BIO H17: DNA
17.1 DNA in je cellen
DNA is een dubbelstrengs, spiraalvormig molecuul dat genetische
informatie bevat voor het maken van eiwitten. Die spelen een rol bij erfelijke
eigenschappen.
DNA is verdeeld over 46 chromosomen in de celkern (kern DNA), en
mitochondriaal DNA in de mitochondriën. Een DNA-molecuul bestaat uit twee
strengen die uit miljoenen nucleotiden bestaan. Samen vormen ze een dubbele
helix. Een nucleotide bestaat uit:
- Deoxyribose bestaat uit 5 C-atomen: 1’ is verbonden met de stikstofbase
en 5’ met de fosfaatgroep.
- Fosfaatgroep is verbonden aan het 3’ C-atoom van de tegenoverliggende
deoxyribose.
- 4 stikstofbasen: adenine (A), cytosine (C), guanine (G) en thymine (T).
Tegenoverliggende stikstofbasen zijn verbonden via H-bruggen. Er is een
vaste combinatie basenparen: A met T en G met C. De DNA-strengen zijn
dus complementair (= bepalen volgorde andere streng).
De 5’ kant (vrije fosfaatgroep) van de ene streng ligt naast de 3’ kant (vrije OH-
groep).
Het genoom (totale DNA) van een persoon bestaat uit 20000 genen, stukken
DNA met informatie voor de productie van eiwitten. In verschillende soorten
cellen zijn verschillende genen actief. Cellen reageren op hun omgeving. De DNA-
code in genen ligt vast in de volgorde van stikstofbasen. Ieder gen heeft zijn
eigen sequentie van A, G, T, C.
Een chromosoom bestaat uit een DNA-molecuul en histonen, deze eiwitten
verstevigen en beschermen de DNA-moleculen. Acht histonen vormen een
bolletje met daaromheen opgerold DNA. Nucleosoom = histonen en opgerold
DNA. De histonen van verschillende nucleosomen vormen samen een dikke
chromatidedraad. Deze draad spiraliseert tot chromatine.
Door zouten en een eiwitverterend enzym toe te voegen worden histonen
verwijderd.
Ook in mitochondriën (en bacteriën) zit DNA. mtDNA bevat 37 genen, 13 voor
eiwitten voor aerobe dissimilatie en 24 coderen voor rRNA (bouwstenen
ribosomen) en tRNA (transporteert aminozuren).
Bij bevruchting dringt alleen de kern van de zaadcel in de eicel, dus mtDNA erft
altijd via de moeder over.
Het niet-coderende DNA (grootste deel DNA) produceert rRNA of tRNA of regelt
het aan-/uitschakelen van de genen in het coderende DNA. In DNA komen
herhalingen voor van series nucleotiden, repetitief DNA. Korte repeats (2-10)
heten STR’s, short tandem repeats. Die spelen bij verwantschaps- en forensisch
onderzoek een rol, omdat er grote variatie aan herhalingen is. Van elke STR heb
je 2 exemplaren. De allelen van STR’s kunnen van verschillende personen worden
vergeleken bij verwantschapsonderzoek.
In forensisch onderzoek wordt het nucleotide GATA op 13 loci (plaatsen in DNA) in
kaart gebracht wat een DNA-profiel oplevert.
, 17.2 DNA kopiëren
DNA-moleculen verdubbelen zich via DNA-replicatie. Dit proces is semi-
conservatief, elk nieuw molecuul bestaat uit een oorspronkelijke streng en een
nieuwe streng.
- Op een startpunt worden de H-bruggen tussen de strengen verbroken;
- Helicasen ritsen het DNA open waardoor twee openingen ontstaan: de
replicatievorken;
- Primase (een RNA-polymerase) maakt op het startpunt een primer vast
van ribonucleotiden (RNA), vanaf deze primer vormt DNA-polymerase
een nieuwe streng DNA.
- Het enzym leest de streng in 3’-5’ richting, de leesrichting.
- Het enzym vormt in 5’-3’ richting een leidende streng.
- De DNA-polymerase maakt DNA-nucleotiden vast in de juiste combinaties
(A-T, G-C).
In de andere richting vanaf het startpunt verloopt de replicaties in kleine stukjes,
wat een volgende streng oplevert.
- Primase plaatst een RNA-primer, vanwaar DNA-polymerase in de 3’-5’
richting een stukje DNA kan vormen, een Okazaki-fragment.
- Helicase zorgt ervoor dat de replicatievork opschuift, primase voegt een
nieuwe RNA-primer toe en er groeit een volgend Okazaki-fragment.
- Een ander type DNA-polymerase vervangt de RNA-nucleotiden door DNA-
nucleotiden.
- Ligase koppelt de Okazaki-fragmenten aan elkaar tot een complete streng.
De PCR-methode vindt plaats in een machine. Hierin worden het te kopiëren
DNA-fragment, twee DNA-primers, DNA-polymerase en vrije DNA-nucleotiden
aangebracht. Deze nucleotiden zijn complementair met de 3’ kanten van de
STR’s die vermeerderd worden, het target DNA.
1) Bij 95 oC verbreken de H-bruggen en opent het DNA-molecuul;
2) Bij 52 oC binden de 2 DNA-primers aan de 2 DNA-strengen;
3) Bij 72 oC verlengt een DNA-polymerase (Taq-polymerase) de nieuwe ketens
van 5’-3’ met complementaire DNA-nucleotiden.
4) Na 30-40 herhalingen bestaat het mengsel grotendeels uit DNA-kopieën.
5) Bij gelelektroforese worden DNA-fragmenten gescheiden op basis van hun
grootte:
a. De fragmenten bevinden zich in een elektrisch veld, waar ze naar de
positieve pool bewegen.
b. Kleine fragmenten ondervinden minder weerstand en bewegen
sneller, waardoor er een rij van groot naar klein ontstaat.
Capillairelektroforese werkt hetzelfde, maar dan met een detector die een piek
geeft als moleculen van bepaalde grootte passeren. Hiervoor is een
referentiemonster met stukjes DNA van een bekende lengte nodig om de grootte
te bepalen.
17.3 De vorming van polypeptideketens
Om eiwitten te maken moet informatie uit het DNA in de celkern door mRNA
gebracht worden naar ribosomen in het grondplasma. RNA heeft ribose ipv
deoxyribose, en uracil (U) ipv thymine (T), en is enkelstrengs. Een mRNA-
molecuul bevat de informatie van één gen.
Het overbrengen van een gen naar mRNA (transcriptie) gaat als volgt:
1) RNA-polymerase koppelt aan baseparen totdat het gen bij de promotor
komt, het stukje DNA dat het activeren van het gen regelt en het startpunt
voor de transcriptie is.
17.1 DNA in je cellen
DNA is een dubbelstrengs, spiraalvormig molecuul dat genetische
informatie bevat voor het maken van eiwitten. Die spelen een rol bij erfelijke
eigenschappen.
DNA is verdeeld over 46 chromosomen in de celkern (kern DNA), en
mitochondriaal DNA in de mitochondriën. Een DNA-molecuul bestaat uit twee
strengen die uit miljoenen nucleotiden bestaan. Samen vormen ze een dubbele
helix. Een nucleotide bestaat uit:
- Deoxyribose bestaat uit 5 C-atomen: 1’ is verbonden met de stikstofbase
en 5’ met de fosfaatgroep.
- Fosfaatgroep is verbonden aan het 3’ C-atoom van de tegenoverliggende
deoxyribose.
- 4 stikstofbasen: adenine (A), cytosine (C), guanine (G) en thymine (T).
Tegenoverliggende stikstofbasen zijn verbonden via H-bruggen. Er is een
vaste combinatie basenparen: A met T en G met C. De DNA-strengen zijn
dus complementair (= bepalen volgorde andere streng).
De 5’ kant (vrije fosfaatgroep) van de ene streng ligt naast de 3’ kant (vrije OH-
groep).
Het genoom (totale DNA) van een persoon bestaat uit 20000 genen, stukken
DNA met informatie voor de productie van eiwitten. In verschillende soorten
cellen zijn verschillende genen actief. Cellen reageren op hun omgeving. De DNA-
code in genen ligt vast in de volgorde van stikstofbasen. Ieder gen heeft zijn
eigen sequentie van A, G, T, C.
Een chromosoom bestaat uit een DNA-molecuul en histonen, deze eiwitten
verstevigen en beschermen de DNA-moleculen. Acht histonen vormen een
bolletje met daaromheen opgerold DNA. Nucleosoom = histonen en opgerold
DNA. De histonen van verschillende nucleosomen vormen samen een dikke
chromatidedraad. Deze draad spiraliseert tot chromatine.
Door zouten en een eiwitverterend enzym toe te voegen worden histonen
verwijderd.
Ook in mitochondriën (en bacteriën) zit DNA. mtDNA bevat 37 genen, 13 voor
eiwitten voor aerobe dissimilatie en 24 coderen voor rRNA (bouwstenen
ribosomen) en tRNA (transporteert aminozuren).
Bij bevruchting dringt alleen de kern van de zaadcel in de eicel, dus mtDNA erft
altijd via de moeder over.
Het niet-coderende DNA (grootste deel DNA) produceert rRNA of tRNA of regelt
het aan-/uitschakelen van de genen in het coderende DNA. In DNA komen
herhalingen voor van series nucleotiden, repetitief DNA. Korte repeats (2-10)
heten STR’s, short tandem repeats. Die spelen bij verwantschaps- en forensisch
onderzoek een rol, omdat er grote variatie aan herhalingen is. Van elke STR heb
je 2 exemplaren. De allelen van STR’s kunnen van verschillende personen worden
vergeleken bij verwantschapsonderzoek.
In forensisch onderzoek wordt het nucleotide GATA op 13 loci (plaatsen in DNA) in
kaart gebracht wat een DNA-profiel oplevert.
, 17.2 DNA kopiëren
DNA-moleculen verdubbelen zich via DNA-replicatie. Dit proces is semi-
conservatief, elk nieuw molecuul bestaat uit een oorspronkelijke streng en een
nieuwe streng.
- Op een startpunt worden de H-bruggen tussen de strengen verbroken;
- Helicasen ritsen het DNA open waardoor twee openingen ontstaan: de
replicatievorken;
- Primase (een RNA-polymerase) maakt op het startpunt een primer vast
van ribonucleotiden (RNA), vanaf deze primer vormt DNA-polymerase
een nieuwe streng DNA.
- Het enzym leest de streng in 3’-5’ richting, de leesrichting.
- Het enzym vormt in 5’-3’ richting een leidende streng.
- De DNA-polymerase maakt DNA-nucleotiden vast in de juiste combinaties
(A-T, G-C).
In de andere richting vanaf het startpunt verloopt de replicaties in kleine stukjes,
wat een volgende streng oplevert.
- Primase plaatst een RNA-primer, vanwaar DNA-polymerase in de 3’-5’
richting een stukje DNA kan vormen, een Okazaki-fragment.
- Helicase zorgt ervoor dat de replicatievork opschuift, primase voegt een
nieuwe RNA-primer toe en er groeit een volgend Okazaki-fragment.
- Een ander type DNA-polymerase vervangt de RNA-nucleotiden door DNA-
nucleotiden.
- Ligase koppelt de Okazaki-fragmenten aan elkaar tot een complete streng.
De PCR-methode vindt plaats in een machine. Hierin worden het te kopiëren
DNA-fragment, twee DNA-primers, DNA-polymerase en vrije DNA-nucleotiden
aangebracht. Deze nucleotiden zijn complementair met de 3’ kanten van de
STR’s die vermeerderd worden, het target DNA.
1) Bij 95 oC verbreken de H-bruggen en opent het DNA-molecuul;
2) Bij 52 oC binden de 2 DNA-primers aan de 2 DNA-strengen;
3) Bij 72 oC verlengt een DNA-polymerase (Taq-polymerase) de nieuwe ketens
van 5’-3’ met complementaire DNA-nucleotiden.
4) Na 30-40 herhalingen bestaat het mengsel grotendeels uit DNA-kopieën.
5) Bij gelelektroforese worden DNA-fragmenten gescheiden op basis van hun
grootte:
a. De fragmenten bevinden zich in een elektrisch veld, waar ze naar de
positieve pool bewegen.
b. Kleine fragmenten ondervinden minder weerstand en bewegen
sneller, waardoor er een rij van groot naar klein ontstaat.
Capillairelektroforese werkt hetzelfde, maar dan met een detector die een piek
geeft als moleculen van bepaalde grootte passeren. Hiervoor is een
referentiemonster met stukjes DNA van een bekende lengte nodig om de grootte
te bepalen.
17.3 De vorming van polypeptideketens
Om eiwitten te maken moet informatie uit het DNA in de celkern door mRNA
gebracht worden naar ribosomen in het grondplasma. RNA heeft ribose ipv
deoxyribose, en uracil (U) ipv thymine (T), en is enkelstrengs. Een mRNA-
molecuul bevat de informatie van één gen.
Het overbrengen van een gen naar mRNA (transcriptie) gaat als volgt:
1) RNA-polymerase koppelt aan baseparen totdat het gen bij de promotor
komt, het stukje DNA dat het activeren van het gen regelt en het startpunt
voor de transcriptie is.
