Hoofdstuk 8 Moleculaire genetica
De spiraalstructuur van DNA bestaan uit twee complementaire strengen.
Inmiddels is duidelijk dat het erfelijk materiaal van alle organismen (bacteriën,
schimmels, planten, dieren en virussen) bestaat ut de nucleïnezuren (DNA of
RNA). Ze bepalen welke eiwitten er in lichaam worden aangemaakt.
§8.1 De structuur van DNA
Het erfelijk materiaal van een organisme is opgeslagen in de kern in de vorm van
chromatine. Chromatine bestaat uit DNA en bepaalde eiwitten (histonen).
Nucleosomen zijn de plaatsen waar de DNA-streng zich om de histonen windt. De
nucleosomen zijn met elkaar verbonden door stukjes los DNA. Nucleosomen
hebben twee belangrijke doelen:
1. Ze zorgen ervoor dat het ongeveer 2 meter lange DNA-molecuul in de celkern
past (spiraliseren). 2. De code in het DNA rond de nucleosomen is als het ware
afgeschermd, waardoor deze delen van het DNA niet gebruikt worden als ze niet
nodig zijn in cellen.
Bepaalde enzymen kunnen een nucleosoom verschuiven, zodat dan weer andere
delen van het DNA afgeschermd worden.
Tussen twee celdelingen in is chromatine onder de lichtmicroscoop zichtbaar als
een korrelige structuur in de celkern. De korrelige structuur wordt veroorzaakt,
doordat op sommige plaatsen de chromatine heel dicht opeengepakt is en
inactief (heterochromatine) en op andere plaatsen veel minder compact en actief
(euchromatine). Wanneer een lichaamscel zich deelt, wordt het erfelijk materiaal
zichtbaar in de vorm van draadvormige structuren, de chromosomen. Deze
bestaan uit zeer sterk gespiraliseerd chromatine.
DNA is een polymeer van een heel lange keten van nucleotiden. Elke nucleotide
bestaat uit een suiker (desoxyribose), een fosfaatgroep en een stikstofbase. Er
zijn vier verschillende stikstofbasen: adenine (A), thymine (T), guanine (G) en
cytosine (C). De desoxyribosemoleculen zijn onderling met elkaar verbonden
door de fosfaatgroepen.
Omdat stikstofbasen met elkaar
verbonden zijn (A-T, G-C) noem je
het complementaire basen. Ze
worden onderling met elkaar
verbonden door
waterstofbruggen. De lange zijden
van de ladder worden gevormd
door de ketens van fosfaat-
desoxyribose-fosfaat-
desoxyribose… etc. Het O-atoom
van desoxyribose ligt in de ene
keten de ene kant uit gericht en in de andere keten de andere kant uit gericht.
Dit heeft te maken met hoe de afzonderlijke nucleotiden bij de vorming van het
DNA aan elkaar gekoppeld worden (altijd in de richt van het 5’ C-atoom van
desoxyribose naar het 3’ C-atoom ribose.
Een stukje DNA dat de erfelijke code bevat om één of meer eiwitten te
synthetiseren, heet een gen. Een gen levert de instructie voor een opbouw van
een bepaald eiwit (vaak een enzym) en daarmee voor een erfelijke eigenschap
van een organisme.
, Replicatie: verdubbeling van het DNA
Vóór een celdeling, in de interfase, verdubbelt het DNA. Het enzym helicase
verbreekt de waterstofbruggen tussen beide DNA-ketens (bij specifieke
nucleotidevolgorde). De plaats waar het openritsen begint, ziet eruit als een Y-
vormige structuur en wordt de replicatievork genoemd. Het enzym DNA-
polymerase koppelt de nucleotiden aan elkaar. Dit enzym ‘leest’ de DNA-
volgorde af in de 3’-5’-richting. Dat betekent dat de nieuwe DNA-keten in de 5’-
3’-richting wordt gevormd. Omdat de complementaire DNA-ketens een
tegenovergestelde richting hebben, wordt langs de ene keten, de ‘leidende
streng’ nieuw DNA continu gevormd. Langs de andere keten, de ‘volgende
streng’.
Polymerase-kettingreactie
De polymerase-kettingreactie (PCR) is een methode om in het laboratorium
kleine stukjes DNA heel vaak te kopiëren tot er genoeg van is om DNA te bouwen
en analyseren. Hiervoor nodig is DNA-polymerase, stuk DNA dat gekopieerd
moet worden, veel nucleotiden en kleine beginnetjes (primers) van waaruit de
polymerisatie kan starten. Primer is een stukje enkelstrengs DNA dat op de
begin- of eindnucleotiden van het te kopiëren DNA past. Er zijn twee nodig (begin
en eind).
Tijdens de zogenoemde PCR-cyclus wordt het stukje DNA in 4 seconden één keer
gekopieerd. 3 stappen:
1. DNA wordt verhit (95°C) waardoor het denatureert en de twee DNA-strengen
uit elkaar gaan. 2. De temperatuur verlaagd en de primers worden toegevoegd.
3. Temperatuur naar 72°C en DNA-polymerase en de nucleotiden worden
toegevoegd. Vanuit de primers worden langs de enkelstrengen DNA nieuwe
strengen DNA gevormd (verlenging). Als de temperatuur te laag is, wordt het
DNA weer dubbelstrengs. Als het te hoog wordt
denatureert het DNA-polymerase (afkomstig van
bacteriën).
Het belangrijkste principe in de genetica, de
selectieve binding van A naar T en van C naar G,
vormt de grondslag van de celdeling en de
voortplanting, kortom van het biologisch leven zelf.
Elk nieuw gevormde streng kan weer de matrijs
vormen voor een nieuwe kopie. PCR-methode heeft
doeleinden zoals: kloneren van DNA van een
organisme voor een ander organisme, bij
forensisch onderzoek, om verwantschap na te gaan
of bij infectieziekten de ziekteverwekker aan te
tonen.
Sequensen
DNA-sequensen is het vaststellen van de
nucleotidenvolgorde van een stuk DNA. Door
steeds snellere sequensiemethodes wordt het
genoom van steeds meer soorten bekend. Bij het
sequensen worden er heel veel ‘gewone’
nucleotiden en een geringer (minder)
dideoxynucleotiden toegevoegd. Een dideoxynucleotide lijkt op een normaal
nucleotide, maar heeft een H-groep in plaats van een OH-groep aan het ‘3-eind.
Zodra een dideoxynucleotide wordt ingebouwd, stopt de replicatie. Bij het
De spiraalstructuur van DNA bestaan uit twee complementaire strengen.
Inmiddels is duidelijk dat het erfelijk materiaal van alle organismen (bacteriën,
schimmels, planten, dieren en virussen) bestaat ut de nucleïnezuren (DNA of
RNA). Ze bepalen welke eiwitten er in lichaam worden aangemaakt.
§8.1 De structuur van DNA
Het erfelijk materiaal van een organisme is opgeslagen in de kern in de vorm van
chromatine. Chromatine bestaat uit DNA en bepaalde eiwitten (histonen).
Nucleosomen zijn de plaatsen waar de DNA-streng zich om de histonen windt. De
nucleosomen zijn met elkaar verbonden door stukjes los DNA. Nucleosomen
hebben twee belangrijke doelen:
1. Ze zorgen ervoor dat het ongeveer 2 meter lange DNA-molecuul in de celkern
past (spiraliseren). 2. De code in het DNA rond de nucleosomen is als het ware
afgeschermd, waardoor deze delen van het DNA niet gebruikt worden als ze niet
nodig zijn in cellen.
Bepaalde enzymen kunnen een nucleosoom verschuiven, zodat dan weer andere
delen van het DNA afgeschermd worden.
Tussen twee celdelingen in is chromatine onder de lichtmicroscoop zichtbaar als
een korrelige structuur in de celkern. De korrelige structuur wordt veroorzaakt,
doordat op sommige plaatsen de chromatine heel dicht opeengepakt is en
inactief (heterochromatine) en op andere plaatsen veel minder compact en actief
(euchromatine). Wanneer een lichaamscel zich deelt, wordt het erfelijk materiaal
zichtbaar in de vorm van draadvormige structuren, de chromosomen. Deze
bestaan uit zeer sterk gespiraliseerd chromatine.
DNA is een polymeer van een heel lange keten van nucleotiden. Elke nucleotide
bestaat uit een suiker (desoxyribose), een fosfaatgroep en een stikstofbase. Er
zijn vier verschillende stikstofbasen: adenine (A), thymine (T), guanine (G) en
cytosine (C). De desoxyribosemoleculen zijn onderling met elkaar verbonden
door de fosfaatgroepen.
Omdat stikstofbasen met elkaar
verbonden zijn (A-T, G-C) noem je
het complementaire basen. Ze
worden onderling met elkaar
verbonden door
waterstofbruggen. De lange zijden
van de ladder worden gevormd
door de ketens van fosfaat-
desoxyribose-fosfaat-
desoxyribose… etc. Het O-atoom
van desoxyribose ligt in de ene
keten de ene kant uit gericht en in de andere keten de andere kant uit gericht.
Dit heeft te maken met hoe de afzonderlijke nucleotiden bij de vorming van het
DNA aan elkaar gekoppeld worden (altijd in de richt van het 5’ C-atoom van
desoxyribose naar het 3’ C-atoom ribose.
Een stukje DNA dat de erfelijke code bevat om één of meer eiwitten te
synthetiseren, heet een gen. Een gen levert de instructie voor een opbouw van
een bepaald eiwit (vaak een enzym) en daarmee voor een erfelijke eigenschap
van een organisme.
, Replicatie: verdubbeling van het DNA
Vóór een celdeling, in de interfase, verdubbelt het DNA. Het enzym helicase
verbreekt de waterstofbruggen tussen beide DNA-ketens (bij specifieke
nucleotidevolgorde). De plaats waar het openritsen begint, ziet eruit als een Y-
vormige structuur en wordt de replicatievork genoemd. Het enzym DNA-
polymerase koppelt de nucleotiden aan elkaar. Dit enzym ‘leest’ de DNA-
volgorde af in de 3’-5’-richting. Dat betekent dat de nieuwe DNA-keten in de 5’-
3’-richting wordt gevormd. Omdat de complementaire DNA-ketens een
tegenovergestelde richting hebben, wordt langs de ene keten, de ‘leidende
streng’ nieuw DNA continu gevormd. Langs de andere keten, de ‘volgende
streng’.
Polymerase-kettingreactie
De polymerase-kettingreactie (PCR) is een methode om in het laboratorium
kleine stukjes DNA heel vaak te kopiëren tot er genoeg van is om DNA te bouwen
en analyseren. Hiervoor nodig is DNA-polymerase, stuk DNA dat gekopieerd
moet worden, veel nucleotiden en kleine beginnetjes (primers) van waaruit de
polymerisatie kan starten. Primer is een stukje enkelstrengs DNA dat op de
begin- of eindnucleotiden van het te kopiëren DNA past. Er zijn twee nodig (begin
en eind).
Tijdens de zogenoemde PCR-cyclus wordt het stukje DNA in 4 seconden één keer
gekopieerd. 3 stappen:
1. DNA wordt verhit (95°C) waardoor het denatureert en de twee DNA-strengen
uit elkaar gaan. 2. De temperatuur verlaagd en de primers worden toegevoegd.
3. Temperatuur naar 72°C en DNA-polymerase en de nucleotiden worden
toegevoegd. Vanuit de primers worden langs de enkelstrengen DNA nieuwe
strengen DNA gevormd (verlenging). Als de temperatuur te laag is, wordt het
DNA weer dubbelstrengs. Als het te hoog wordt
denatureert het DNA-polymerase (afkomstig van
bacteriën).
Het belangrijkste principe in de genetica, de
selectieve binding van A naar T en van C naar G,
vormt de grondslag van de celdeling en de
voortplanting, kortom van het biologisch leven zelf.
Elk nieuw gevormde streng kan weer de matrijs
vormen voor een nieuwe kopie. PCR-methode heeft
doeleinden zoals: kloneren van DNA van een
organisme voor een ander organisme, bij
forensisch onderzoek, om verwantschap na te gaan
of bij infectieziekten de ziekteverwekker aan te
tonen.
Sequensen
DNA-sequensen is het vaststellen van de
nucleotidenvolgorde van een stuk DNA. Door
steeds snellere sequensiemethodes wordt het
genoom van steeds meer soorten bekend. Bij het
sequensen worden er heel veel ‘gewone’
nucleotiden en een geringer (minder)
dideoxynucleotiden toegevoegd. Een dideoxynucleotide lijkt op een normaal
nucleotide, maar heeft een H-groep in plaats van een OH-groep aan het ‘3-eind.
Zodra een dideoxynucleotide wordt ingebouwd, stopt de replicatie. Bij het
