Hoofdstuk 6: DNA-replicatie en
reparatie
Als een cel wil overleven in een chaotische omgeving, moet het in staat zijn om op de juiste wijze de
bepaalde hoeveelheid genetische informatie in zijn DNA te kopiëren. Dit fundamentele proces, DNA-
replicatie, moet gebeuren voordat een cel zich kan delen in twee genetisch identieke dochtercellen. Om
deze taak juist uit te voeren moet een staat ook in staat zijn om zijn genetisch materiaal te monitoren en
repareren.
Ondanks de moleculaire beveiligingen die zijn ontwikkeld om het DNA van een cel te beschermen tegen
het kopiëren van fouten en schade, komen permanente veranderingen (mutaties) soms voor. Ondanks dat
sommige mutaties het organisme niet zichtbaar beïnvloeden, hebben sommige mutaties diepgaande
gevolgen. Soms zijn deze in het voordeel van het organisme (resistentie bij bacteriën). Verder kunnen
mutaties kleine variaties die onder de individuele verschillen van dezelfde soort veroorzaken. Als deze
accumuleren over honderden miljoenen jaren is er een variëteit in genetisch materiaal waardoor de ene
persoon verschillend is van de andere.
Mutaties komen echter willekeurig voor en zijn dus vaker negatief dan positief, zoals in het geval van meer
dan duizend verschillende menselijke ziekten (kanker, bijvoorbeeld). De overlevingskans van een cel is
afhankelijk van het zo klein mogelijk houden van het aantal veranderingen in het DNA.
DNA-replicatie
Baseparen zorgen voor DNA-replicatie
DNA bestaat uit een dubbele helix met een volgorde van nucleotiden die complementair is aan de
nucleotidevolgorde van de partnerstreng. Elke streng kan daarom beschouwd worden als een sjabloon
voor de synthese van een nieuwe complementaire streng. Met andere woorden: als we de twee DNA-
strengen definiëren als S en S’, kan streng S dienen als sjabloon voor een nieuwe streng S’, waar streng S’
kan dienen als sjabloon voor een nieuwe streng S.
De mogelijkheid van elke DNA-streng van een DNA-molecuul om te dienen als sjabloon voor een
complementaire strengstelt een cel in staat om zijn genen te repliceren voordat deze worden doorgegeven
aan het nageslacht.
, DNA-replicatie produceert twee complete dubbele helices vanuit het
originele DNA-molecuul, waar elke nieuwe DNA-helix identiek is in de
nucleotidevolgorde aan die van de originele DNA-helix. Omdat elke
ouderstreng dient als sjabloon voor een nieuwe streng eindigt elk van
de dochter DNA-dubbele-helices met een van de originele strengen +
een streng die compleet nieuw is. Deze manier van replicatie is
semiconservatief.
DNA-synthese begint bij replicatie-origins
De dubbele DNA-helix is normaal erg stabiel: de twee DNA-strengen
zijn sterk verbonden door de grote hoeveelheid aan
waterstofbruggen tussen de basen van beide strengen. Resultaat
hiervan is dat temperaturen die die van kokend water naderen
genoeg warmte-energie leveren om de twee strengen te scheiden.
Echter kan de streng pas gebruikt worden als sjabloon als de dubbele
helix is opengebroken en de twee strengen zijn gescheiden. Hoe
gebeurt dit bij de temperatuur van levende cellen?
Het proces van DNA-synthese wordt geïnitieerd door initiatie-eiwitten
die binden aan specifieke DNA-sequenties: replicatie origins. Hier
trekken de initiatie-eiwitten de twee strengen los, waardoor de
waterstofbruggen tussen de basen worden verbroken. Ondanks dat
de waterstofbruggen de DNA-helix erg stabiel maken, is elke
waterstofbinding an sich erg zwak. Het verkorten van DNA met een
paar baseparen per keer vereist niet veel energie, en de initiatie-
eiwitten kunnen korte delen van van de dubbele helix ontritsen bij
normale temperaturen.
Een A-T basepaar wordt bijeengehouden door twee
waterstofbruggen, waar een C-G basepaar bijeengehouden wordt
door drie waterstofbruggen. DNA wat bestaat uit veel A-T baseparen
is makkelijker om uit elkaar te halen. A-T rijke stukken van DNA
worden vaak gevonden bij replicatie-origins.
Twee replicatievorken vormen zich bij elke replicatie-origin
DNA-moleculen die bezig zijn met replicatie bevatten Y-vormige kruispunten: de replicatievorken. Twee
replicatievorken worden gevormd bij elke replicatie origin.
reparatie
Als een cel wil overleven in een chaotische omgeving, moet het in staat zijn om op de juiste wijze de
bepaalde hoeveelheid genetische informatie in zijn DNA te kopiëren. Dit fundamentele proces, DNA-
replicatie, moet gebeuren voordat een cel zich kan delen in twee genetisch identieke dochtercellen. Om
deze taak juist uit te voeren moet een staat ook in staat zijn om zijn genetisch materiaal te monitoren en
repareren.
Ondanks de moleculaire beveiligingen die zijn ontwikkeld om het DNA van een cel te beschermen tegen
het kopiëren van fouten en schade, komen permanente veranderingen (mutaties) soms voor. Ondanks dat
sommige mutaties het organisme niet zichtbaar beïnvloeden, hebben sommige mutaties diepgaande
gevolgen. Soms zijn deze in het voordeel van het organisme (resistentie bij bacteriën). Verder kunnen
mutaties kleine variaties die onder de individuele verschillen van dezelfde soort veroorzaken. Als deze
accumuleren over honderden miljoenen jaren is er een variëteit in genetisch materiaal waardoor de ene
persoon verschillend is van de andere.
Mutaties komen echter willekeurig voor en zijn dus vaker negatief dan positief, zoals in het geval van meer
dan duizend verschillende menselijke ziekten (kanker, bijvoorbeeld). De overlevingskans van een cel is
afhankelijk van het zo klein mogelijk houden van het aantal veranderingen in het DNA.
DNA-replicatie
Baseparen zorgen voor DNA-replicatie
DNA bestaat uit een dubbele helix met een volgorde van nucleotiden die complementair is aan de
nucleotidevolgorde van de partnerstreng. Elke streng kan daarom beschouwd worden als een sjabloon
voor de synthese van een nieuwe complementaire streng. Met andere woorden: als we de twee DNA-
strengen definiëren als S en S’, kan streng S dienen als sjabloon voor een nieuwe streng S’, waar streng S’
kan dienen als sjabloon voor een nieuwe streng S.
De mogelijkheid van elke DNA-streng van een DNA-molecuul om te dienen als sjabloon voor een
complementaire strengstelt een cel in staat om zijn genen te repliceren voordat deze worden doorgegeven
aan het nageslacht.
, DNA-replicatie produceert twee complete dubbele helices vanuit het
originele DNA-molecuul, waar elke nieuwe DNA-helix identiek is in de
nucleotidevolgorde aan die van de originele DNA-helix. Omdat elke
ouderstreng dient als sjabloon voor een nieuwe streng eindigt elk van
de dochter DNA-dubbele-helices met een van de originele strengen +
een streng die compleet nieuw is. Deze manier van replicatie is
semiconservatief.
DNA-synthese begint bij replicatie-origins
De dubbele DNA-helix is normaal erg stabiel: de twee DNA-strengen
zijn sterk verbonden door de grote hoeveelheid aan
waterstofbruggen tussen de basen van beide strengen. Resultaat
hiervan is dat temperaturen die die van kokend water naderen
genoeg warmte-energie leveren om de twee strengen te scheiden.
Echter kan de streng pas gebruikt worden als sjabloon als de dubbele
helix is opengebroken en de twee strengen zijn gescheiden. Hoe
gebeurt dit bij de temperatuur van levende cellen?
Het proces van DNA-synthese wordt geïnitieerd door initiatie-eiwitten
die binden aan specifieke DNA-sequenties: replicatie origins. Hier
trekken de initiatie-eiwitten de twee strengen los, waardoor de
waterstofbruggen tussen de basen worden verbroken. Ondanks dat
de waterstofbruggen de DNA-helix erg stabiel maken, is elke
waterstofbinding an sich erg zwak. Het verkorten van DNA met een
paar baseparen per keer vereist niet veel energie, en de initiatie-
eiwitten kunnen korte delen van van de dubbele helix ontritsen bij
normale temperaturen.
Een A-T basepaar wordt bijeengehouden door twee
waterstofbruggen, waar een C-G basepaar bijeengehouden wordt
door drie waterstofbruggen. DNA wat bestaat uit veel A-T baseparen
is makkelijker om uit elkaar te halen. A-T rijke stukken van DNA
worden vaak gevonden bij replicatie-origins.
Twee replicatievorken vormen zich bij elke replicatie-origin
DNA-moleculen die bezig zijn met replicatie bevatten Y-vormige kruispunten: de replicatievorken. Twee
replicatievorken worden gevormd bij elke replicatie origin.
