Biologie A5
Hoofdstuk 4: DNA
4.1: De bouw en functie van DNA
- het DNA bepaalt de functie van een cel en levert de instructies waarmee ribosomen
in de cel verschillende soorten eiwitten (proteïnen) kunnen synthetiseren → de bouw
van een eiwit bepaalt de eigenschappen en functie(s) van het eiwit
- het genoom: het geheel aan erfelijke informatie in een cel van een organisme → alle
cellen van een organisme hebben hetzelfde genoom
- bij eukaryoten omvat het genoom het DNA in alle chromosomen in de celkern
(kernDNA) en het DNA in de mitochondriën (mtDNA) en chloroplasten
- bij prokaryoten omvat het genoom al het DNA dat los in het cytoplasma van de cel
voorkomt → ze hebben een circulair DNA-molecuul, waarvan sommige plasmiden
(korte stukjes circulair DNA) bevatten
- een DNA-molecuul is een nucleïnezuur
- DNA bestaat uit twee ketens van aan elkaar gekoppelde nucleotiden → een
nucleotide is opgebouwd uit de monosacharide desoxyribose, een fosfaatgroep en
een stikstofbase (adenine, thymine, cytosine of guanine)
- desoxyribose heeft 5 C-atomen → de fosfaatgroep zit aan de vijfde, de stikstofbase
aan de eerste
- bij het aan elkaar koppelen van nucleotiden (polymerisatie) gaat het derde C-atoom
een binding aan met de fosfaatgroep van het volgende nucleotide → zo ontstaat een
polymeer / enkelstrengs DNA-molecuul waarvan beide uiteinden verschillend zijn: het
5’-uiteinde (fosfaatgroep) en het 3’-uiteinde (OH-groep). DNA wordt altijd in de
richting van het 3’-uiteinde naar het 5’-uiteinde afgelezen en gekopieerd
- door basenparing (A met T en C met G) kunnen twee DNA-nucleotideketens met
elkaar worden verbonden d.m.v waterstofbruggen → in het dubbelstrengs
DNA-molecuul wat is ontstaan bevindt zich een helixstructuur (de ene keten gaat van
3’ naar 5’ en de andere van 5’ naar 3’
- DNA is rond eiwitten (histonen) gewikkeld → samen met het DNA eromheen vormen
deze histonen een nucleosoom. het DNA tussen nucleosomen heet koppelings-DNA
→ de kralenketting wordt opgerold tot een spiraal, daarna tot een dikke draad → zo
past het in een chromosoom
- sequentie: volgorde waarin nucleotiden in een DNA-molecuul zijn gerangschikt →
een gen is een deel van een DNA-molecuul dat de code (DNA-sequentie) bevat
waarmee ribosomen een of meer eiwitten kunnen synthetiseren. doordat hier
variaties in voorkomen, zullen ribosomen verschillende soorten eiwitten synthetiseren
- het overige DNA wat niet uit genen bestaat codeert niet voor eiwitten: niet-coderend
DNA (bij de mens ongeveer 98,5%) → het codeert niet voor eiwitten maar voor
andere moleculen (regulerende functie eiwitsynthese)
- een deel van niet-coderend DNA bestaat uit repetitief DNA (herhalingen korte
nucelotidesequenties) en het andere deel bestaat uit genen die hun functie hebben
verloren
4.2: DNA-replicatie
- DNA-replicatie vindt plaats tijdens de S-fase van de celcyclus → in het kernplasma
bevinden zich o.a de nucleotiden dATP, dTTP, dGTP en dCTP (desoxyribose, een
base en drie fosfaatgroepen). door 2 fosfaatgroepen af te splitsen komt energie vrij
, - DNA-replicatie begint bij een replicatiestartpunt →
in twee richtingen worden de waterstofbruggen
tussen de basenparen verbroken door het enzym
helicase: zo ontstaat een replicatiebel
- SSBP’s (single-strand DNA-binding proteins):
speciale eiwitten die zich binden op de plaats waar
de basenparing is verbroken → zo wordt
voorkomen dat de basen opnieuw waterstofbruggen aangaan
- de replicatie begint met een primer: kort stukje van het nucleïnezuur RNA, dat
complementair is aan een deel van de DNA-sequentie → DNA-polymerase kan
alleen nucleotiden vastplakken aan het 3’-uiteinde van een al bestaande streng
- vanaf een primer kan het enzym DNA-polymerase langs de enkelstrengs ketens
schuiven en dATP, dTTP, dGTP of dCTP uit kernplasma binden aan de vrijgekomen
stikstofbasen (hiervoor wordt energie van afsplitsing fosfaatgroepen gebruikt) → zo
ontstaan twee dubbelstrengs DNA-moleculen die elk uit een oude en nieuw streng
bestaan
- de nieuwe streng wordt gesynthetiseerd van 5’-uiteinde naar 3’-uiteinde
(tegengesteld aan afleesrichting)
- leidende streng: wordt gesynthetiseerd doordat DNA-polymerase vanaf het
replicatiestartpunt het uit elkaar gaan van de ketens volgt
- volgende streng: wordt gevormd wanneer DNA-polymerase andere kant op gaat →
het enzym kan steeds maar korte stukjes DNA (Okazaki-fragmenten) synthetiseren
omdat het achterwaarts gebeurt. de RNA-primers worden vervangen door
DNA-nucleotiden. daarna koppelt het enzym DNA-ligase de Okazaki-fragmenten aan
elkaar → de volgende streng is gevormd
- elk DNA-molecuul bestaat uit een oude en nieuwe keten → tijdens de mitose gaan
de chromatiden uit elkaar en worden ze elk een chromosoom in een dochtercel
- het DNA-molecuul wordt bij elke deling korter → de RNA-primer is verwijderd,
waardoor geen 3’-uiteinde beschikbaar is om te repliceren. het enkelstrengs DNA
van de oude streng wordt door een enzym verwijderd
- om de genen in DNA niet te beschadigen, bezitten de uiteinden van chromosomen
telomeren: bestaat uit niet-coderend DNA dat is ingekapseld in beschermende
eiwitten. het bestaat uit repetitief DNA → in een bevruchte eicel heel lang, en wordt
steeds korter na elke celdeling. na ongeveer 50 celdelingen ondergaat de cel
apoptose (geprogrammeerde celdood)
- PCR (Polymerase Chain Reaction): hierdoor kunnen een of meer specifieke
gedeelten uit DNA worden gekopieerd tot er genoeg is voor onderzoek
- werking PCR:
1. DNA wordt verhit tot 95 graden → de twee strengen gaan uit elkaar
(denaturatie)
2. temperatuur wordt verlaagd tot 65 graden → primers hechten zich aan
enkelvoudige strengen
3. temperatuur verhoogd tot 72 graden → DNA-polymerase gaat vanaf de
primer op het 3’-uiteinde de keten verlengen
4. er zijn twee dubbele DNA-strengen ontstaan
- sequensen: het bepalen van de nucleotidevolgorde → DNA eerst kopiëren dmv PCR,
daarna dubbelstrengs DNA scheiden. alleen de leidende strengen worden gebruikt
Hoofdstuk 4: DNA
4.1: De bouw en functie van DNA
- het DNA bepaalt de functie van een cel en levert de instructies waarmee ribosomen
in de cel verschillende soorten eiwitten (proteïnen) kunnen synthetiseren → de bouw
van een eiwit bepaalt de eigenschappen en functie(s) van het eiwit
- het genoom: het geheel aan erfelijke informatie in een cel van een organisme → alle
cellen van een organisme hebben hetzelfde genoom
- bij eukaryoten omvat het genoom het DNA in alle chromosomen in de celkern
(kernDNA) en het DNA in de mitochondriën (mtDNA) en chloroplasten
- bij prokaryoten omvat het genoom al het DNA dat los in het cytoplasma van de cel
voorkomt → ze hebben een circulair DNA-molecuul, waarvan sommige plasmiden
(korte stukjes circulair DNA) bevatten
- een DNA-molecuul is een nucleïnezuur
- DNA bestaat uit twee ketens van aan elkaar gekoppelde nucleotiden → een
nucleotide is opgebouwd uit de monosacharide desoxyribose, een fosfaatgroep en
een stikstofbase (adenine, thymine, cytosine of guanine)
- desoxyribose heeft 5 C-atomen → de fosfaatgroep zit aan de vijfde, de stikstofbase
aan de eerste
- bij het aan elkaar koppelen van nucleotiden (polymerisatie) gaat het derde C-atoom
een binding aan met de fosfaatgroep van het volgende nucleotide → zo ontstaat een
polymeer / enkelstrengs DNA-molecuul waarvan beide uiteinden verschillend zijn: het
5’-uiteinde (fosfaatgroep) en het 3’-uiteinde (OH-groep). DNA wordt altijd in de
richting van het 3’-uiteinde naar het 5’-uiteinde afgelezen en gekopieerd
- door basenparing (A met T en C met G) kunnen twee DNA-nucleotideketens met
elkaar worden verbonden d.m.v waterstofbruggen → in het dubbelstrengs
DNA-molecuul wat is ontstaan bevindt zich een helixstructuur (de ene keten gaat van
3’ naar 5’ en de andere van 5’ naar 3’
- DNA is rond eiwitten (histonen) gewikkeld → samen met het DNA eromheen vormen
deze histonen een nucleosoom. het DNA tussen nucleosomen heet koppelings-DNA
→ de kralenketting wordt opgerold tot een spiraal, daarna tot een dikke draad → zo
past het in een chromosoom
- sequentie: volgorde waarin nucleotiden in een DNA-molecuul zijn gerangschikt →
een gen is een deel van een DNA-molecuul dat de code (DNA-sequentie) bevat
waarmee ribosomen een of meer eiwitten kunnen synthetiseren. doordat hier
variaties in voorkomen, zullen ribosomen verschillende soorten eiwitten synthetiseren
- het overige DNA wat niet uit genen bestaat codeert niet voor eiwitten: niet-coderend
DNA (bij de mens ongeveer 98,5%) → het codeert niet voor eiwitten maar voor
andere moleculen (regulerende functie eiwitsynthese)
- een deel van niet-coderend DNA bestaat uit repetitief DNA (herhalingen korte
nucelotidesequenties) en het andere deel bestaat uit genen die hun functie hebben
verloren
4.2: DNA-replicatie
- DNA-replicatie vindt plaats tijdens de S-fase van de celcyclus → in het kernplasma
bevinden zich o.a de nucleotiden dATP, dTTP, dGTP en dCTP (desoxyribose, een
base en drie fosfaatgroepen). door 2 fosfaatgroepen af te splitsen komt energie vrij
, - DNA-replicatie begint bij een replicatiestartpunt →
in twee richtingen worden de waterstofbruggen
tussen de basenparen verbroken door het enzym
helicase: zo ontstaat een replicatiebel
- SSBP’s (single-strand DNA-binding proteins):
speciale eiwitten die zich binden op de plaats waar
de basenparing is verbroken → zo wordt
voorkomen dat de basen opnieuw waterstofbruggen aangaan
- de replicatie begint met een primer: kort stukje van het nucleïnezuur RNA, dat
complementair is aan een deel van de DNA-sequentie → DNA-polymerase kan
alleen nucleotiden vastplakken aan het 3’-uiteinde van een al bestaande streng
- vanaf een primer kan het enzym DNA-polymerase langs de enkelstrengs ketens
schuiven en dATP, dTTP, dGTP of dCTP uit kernplasma binden aan de vrijgekomen
stikstofbasen (hiervoor wordt energie van afsplitsing fosfaatgroepen gebruikt) → zo
ontstaan twee dubbelstrengs DNA-moleculen die elk uit een oude en nieuw streng
bestaan
- de nieuwe streng wordt gesynthetiseerd van 5’-uiteinde naar 3’-uiteinde
(tegengesteld aan afleesrichting)
- leidende streng: wordt gesynthetiseerd doordat DNA-polymerase vanaf het
replicatiestartpunt het uit elkaar gaan van de ketens volgt
- volgende streng: wordt gevormd wanneer DNA-polymerase andere kant op gaat →
het enzym kan steeds maar korte stukjes DNA (Okazaki-fragmenten) synthetiseren
omdat het achterwaarts gebeurt. de RNA-primers worden vervangen door
DNA-nucleotiden. daarna koppelt het enzym DNA-ligase de Okazaki-fragmenten aan
elkaar → de volgende streng is gevormd
- elk DNA-molecuul bestaat uit een oude en nieuwe keten → tijdens de mitose gaan
de chromatiden uit elkaar en worden ze elk een chromosoom in een dochtercel
- het DNA-molecuul wordt bij elke deling korter → de RNA-primer is verwijderd,
waardoor geen 3’-uiteinde beschikbaar is om te repliceren. het enkelstrengs DNA
van de oude streng wordt door een enzym verwijderd
- om de genen in DNA niet te beschadigen, bezitten de uiteinden van chromosomen
telomeren: bestaat uit niet-coderend DNA dat is ingekapseld in beschermende
eiwitten. het bestaat uit repetitief DNA → in een bevruchte eicel heel lang, en wordt
steeds korter na elke celdeling. na ongeveer 50 celdelingen ondergaat de cel
apoptose (geprogrammeerde celdood)
- PCR (Polymerase Chain Reaction): hierdoor kunnen een of meer specifieke
gedeelten uit DNA worden gekopieerd tot er genoeg is voor onderzoek
- werking PCR:
1. DNA wordt verhit tot 95 graden → de twee strengen gaan uit elkaar
(denaturatie)
2. temperatuur wordt verlaagd tot 65 graden → primers hechten zich aan
enkelvoudige strengen
3. temperatuur verhoogd tot 72 graden → DNA-polymerase gaat vanaf de
primer op het 3’-uiteinde de keten verlengen
4. er zijn twee dubbele DNA-strengen ontstaan
- sequensen: het bepalen van de nucleotidevolgorde → DNA eerst kopiëren dmv PCR,
daarna dubbelstrengs DNA scheiden. alleen de leidende strengen worden gebruikt
