Hoofdstuk 3: Genoom organisatie en evolutie
………
3.3 Eukaryote genomen bevatten veel repetitief DNA
C-waarde paradox
● De hoeveelheid DNA (C-waarde) in een cel correleert niet met de complexiteit
van het organisme.
○ Voorbeeld:
→ menselijk genoom is 200× groter dan dat van gist,
→ maar 200× kleiner dan dat van de eencellige Amoeba dubia.
● Deze paradox is te verklaren door de grote hoeveelheid repetitief, niet-coderend
DNA, die sterk varieert tussen soorten.
Hoeveel coderend DNA zit er in de mens?
● Slechts ±2% van het menselijk DNA codeert voor eiwitten (conservatieve definitie
van ‘gen’).
● Rekening houdend met:
○ Intronen,
○ UTRs (untranslated regions),
○ pseudogenen,
○ en genen voor functionele RNA's,
→ kom je uit op ongeveer 55% gen-gerelateerd DNA.
● Er blijft dus nog steeds ±45% intergenisch DNA over.
Intergenisch DNA
● Ligt tussen de genen, meestal niet onder selectiedruk.
● Mutaties kunnen zich hier opstapelen en worden vaak neutraal doorgegeven.
● Het bestaat grotendeels uit repetitief DNA, dat in twee hoofdgroepen valt:
, 1. Verspreide herhalingen (interspersed repeats)
● Liggen verspreid over het genoom.
● Oorsprong: transposeerbare elementen (stukken DNA die zich kunnen
verplaatsen). ⇒ zie hoofdstuk 6: “Jumping genes”
● Belangrijkste types:
○ LINEs (Long Interspersed Elements): ≥500 bp
○ SINEs (Short Interspersed Elements): <500 bp
● Kunnen zich vermenigvuldigen en accumuleren in het DNA.
● Vormt ongeveer 40% van het menselijk genoom.
● Vaak geen duidelijke functie, mogelijk selfish DNA: reproduceert zichzelf
zonder voordeel voor het organisme.
2. Tandem herhaalde sequenties (tandem repeats)
Wat is het?
● Repetitieve DNA-sequenties waarbij identieke motieven direct na elkaar liggen,
zoals:
...CACACACACACACACACACACAC...
● Ze vormen het hoog-repetitief DNA van het genoom.
● Hebben een laag GC-gehalte → dat maakt ze detecteerbaar op basis van densiteit.
● Ook wel satelliet-DNA genoemd, vooral terug te vinden in heterochromatine (bij
centromeren en telomeren).
3 subcategorieën
Type Motieflengte Totale lengte Opmerkingen
Satellieten zeer lang > 20 kb Zitten vooral in centromeren (bv.
CTACAAAAn)
Minisatellieten 15-50 bp 0.5 - 20 kb ● Gebruikt in forensisch
(VNTRs) onderzoek
⇒ Variabel tussen
individuen → DNA
fingerprinting
Microsatellieten 2-6 bp 50 - 500 bp Meestal zijn ze dinucleotide
(STRs) herhalingen
⇒ Meest voorkomend: (CA)n ~ 3
miljoen keer
● Deze sequenties kunnen snel renatureren na denaturatie door hun hoge
repetitiviteit.
,Specifieke structurele regio’s met repetitief DNA:
● Centromeren: bevatten vaak tandem repeats zoals CTACAAAAn
● Telomeren: opgebouwd uit de sequentie TTAGGGn
● Ribosomale RNA-genclusters (rDNA): komen in meerdere kopieën voor in tandem
en zijn functioneel essentieel
Linkerfiguur (buis):
● Na ultracentrifugatie vormt DNA een hoofdband (main band) en eventueel
meerdere satellietbanden.
● Elke band representeert DNA-fragmenten met verschillende dichtheid.
● De dichtheid hangt af van het GC-gehalte (Guanine + Cytosine): hoe meer GC, hoe
hoger de dichtheid.
Rechterfiguur (grafiek):
● De y-as toont absorptie bij 260 nm, wat overeenkomt met de hoeveelheid DNA.
● De x-as toont dichtheid (g/cm³).
● MB = Main Band: grootste hoeveelheid DNA met ongeveer 42% GC.
● S = Satellite Band: kleinere hoeveelheid DNA met lager GC-gehalte (30%).
Biologische betekenis:
● De main band bevat het meeste genoom-DNA, inclusief coderend en intergenisch
DNA.
● De satellietband bevat meestal hoog repetitief DNA, vaak afkomstig van
centromeren of andere structuren met herhaalde sequenties (zoals satelliet-DNA).
○ Deze repetitieve sequenties hebben een afwijkend basensamenstelling (bijv.
lage GC), waardoor ze op een andere dichtheid uitkomen.
, 3. Overig intergenisch DNA: uniek of low-copy DNA
● Naast repetitief DNA bevat het intergenisch DNA ook:
○ Unieke sequenties of DNA met lage kopiegetallen.
○ Bevat o.a. spacer DNA tussen genen, waarin regulatoire
cis-elementen liggen die genexpressie aansturen.
3.4 Extrachromosomaal DNA en horizontale
gentransfer
Transposeerbare elementen
● Transposeerbare elementen (zoals LINEs/SINEs) kunnen zich verplaatsen binnen
een genoom.
● Ze vormen een soort intern "mobiel DNA".
Horizontale (laterale) gentransfer
● Hierbij wordt genetisch materiaal overgedragen tussen niet-verwante
organismen.
● Dit is dus niet van ouder op kind (zoals bij verticale overerving), maar tussen
organismen onderling.
Speciaal geval: endosymbiose → organelgenomen
● Organellen zoals mitochondriën en chloroplasten zijn ontstaan uit bacteriën die
ooit in symbiose leefden binnen eukaryoten.
● Ze hebben nog steeds eigen DNA, als overblijfsel van dat bacteriële genoom.
Menselijk mitochondriaal DNA (mtDNA)
● Lengte: 16.569 bp (≈0,0005% van het menselijk genoom).
● Structuur: circulair, zonder introns (net als bacterieel DNA).
● Inhoud:
○ Codeert voor enzymen betrokken bij ATP-productie.
○ Bevat ook rRNA en tRNA genen.
● Overerving: via de eicel (maternale overerving).
● Heteroplasmie: een cel kan zowel normale als gemuteerde mtDNA-kopieën
bevatten.
● Afkomst: sterk verwant aan bacterie Rickettsia prowazekii.
………
3.3 Eukaryote genomen bevatten veel repetitief DNA
C-waarde paradox
● De hoeveelheid DNA (C-waarde) in een cel correleert niet met de complexiteit
van het organisme.
○ Voorbeeld:
→ menselijk genoom is 200× groter dan dat van gist,
→ maar 200× kleiner dan dat van de eencellige Amoeba dubia.
● Deze paradox is te verklaren door de grote hoeveelheid repetitief, niet-coderend
DNA, die sterk varieert tussen soorten.
Hoeveel coderend DNA zit er in de mens?
● Slechts ±2% van het menselijk DNA codeert voor eiwitten (conservatieve definitie
van ‘gen’).
● Rekening houdend met:
○ Intronen,
○ UTRs (untranslated regions),
○ pseudogenen,
○ en genen voor functionele RNA's,
→ kom je uit op ongeveer 55% gen-gerelateerd DNA.
● Er blijft dus nog steeds ±45% intergenisch DNA over.
Intergenisch DNA
● Ligt tussen de genen, meestal niet onder selectiedruk.
● Mutaties kunnen zich hier opstapelen en worden vaak neutraal doorgegeven.
● Het bestaat grotendeels uit repetitief DNA, dat in twee hoofdgroepen valt:
, 1. Verspreide herhalingen (interspersed repeats)
● Liggen verspreid over het genoom.
● Oorsprong: transposeerbare elementen (stukken DNA die zich kunnen
verplaatsen). ⇒ zie hoofdstuk 6: “Jumping genes”
● Belangrijkste types:
○ LINEs (Long Interspersed Elements): ≥500 bp
○ SINEs (Short Interspersed Elements): <500 bp
● Kunnen zich vermenigvuldigen en accumuleren in het DNA.
● Vormt ongeveer 40% van het menselijk genoom.
● Vaak geen duidelijke functie, mogelijk selfish DNA: reproduceert zichzelf
zonder voordeel voor het organisme.
2. Tandem herhaalde sequenties (tandem repeats)
Wat is het?
● Repetitieve DNA-sequenties waarbij identieke motieven direct na elkaar liggen,
zoals:
...CACACACACACACACACACACAC...
● Ze vormen het hoog-repetitief DNA van het genoom.
● Hebben een laag GC-gehalte → dat maakt ze detecteerbaar op basis van densiteit.
● Ook wel satelliet-DNA genoemd, vooral terug te vinden in heterochromatine (bij
centromeren en telomeren).
3 subcategorieën
Type Motieflengte Totale lengte Opmerkingen
Satellieten zeer lang > 20 kb Zitten vooral in centromeren (bv.
CTACAAAAn)
Minisatellieten 15-50 bp 0.5 - 20 kb ● Gebruikt in forensisch
(VNTRs) onderzoek
⇒ Variabel tussen
individuen → DNA
fingerprinting
Microsatellieten 2-6 bp 50 - 500 bp Meestal zijn ze dinucleotide
(STRs) herhalingen
⇒ Meest voorkomend: (CA)n ~ 3
miljoen keer
● Deze sequenties kunnen snel renatureren na denaturatie door hun hoge
repetitiviteit.
,Specifieke structurele regio’s met repetitief DNA:
● Centromeren: bevatten vaak tandem repeats zoals CTACAAAAn
● Telomeren: opgebouwd uit de sequentie TTAGGGn
● Ribosomale RNA-genclusters (rDNA): komen in meerdere kopieën voor in tandem
en zijn functioneel essentieel
Linkerfiguur (buis):
● Na ultracentrifugatie vormt DNA een hoofdband (main band) en eventueel
meerdere satellietbanden.
● Elke band representeert DNA-fragmenten met verschillende dichtheid.
● De dichtheid hangt af van het GC-gehalte (Guanine + Cytosine): hoe meer GC, hoe
hoger de dichtheid.
Rechterfiguur (grafiek):
● De y-as toont absorptie bij 260 nm, wat overeenkomt met de hoeveelheid DNA.
● De x-as toont dichtheid (g/cm³).
● MB = Main Band: grootste hoeveelheid DNA met ongeveer 42% GC.
● S = Satellite Band: kleinere hoeveelheid DNA met lager GC-gehalte (30%).
Biologische betekenis:
● De main band bevat het meeste genoom-DNA, inclusief coderend en intergenisch
DNA.
● De satellietband bevat meestal hoog repetitief DNA, vaak afkomstig van
centromeren of andere structuren met herhaalde sequenties (zoals satelliet-DNA).
○ Deze repetitieve sequenties hebben een afwijkend basensamenstelling (bijv.
lage GC), waardoor ze op een andere dichtheid uitkomen.
, 3. Overig intergenisch DNA: uniek of low-copy DNA
● Naast repetitief DNA bevat het intergenisch DNA ook:
○ Unieke sequenties of DNA met lage kopiegetallen.
○ Bevat o.a. spacer DNA tussen genen, waarin regulatoire
cis-elementen liggen die genexpressie aansturen.
3.4 Extrachromosomaal DNA en horizontale
gentransfer
Transposeerbare elementen
● Transposeerbare elementen (zoals LINEs/SINEs) kunnen zich verplaatsen binnen
een genoom.
● Ze vormen een soort intern "mobiel DNA".
Horizontale (laterale) gentransfer
● Hierbij wordt genetisch materiaal overgedragen tussen niet-verwante
organismen.
● Dit is dus niet van ouder op kind (zoals bij verticale overerving), maar tussen
organismen onderling.
Speciaal geval: endosymbiose → organelgenomen
● Organellen zoals mitochondriën en chloroplasten zijn ontstaan uit bacteriën die
ooit in symbiose leefden binnen eukaryoten.
● Ze hebben nog steeds eigen DNA, als overblijfsel van dat bacteriële genoom.
Menselijk mitochondriaal DNA (mtDNA)
● Lengte: 16.569 bp (≈0,0005% van het menselijk genoom).
● Structuur: circulair, zonder introns (net als bacterieel DNA).
● Inhoud:
○ Codeert voor enzymen betrokken bij ATP-productie.
○ Bevat ook rRNA en tRNA genen.
● Overerving: via de eicel (maternale overerving).
● Heteroplasmie: een cel kan zowel normale als gemuteerde mtDNA-kopieën
bevatten.
● Afkomst: sterk verwant aan bacterie Rickettsia prowazekii.
