl
ondersteunden het semi conservatieve model. Ze labelden de
nucleotiden van de originele strengen met een zware isotoop van
stikstof, terwijl nieuwe nucleotiden werden gelabeld met een lichtere
isotoop. Hierdoor konden de strengen gevolgd worden.
, DNA-replicatie bij prokaryoten:
Replicatie-vork: Y-vormige structuur waar het DNA wordt geopend en
gekopieerd tijdens replicatie.
Prokaryoten:
Bevatten circulair DNA.
Simpel en snel.
Vindt plaats in het cytoplasma.
Splits het circulaire DNA, vervolgens vindt
DNA replicatie plaats.
Eindigt in 2 circulaire DNA-moleculen.
Eukaryoten:
Bevatten lineair DNA (meerdere
chromosomen).
Complex en trager dan bij prokaryoten.
Vindt plaats in de celkern.
Start op meerdere plaatsen tegelijk op het
DNA.
Strengen worden gescheiden, elk wordt
gekopieerd.
Eindigt in twee identieke sets van lineair DNA (chromosomen).
H16: Nucleic acids and inheritance
Wetenschappers en ontdekkingen
DNA (deoxyribonucleic acid): molecuul dat erfelijke informatie bevat en instructies geeft voor
hoe het lichaam functioneert. Het wordt gekopieerd in alle cellen van het lichaam en codeert
voornamelijk voor eiwitten die betrokken zijn bij bijna alle processen in het lichaam.
James Watson en Francis Crick hebben in 1953 het dubbelhelix-
model voor de structuur van het DNA geïntroduceerd. In de 20e
eeuw was het identificeren van het molecuul dat erfelijkheid
draagt een grote uitdaging voor biologen. Nadat T.H. Morgan’s
groep aantoonde dat genen op chromosomen liggen, werden
zowel DNA als eiwitten beschouwd als mogelijke dragers van
genetisch materiaal. De rol van DNA in de erfelijkheid werd voor
het eerst ontdekt door het bestuderen van bacteriën, en de virussen die deze bacteriën
infecteren (bacteriofaag). Deze bacterie-infecterende virussen worden veel gebruikt in de
moleculaire biologie. Dit gebeurde rond 1944-1952.
De ontdekking van de genetisch rol van DNA begon met
een onderzoek van Frederick Gri ith in 1928. Gri ith
werkte met twee verschillende typen bacteriën van
dezelfde soort, 1 pathogeen en de andere niet gevaarlijk.
Toen hij dode restanten van het pathogene type mixte met
het ongevaarlijke type, werden sommige toch pathogeen.
Dit noemde hij transformatie.
Transformatie: het proces waarbij bacteriën genetisch
materiaal van een andere bron opnemen en hierdoor
nieuwe eigenschappen krijgen.
Oswald Avery, Maclyn McCarty en Colin MacLeod kondigden in 1944 aan dat de
transformerende-stof DNA was. Deze conclusie was vooral gebaseerd op het eerder genoemde
experiment met bacteriën. Ondanks het bewijs
was hier nog veel discussie over. Verder bewijs
kwam toen Alfred Hershey en Martha Chase
experimenten uitvoerden die lieten zien dat
DNA het genetische materiaal van de T2-
bacteriofaag was, en niet de eiwitten van de T2-
bacteriofaag. Dit experiment liet zien dat maar
1 van de 2 componenten van T2 (DNA of eiwit)
E.coli binnenging tijdens een infectie, dit bleek
het DNA te zijn. Ze concludeerden dat het
geinjecteerde DNA van de bacteriofaag E.coli
voorzag van bepaalde genetische informatie.
,Het was het al bekend (sinds 1930) dat DNA bestaat uit een
polymeer van nucleotiden, die elk bestaan uit een stikstofbase, een
suikergroep en een fosfaat groep.
Erwin Charga legde in 1950 vast dat de DNA compositie varieert
tussen verschillende soorten organismen. Dit bewijs maakte DNA
een logischere candidaat als drager van genetisch materiaal. 2
waarnemingen werden bekend als charga ’s regels (zie tabel als
voorbeeld):
De hoeveelheid adenine (A) is gelijk aan thymine (T) in elke soort (A = T).
De hoeveelheid guanine (G) is gelijk aan cytosine
(C) in elke soort (G = C).
De verhouding van A/T en G/C kan variëren tussen
verschillende soorten.
De basis van deze regels werden pas begrepen tijdens de
ontdekking van het dubbel-helix model.
Structuur van DNA
DNA bestaat uit nucleotiden, die de bouwstenen zijn van het
DNA-molecuul. Elke nucleotide bestaat uit drie componenten:
1. Stikstofbase: er zijn vier verschillende stikstofbasen:
Adenine (A), Thymine (T), Cytosine (C) en Guanine (G).
2. Suikergroep: dit is een vijfkoolstofsuiker genaamd
deoxyribose in DNA.
3. Fosfaatgroep: een fosfaatgroep (PO4) die de verbinding
vormt tussen de suikermoleculen van verschillende
nucleotiden.
De nucleotiden verbinden zich met elkaar om een lange keten te
vormen. Twee van deze ketens draaien rond elkaar en vormen de
dubbel-helix-structuur van DNA. Er zijn 2 uiteindes:
5’-uiteinde: het uiteinde van het DNA-molecuul waar een fosfaatgroep (PO4) zit die
verbonden is met 5’-koolstof van de suikergroep deoxyribose.
3’-uiteinde: het uiteinde waar de hydroxylgroep
(OH) zit, verbonden met de 3’-koolstof van de suiker.
Deze structuur is ontdekt door Maurice Wilkins en Rosalind
Franklin. Ze gebruikten Röntgendi ractie met DNA-
kristallen om de 3D-structuur van DNA te achterhalen. Dit
deden ze aan de hand van een foto die ze gemaakt hebben
met deze techniek, die suggereerde dat DNA uit 2 strengen
bestaat; een dubbele helix.
,Watson en Crick bouwden modellen van een dubbele helix-structuur aan de
hand van röntgenfoto’s en de opbouw van DNA-strengen. Franklin had al
bepaald dat de 2 buitenste suiker en fosfaat groepen de backbone
(ruggengraat) vormen van het DNA, waar de stikstofbasen aan vast zitten aan
de binnenkant. Watson ontwikkelde een model waarbij de backbones
antiparallel aan elkaar lopen (beide andere kant op).
Door naar de uniforme breedte van het DNA-molecuul te kijken ontdekten
Watson en Crick dat de combinaties van A/T en C/G stikstofbasen voor die
uniforme breedte zorgt (ze dachten eerst dat het A/A, C/C, etc. zou zijn. Dit kan
echter niet door de uniforme breedte). Het Watson-Crick model
verklaart de regel van Charga .
DNA-replicatie
DNA-replicatie: het proces waarbij een DNA-molecuul wordt
verdubbeld zodat er twee identieke kopieën ontstaan.
Het viel Watson en Crick op dat de specifieke base paren wijzen op een mogelijkheid om het
DNA te kopiëren. Dit komt doordat de twee strengen complementair zijn aan elkaar; elke streng
bevat genoeg informatie om een nieuwe streng te maken tijdens de replicatie.
Tijdens DNA-replicatie wordt het originele DNA-molecuul ontvouwen
en uit elkaar gehaald, zodat beide strengen kunnen dienen als
template voor het maken van een nieuwe, complementaire streng. Na
dit proces eindig je dus met 2 dubbele helixen die beide bestaan uit 1
originele en 1 nieuwe streng. Dit model van DNA-replicatie wordt ook
wel het semi conservatieve model genoemd. andere theorieën waren:
conservatieve model (de originele strengen blijven bij elkaar) en het
dispersieve model (elke streng is een mix van oud/nieuw).
Experimenten door Matthew Meselson en Franklin Stahl
ondersteunden het semi conservatieve model. Ze labelden de
nucleotiden van de originele strengen met een zware isotoop van
stikstof, terwijl nieuwe nucleotiden werden gelabeld met een lichtere
isotoop. Hierdoor konden de strengen gevolgd worden.
, DNA-replicatie bij prokaryoten:
Replicatie-vork: Y-vormige structuur waar het DNA wordt geopend en
gekopieerd tijdens replicatie.
Prokaryoten:
Bevatten circulair DNA.
Simpel en snel.
Vindt plaats in het cytoplasma.
Splits het circulaire DNA, vervolgens vindt
DNA replicatie plaats.
Eindigt in 2 circulaire DNA-moleculen.
Eukaryoten:
Bevatten lineair DNA (meerdere
chromosomen).
Complex en trager dan bij prokaryoten.
Vindt plaats in de celkern.
Start op meerdere plaatsen tegelijk op het
DNA.
Strengen worden gescheiden, elk wordt
gekopieerd.
Eindigt in twee identieke sets van lineair DNA (chromosomen).
