Van genoom tot populatie
Hoorcollege 1: Inleiding
In 1953 structuur van DNA ontdekt door Watson en
Crick.
Bouwstenen van DNA zijn nucleotiden. Het bestaat uit
suiker (deoxyribose), een fosfaatgroep en een base.
Covalente en niet-covalente binding. Covalente is met
fosfaat groep en niet-covalente is tussen basen.
Binding tussen fosfaat groep met deoxyribose heet een fosfodiesterbinding.
De structuur van de basen moet je kunnen herkennen:
Die met twee bindingen zijn A en T. De grote met twee
ringen is A en de kleine met een ring is T.
Die met drie bindingen zijn C en G. De grote met twee
ringen is G en de kleine met een ring is C.
T en C zijn pyrimidines en A en G zijn purines.
De DNA strengen lopen antiparallel, anders kunnen basen niet koppelen. DNA is een
wenteltrap die bestaat uit een dubbele helix. Het is ongeveer 2nm dik. Dit is dezelfde grote
orde als eiwitten.
De dubbele strengen DNA zijn belangrijk voor controle. Elke kopie heeft namelijk een
reservekopie door de dubbele genetische informatie. Het herstellen van fouten is hierdoor
mogelijk en het kopiëren is makkelijker. Ook is het DNA door de dubbele helix stabiel en kan
het hierdoor meer informatie opslaan.
DNA van zoogdier is ongeveer 1m lang, maar door histonencomplexen om DNA heen wordt
het compact verpakt.
DNA is lineaire code die niet symmetrisch is, dus van links naar rechts. Dit is van 5’ naar 3’.
DNA bevat informatie over de samenstelling van componenten van een cel, maar ook de
volgorde van het maken en de hoeveelheid componenten. DNA info voor eiwitten en voor
DNA en RNA. Eiwitten kunnen weer andere componenten maken, zoals lipiden.
Een gen bevat info over samenstelling en regulering van een eiwit of RNA. Het bestaat uit
een coderend gedeelte, wat zorgt voor de samenstelling van een eiwit. Het andere gedeelte
is een regulerend gedeelte wat zorgt voor de hoeveelheid van een eiwit.
Wij zoogdieren hebben veel meer DNA dan bijvoorbeeld een worm, terwijl we wel net
zoveel genen hebben.
1
,Hoorcollege 2: DNA-replicatie
Oorspronkelijke DNA streng is matrijs (template) voor nieuwe streng. DNA-replicatie is nodig
voor celdeling. Afhankelijk van celtype vindt aantal celdelingen plaats. Tijdens S fase.
Voor DNA-replicatie zijn nodig:
- desoxynucleotidentrifosfaten: geeft chemische energie voor deoxyribose-fosfaat binding
- DNA-polymerase: enzym dat deoxyribose-fosfaat binding in DNA-keten maakt
Bij maken van fouten door DNA-polymerase knipt hij de foute base eruit. Dus polymerase
heeft polymerisatie en editing activiteit.
DNA-polymerase gebruikt enkele streng DNA, dus dubbelstrengs DNA moet uit elkaar
getrokken worden doormiddel van helicase wat voor DNA-polymerase zit. Dit wordt gedaan
op bepaalde nucleotide sequenties: replicatie origine. Wij hebben meerdere van deze
plekken, omdat we zoveel DNA hebben.
DNA-polymerase maakt nieuwe streng van 5’ naar 3’ (template streng dus van 3’ naar 5’). Er
is hiervoor wel een klein stukje met vrije 3’ OH groep nodig: primer. Het enzym wat deze
primer (RNA-beginnetje) maakt heet primase.
Er is ook een eiwit wat zorgt dat DNA-polymerase vast blijft zitten op de dubbele helix:
sliding clamp. Dit heeft een donutvorm om het DNA heen.
Wanneer DNA-polymerase zijn werk gaat doen kan hij vanaf de replicatie origin maar aan
één kant van 3’ naar 5’. Doordat helicase voorop zit ontstaat er een leading strand en een
lagging strand:
Single-strand binding protein zijn eiwitten die gaan zitten op het stuk enkel strengs DNA om
het te beschermen. Zie derde plaatje hierboven. Belangrijke plaatjes:
2
,Gaten in DNA en RNA-primers moeten weggehaald worden. Met nuclease wordt het RNA
eraf gebroken en met behulp van DNA-polymerase wordt er een nieuw stuk DNA aangezet.
DNA ligase zorgt ervoor dat het gat weggewerkt wordt en dit doet hij doormiddel van ATP.
Lagging strand wordt bij elke replicatie ronde korter, maar telomerase zorgt ervoor dat het
uiteinde van het DNA niet korter wordt. Hij verlengt de template streng met behulp van een
RNA-deel. De lagging strand wordt ook langer doormiddel van DNA-polymerase. De
telomeren hebben altijd hetzelfde DNA. Alleen cellen die snel delen hebben telomerase
zoals geslachtscellen, embryonale cellen en kankercellen.
3
, Hoorcollege 3: Mutaties
Mutaties kun je classificeren op:
Celtype:
- Somatische cellen: lichaamscellen, kan leiden tot kanker of veroudering
- Germ-line cellen: geslachtscellen, kan leiden tot erfelijke aandoening (bijvoorbeeld sikkelcel
anemie)
Omvang mutatie:
- Puntmutaties: mutaties in één of meerdere basenparen
- Chromosomale mutaties: mutaties waarbij grote DNA-fragmenten veranderen
Type puntmutatie:
- Insertie: invoeging base
- Deletie: verwijderen base
- Indels: base invoegen en verwijderen
- Substitutie: vervangen
- Transitie: van purine naar purine of van pyrimidine naar pyrimidine
- Transversie: van purine naar pyrimidine of omgekeerd
Effect van substitutie:
- Niet-synoniem (missense): ander aminozuur
- Synoniem (sense): zelfde aminozuur
- Nonsens: stopcodon
Effect van inserties/deleties:
- 1 of 2 basen meer of minde: frame shift, want veel andere aminozuren dus effect op
functie
- 3 basen meer of minder: 1 aminozuur meer of minder, mogelijk een effect
Functie van eiwit:
- Loss-of-function: eiwit is minder actief of inactief
- Gain-of-function: eiwit is actiever
- Geen effect
Effect van mutatie in eiwit op fenotype:
- Dominant: mutatie in één van de twee chromosomen heeft effect op fenotype (meestal
gain-of-function)
- Recessief: alleen mutatie in beide chromosomen heeft effect op fenotype (meestal loss-of-
function)
Puntmutaties kunnen spontaan ontstaan door bijvoorbeeld fouten
bij replicatie of door deaminering of depurinering, maar kan ook
ontstaan door chemische mutagenen of straling.
Mutaties door fouten bij DNA-replicatie zijn DNA-mismatches:
4
Hoorcollege 1: Inleiding
In 1953 structuur van DNA ontdekt door Watson en
Crick.
Bouwstenen van DNA zijn nucleotiden. Het bestaat uit
suiker (deoxyribose), een fosfaatgroep en een base.
Covalente en niet-covalente binding. Covalente is met
fosfaat groep en niet-covalente is tussen basen.
Binding tussen fosfaat groep met deoxyribose heet een fosfodiesterbinding.
De structuur van de basen moet je kunnen herkennen:
Die met twee bindingen zijn A en T. De grote met twee
ringen is A en de kleine met een ring is T.
Die met drie bindingen zijn C en G. De grote met twee
ringen is G en de kleine met een ring is C.
T en C zijn pyrimidines en A en G zijn purines.
De DNA strengen lopen antiparallel, anders kunnen basen niet koppelen. DNA is een
wenteltrap die bestaat uit een dubbele helix. Het is ongeveer 2nm dik. Dit is dezelfde grote
orde als eiwitten.
De dubbele strengen DNA zijn belangrijk voor controle. Elke kopie heeft namelijk een
reservekopie door de dubbele genetische informatie. Het herstellen van fouten is hierdoor
mogelijk en het kopiëren is makkelijker. Ook is het DNA door de dubbele helix stabiel en kan
het hierdoor meer informatie opslaan.
DNA van zoogdier is ongeveer 1m lang, maar door histonencomplexen om DNA heen wordt
het compact verpakt.
DNA is lineaire code die niet symmetrisch is, dus van links naar rechts. Dit is van 5’ naar 3’.
DNA bevat informatie over de samenstelling van componenten van een cel, maar ook de
volgorde van het maken en de hoeveelheid componenten. DNA info voor eiwitten en voor
DNA en RNA. Eiwitten kunnen weer andere componenten maken, zoals lipiden.
Een gen bevat info over samenstelling en regulering van een eiwit of RNA. Het bestaat uit
een coderend gedeelte, wat zorgt voor de samenstelling van een eiwit. Het andere gedeelte
is een regulerend gedeelte wat zorgt voor de hoeveelheid van een eiwit.
Wij zoogdieren hebben veel meer DNA dan bijvoorbeeld een worm, terwijl we wel net
zoveel genen hebben.
1
,Hoorcollege 2: DNA-replicatie
Oorspronkelijke DNA streng is matrijs (template) voor nieuwe streng. DNA-replicatie is nodig
voor celdeling. Afhankelijk van celtype vindt aantal celdelingen plaats. Tijdens S fase.
Voor DNA-replicatie zijn nodig:
- desoxynucleotidentrifosfaten: geeft chemische energie voor deoxyribose-fosfaat binding
- DNA-polymerase: enzym dat deoxyribose-fosfaat binding in DNA-keten maakt
Bij maken van fouten door DNA-polymerase knipt hij de foute base eruit. Dus polymerase
heeft polymerisatie en editing activiteit.
DNA-polymerase gebruikt enkele streng DNA, dus dubbelstrengs DNA moet uit elkaar
getrokken worden doormiddel van helicase wat voor DNA-polymerase zit. Dit wordt gedaan
op bepaalde nucleotide sequenties: replicatie origine. Wij hebben meerdere van deze
plekken, omdat we zoveel DNA hebben.
DNA-polymerase maakt nieuwe streng van 5’ naar 3’ (template streng dus van 3’ naar 5’). Er
is hiervoor wel een klein stukje met vrije 3’ OH groep nodig: primer. Het enzym wat deze
primer (RNA-beginnetje) maakt heet primase.
Er is ook een eiwit wat zorgt dat DNA-polymerase vast blijft zitten op de dubbele helix:
sliding clamp. Dit heeft een donutvorm om het DNA heen.
Wanneer DNA-polymerase zijn werk gaat doen kan hij vanaf de replicatie origin maar aan
één kant van 3’ naar 5’. Doordat helicase voorop zit ontstaat er een leading strand en een
lagging strand:
Single-strand binding protein zijn eiwitten die gaan zitten op het stuk enkel strengs DNA om
het te beschermen. Zie derde plaatje hierboven. Belangrijke plaatjes:
2
,Gaten in DNA en RNA-primers moeten weggehaald worden. Met nuclease wordt het RNA
eraf gebroken en met behulp van DNA-polymerase wordt er een nieuw stuk DNA aangezet.
DNA ligase zorgt ervoor dat het gat weggewerkt wordt en dit doet hij doormiddel van ATP.
Lagging strand wordt bij elke replicatie ronde korter, maar telomerase zorgt ervoor dat het
uiteinde van het DNA niet korter wordt. Hij verlengt de template streng met behulp van een
RNA-deel. De lagging strand wordt ook langer doormiddel van DNA-polymerase. De
telomeren hebben altijd hetzelfde DNA. Alleen cellen die snel delen hebben telomerase
zoals geslachtscellen, embryonale cellen en kankercellen.
3
, Hoorcollege 3: Mutaties
Mutaties kun je classificeren op:
Celtype:
- Somatische cellen: lichaamscellen, kan leiden tot kanker of veroudering
- Germ-line cellen: geslachtscellen, kan leiden tot erfelijke aandoening (bijvoorbeeld sikkelcel
anemie)
Omvang mutatie:
- Puntmutaties: mutaties in één of meerdere basenparen
- Chromosomale mutaties: mutaties waarbij grote DNA-fragmenten veranderen
Type puntmutatie:
- Insertie: invoeging base
- Deletie: verwijderen base
- Indels: base invoegen en verwijderen
- Substitutie: vervangen
- Transitie: van purine naar purine of van pyrimidine naar pyrimidine
- Transversie: van purine naar pyrimidine of omgekeerd
Effect van substitutie:
- Niet-synoniem (missense): ander aminozuur
- Synoniem (sense): zelfde aminozuur
- Nonsens: stopcodon
Effect van inserties/deleties:
- 1 of 2 basen meer of minde: frame shift, want veel andere aminozuren dus effect op
functie
- 3 basen meer of minder: 1 aminozuur meer of minder, mogelijk een effect
Functie van eiwit:
- Loss-of-function: eiwit is minder actief of inactief
- Gain-of-function: eiwit is actiever
- Geen effect
Effect van mutatie in eiwit op fenotype:
- Dominant: mutatie in één van de twee chromosomen heeft effect op fenotype (meestal
gain-of-function)
- Recessief: alleen mutatie in beide chromosomen heeft effect op fenotype (meestal loss-of-
function)
Puntmutaties kunnen spontaan ontstaan door bijvoorbeeld fouten
bij replicatie of door deaminering of depurinering, maar kan ook
ontstaan door chemische mutagenen of straling.
Mutaties door fouten bij DNA-replicatie zijn DNA-mismatches:
4
