HC1 Structuur en functie van DNA
DNA ontdekking
- Door Watson en Crick ontdekte in 1953 de structuur van DNA
- Dubbele helix
Structuur
- DNA is een polymeer en bestaat uit allemaal nucleotides(bouwstenen van
DNA/RNA)
- Nucleotide bestaat uit base(bepaalt identiteit) en een suikerfosfaat backbone(5e
C-atoom een fosfaat gebonden)
- Polymeer binding aan C-atoom 3(links onder) of aan de fosfaat. Suiker en fosfaten
zitten via fosfodiësterbinding aan elkaar. DNA streng is polair doordat 5’ O⁻ heeft en
3’ OH eind heeft. 5-3 blz. 176
- De bindingen tussen de basen zijn waterstofbruggen waardoor de 2 strengen een
dubbele helix wordt. Basen zitten aan binnenkant en backbone aan buitenkant.
- Op C-atoom 2 een OH dan gewone nucleotide(RNA) en zonder OH dan
deoxyribose(DNA)
- A(adenine) bindt met T (thymine)(of U) en C(cyanine) bindt aan G(guanine)
- A en G zijn purines en T en C zijn pyrimidines. Structuur kennen zie 5.4
- Base paring alleen als de strengen antiparallel lopen (ene van 3 naar 5 en ander van
5 naar 3)
- Als 5 en 3 met accent wordt weggelaten dan ga je ervan uit dat 5 accent aan de
linkerkant staat
Wat maakt dubbelstrengs DNA geschikt als drager van genetische informatie?
- De informatie in DNA is dubbel opgeslagen
- Maakt herstellen van fouten makkelijker. Als je iets dubbel opslaat en er is
een mutatie dan kan je die nog herstellen omdat je nog het voorbeeld hebt
van een andere streng
- Maakt kopiëren makkelijker
- DNA is door dubbele helix structuur stabiel en kan heel veel nucleotiden bevatten en
dus heel veel informatie opslaan
- DNA is een relatief stabiel molecuul. DNA van vele duizenden jaren oud kan nog
gelezen worden
DNA kan heel veel nucleotiden bevatten en kan dus veel informatie opslaan
- DNA van zoogdier heeft 3 miljard unieke basenparen = ongeveer 1 meter lang
- Dus 6 miljard totaal in cel, want 2 chromosomen
- In maar klein aantal DNA ketens = chromosomen
H1 histon zorgt voor de vorming in een
chromatine vezel
Niet-histon chromosomale eiwitten vouwen
chromatinen in een aantal loops
fold shorter than its fully extended length
,DNA is lineaire code
- DNA is niet symmetrisch
- DNA lezen we van links naar rechts
- 5’ kant = begin = links
- 3’ kant = eind = rechts
- Vaak wordt er maar 1 streng van DNA gegeven, dit is dan de streng waar de code op
zit. Dus niet de antisense.
Welke informatie zit er in DNA
- DNA is een recept / instructie waarmee een organisme zichzelf kan namaken en in
stand houden
- DNA bevat informatie over:
- Samenstelling van componenten van een cel
- Volgorde van maken en hoeveelheid van componenten
- Welke componenten?
- Nucleïnezuren(DNA en RNA) voor de informatie hoe het gemaakt moet
worden
- Eiwitten maken de suikers etc. en maken het dus echt
Wat is een gen?
- Een gen bevat de informatie voor de samenstelling en regulering van een eiwit of
RNA
- Een gen bestaat uit:
- Coderende gedeelte bevat genetische code voor aminozuur = de
samenstelling van eiwit
- Regulerende code bepaalt hoe vaak het gen afgeschreven kan worden =
hoeveelheid van een eiwit
- DNA is lineaire code
- Vooral coderend gedeelte
- Coderende gedeelte zitten achter mekaar
- DNA heeft ook structurele/ruimtelijke informatie
- Regulerende code is meer slot-sleutel
- Kunnen gespreid liggen
Hoeveel genen zitten er op DNA?
- Bacterie: 4300 genen (5 miljoen bp), minimale aantal genen om zelf te kunnen
functioneren
- Gist: 6600 genen (13 miljoen bp)
- Wormpje: 21000 genen (130 miljoen bp, dit is veel meer omdat DNA meer ruimte
nodig heeft)
- Zoogdier: 21000 genen die coderen voor eiwitten + >500 RNA only genen (3 miljard
bp, we hebben meer DNA nodig omdat we veel DNA hebben dat geen duidelijke
functie heeft → junk DNA)
- Dieren hebben 20-50 paar chromosomen
- 300-3000 genen per chromosoom
- 10⁴ tot 10⁶ baseparen per gen
- 3 x 10⁹ unieke basenparen = 6 miljard totaal
,HC2 DNA replicatie
Replicatie
- Oorspronkelijke DNA streng dient als matrijs (=template)...
- Beide strengen worden gebruikt als template en door base paring krijg je 2x dubbele
helix met dezelfde base volgorde
Wanneer DNA replicatie?
- Als de cel deelt
- Bacteriën elk uur
- Zoogdier cel. Afhankelijk van celtype:
- Eens per 12 uur (darmcel)
- Eens per 24 uur (fibroblast)
- Tot eens per jaar (levercel)
- In de S fase dus
Nodig voor DNA replicatie
- Deoxynucleotidentrifosfaten (trifosfaat, omdat er 2 fosfaat(pyrofosfaat) eraf vallen)
(dATP, dCTP, dGTP, dTTP)
- Het er af vallen van 2 fosfaat heet nucleofide substitutie. 2 fosfaat komen in cytosol
en kunnen hergebruikt worden.
- Enzym dat deoxyribose-fosfaat binding in DNA keten maakt → DNA polymerase
- DNA polymerase zorgt ervoor dat de nucleotide wordt vastgezet aan streng door 5’
fosfaat te binden aan 3’ OH aan nieuwe streng → fosfodiësterbinding
- DNA polymerase gebruikt de energie van de hydrolase van 1 van de 2 binding van
fosfaat voor het maken van de binding, hierbij komt 2 fosfaat(pyrofosfaat) vrij.
Pyrofosfaat wordt gehydrolyseerd tot Pi(inorganisch fosfaat) waardoor de
polymerisatie irreversible wordt.
DNA polymerase (III)
- DNA polymerase maakt ongeveer 1 fout per 10⁴ basen. Het heeft een fout
herstellend vermogen.
- Ten eerste checkt DNA polymerase of de nucleoside trifosfaat past aan de template
en als dat zo is dan ondergaat die een structurele rearrangement.
- Ten tweede kan DNA polymerase de foute binding tussen de nucleotides voelen.
Doordat de basen niet passen, steken ze uit en kan de polymerase niet verder en zo
herkent die de fout.
- Polymerase herstelt de fout door de foute base eruit te knippen en de goede base er
weer in te bouwen. 3’ naar 5’ (exo)nuclease reactie. Het doorknippen van de
ribosefosfaat binding tussen de laatste en de op één na laatste nucleotide. 6-16!
- DNA polymerase heeft dus zowel een polymerisatie als een proofreading/editing
activiteit. De twee reacties worden in verschillende katalytische domeinen uitgevoerd.
Enzymen bij replicatie
- Eerste stap replicatie: openbreken van DNA strengen door helicase(initiator eiwit). Bij
replication origine begint het openbreken van DNA en 2 helicase gaan dan allebei
een andere kant op van de streng om de rest open te breken.
- We hebben meerder replicatie origine waardoor op meerdere plekken de
replicatie geïnitieerd kan worden → snellere replicatie
, - Door het openbreken van DNA krijg je 2 replicatievorken, die zijn allebei
asymmetrisch(ene loopt van 5’ naar 3’ en de ander andersom).
- DNA polymerase maakt een nieuwe streng DNA van 5’ → 3’ en heeft daarvoor een
een vrije 3’-OH groep nodig.
- Primase(RNA polymerase) maakt hiervoor een primer → RNA beginnetje voor DNA
polymerase, ook wel startmotor. Dus ribose ipv deoxyribose.
- Sliding clamp houdt DNA polymerase gebonden aan DNA streng, dit is nodig doordat
het DNA getwist is. Sliding clamp zit als een ring om DNA polymerase heen. Bij
lagging streng laat clamp los van DNA polymerase als die een Okazaki fragment
heeft gepolymeriseerd.
Replicatievork asymmetrisch
- DNA polymerase maakt dus nieuwe streng van 5’ → 3’, hiervoor heeft die een DNA
template streng nodig van 3’ → 5’. Maar vanaf replicatie origin loopt maar één streng
van 3’ → 5’, andere loopt van 5’ → 3’.
- Leading streng → streng die achter mekaar gemaakt kan worden.
- Lagging streng → moet steeds gewacht worden totdat een nieuw stukje wordt
gebonden zodat DNA polymerase de andere kant op kan. Wordt dus discontinu
gemaakt. Okazaki fragmenten binden waardoor DNA polymerase kan werken.
- Single-strand binding proteins beschermen lagging streng voordat DNA polymerase
bindt en replicatie begint. Kijk op plaatje goed waar alles ligt.
- Er zijn dus altijd 4 polymerases bezig, want
je hebt aan 2 kanten een vork
Zie ook 6-13 eerste plaatje
- DNA polymerase aan lagging streng bindt aan helicase en vormt zo een loop.
Zie plaatje 6-20B met tekst van B.
Wat te doen met de gaten en RNA primers op de lagging strand
DNA ontdekking
- Door Watson en Crick ontdekte in 1953 de structuur van DNA
- Dubbele helix
Structuur
- DNA is een polymeer en bestaat uit allemaal nucleotides(bouwstenen van
DNA/RNA)
- Nucleotide bestaat uit base(bepaalt identiteit) en een suikerfosfaat backbone(5e
C-atoom een fosfaat gebonden)
- Polymeer binding aan C-atoom 3(links onder) of aan de fosfaat. Suiker en fosfaten
zitten via fosfodiësterbinding aan elkaar. DNA streng is polair doordat 5’ O⁻ heeft en
3’ OH eind heeft. 5-3 blz. 176
- De bindingen tussen de basen zijn waterstofbruggen waardoor de 2 strengen een
dubbele helix wordt. Basen zitten aan binnenkant en backbone aan buitenkant.
- Op C-atoom 2 een OH dan gewone nucleotide(RNA) en zonder OH dan
deoxyribose(DNA)
- A(adenine) bindt met T (thymine)(of U) en C(cyanine) bindt aan G(guanine)
- A en G zijn purines en T en C zijn pyrimidines. Structuur kennen zie 5.4
- Base paring alleen als de strengen antiparallel lopen (ene van 3 naar 5 en ander van
5 naar 3)
- Als 5 en 3 met accent wordt weggelaten dan ga je ervan uit dat 5 accent aan de
linkerkant staat
Wat maakt dubbelstrengs DNA geschikt als drager van genetische informatie?
- De informatie in DNA is dubbel opgeslagen
- Maakt herstellen van fouten makkelijker. Als je iets dubbel opslaat en er is
een mutatie dan kan je die nog herstellen omdat je nog het voorbeeld hebt
van een andere streng
- Maakt kopiëren makkelijker
- DNA is door dubbele helix structuur stabiel en kan heel veel nucleotiden bevatten en
dus heel veel informatie opslaan
- DNA is een relatief stabiel molecuul. DNA van vele duizenden jaren oud kan nog
gelezen worden
DNA kan heel veel nucleotiden bevatten en kan dus veel informatie opslaan
- DNA van zoogdier heeft 3 miljard unieke basenparen = ongeveer 1 meter lang
- Dus 6 miljard totaal in cel, want 2 chromosomen
- In maar klein aantal DNA ketens = chromosomen
H1 histon zorgt voor de vorming in een
chromatine vezel
Niet-histon chromosomale eiwitten vouwen
chromatinen in een aantal loops
fold shorter than its fully extended length
,DNA is lineaire code
- DNA is niet symmetrisch
- DNA lezen we van links naar rechts
- 5’ kant = begin = links
- 3’ kant = eind = rechts
- Vaak wordt er maar 1 streng van DNA gegeven, dit is dan de streng waar de code op
zit. Dus niet de antisense.
Welke informatie zit er in DNA
- DNA is een recept / instructie waarmee een organisme zichzelf kan namaken en in
stand houden
- DNA bevat informatie over:
- Samenstelling van componenten van een cel
- Volgorde van maken en hoeveelheid van componenten
- Welke componenten?
- Nucleïnezuren(DNA en RNA) voor de informatie hoe het gemaakt moet
worden
- Eiwitten maken de suikers etc. en maken het dus echt
Wat is een gen?
- Een gen bevat de informatie voor de samenstelling en regulering van een eiwit of
RNA
- Een gen bestaat uit:
- Coderende gedeelte bevat genetische code voor aminozuur = de
samenstelling van eiwit
- Regulerende code bepaalt hoe vaak het gen afgeschreven kan worden =
hoeveelheid van een eiwit
- DNA is lineaire code
- Vooral coderend gedeelte
- Coderende gedeelte zitten achter mekaar
- DNA heeft ook structurele/ruimtelijke informatie
- Regulerende code is meer slot-sleutel
- Kunnen gespreid liggen
Hoeveel genen zitten er op DNA?
- Bacterie: 4300 genen (5 miljoen bp), minimale aantal genen om zelf te kunnen
functioneren
- Gist: 6600 genen (13 miljoen bp)
- Wormpje: 21000 genen (130 miljoen bp, dit is veel meer omdat DNA meer ruimte
nodig heeft)
- Zoogdier: 21000 genen die coderen voor eiwitten + >500 RNA only genen (3 miljard
bp, we hebben meer DNA nodig omdat we veel DNA hebben dat geen duidelijke
functie heeft → junk DNA)
- Dieren hebben 20-50 paar chromosomen
- 300-3000 genen per chromosoom
- 10⁴ tot 10⁶ baseparen per gen
- 3 x 10⁹ unieke basenparen = 6 miljard totaal
,HC2 DNA replicatie
Replicatie
- Oorspronkelijke DNA streng dient als matrijs (=template)...
- Beide strengen worden gebruikt als template en door base paring krijg je 2x dubbele
helix met dezelfde base volgorde
Wanneer DNA replicatie?
- Als de cel deelt
- Bacteriën elk uur
- Zoogdier cel. Afhankelijk van celtype:
- Eens per 12 uur (darmcel)
- Eens per 24 uur (fibroblast)
- Tot eens per jaar (levercel)
- In de S fase dus
Nodig voor DNA replicatie
- Deoxynucleotidentrifosfaten (trifosfaat, omdat er 2 fosfaat(pyrofosfaat) eraf vallen)
(dATP, dCTP, dGTP, dTTP)
- Het er af vallen van 2 fosfaat heet nucleofide substitutie. 2 fosfaat komen in cytosol
en kunnen hergebruikt worden.
- Enzym dat deoxyribose-fosfaat binding in DNA keten maakt → DNA polymerase
- DNA polymerase zorgt ervoor dat de nucleotide wordt vastgezet aan streng door 5’
fosfaat te binden aan 3’ OH aan nieuwe streng → fosfodiësterbinding
- DNA polymerase gebruikt de energie van de hydrolase van 1 van de 2 binding van
fosfaat voor het maken van de binding, hierbij komt 2 fosfaat(pyrofosfaat) vrij.
Pyrofosfaat wordt gehydrolyseerd tot Pi(inorganisch fosfaat) waardoor de
polymerisatie irreversible wordt.
DNA polymerase (III)
- DNA polymerase maakt ongeveer 1 fout per 10⁴ basen. Het heeft een fout
herstellend vermogen.
- Ten eerste checkt DNA polymerase of de nucleoside trifosfaat past aan de template
en als dat zo is dan ondergaat die een structurele rearrangement.
- Ten tweede kan DNA polymerase de foute binding tussen de nucleotides voelen.
Doordat de basen niet passen, steken ze uit en kan de polymerase niet verder en zo
herkent die de fout.
- Polymerase herstelt de fout door de foute base eruit te knippen en de goede base er
weer in te bouwen. 3’ naar 5’ (exo)nuclease reactie. Het doorknippen van de
ribosefosfaat binding tussen de laatste en de op één na laatste nucleotide. 6-16!
- DNA polymerase heeft dus zowel een polymerisatie als een proofreading/editing
activiteit. De twee reacties worden in verschillende katalytische domeinen uitgevoerd.
Enzymen bij replicatie
- Eerste stap replicatie: openbreken van DNA strengen door helicase(initiator eiwit). Bij
replication origine begint het openbreken van DNA en 2 helicase gaan dan allebei
een andere kant op van de streng om de rest open te breken.
- We hebben meerder replicatie origine waardoor op meerdere plekken de
replicatie geïnitieerd kan worden → snellere replicatie
, - Door het openbreken van DNA krijg je 2 replicatievorken, die zijn allebei
asymmetrisch(ene loopt van 5’ naar 3’ en de ander andersom).
- DNA polymerase maakt een nieuwe streng DNA van 5’ → 3’ en heeft daarvoor een
een vrije 3’-OH groep nodig.
- Primase(RNA polymerase) maakt hiervoor een primer → RNA beginnetje voor DNA
polymerase, ook wel startmotor. Dus ribose ipv deoxyribose.
- Sliding clamp houdt DNA polymerase gebonden aan DNA streng, dit is nodig doordat
het DNA getwist is. Sliding clamp zit als een ring om DNA polymerase heen. Bij
lagging streng laat clamp los van DNA polymerase als die een Okazaki fragment
heeft gepolymeriseerd.
Replicatievork asymmetrisch
- DNA polymerase maakt dus nieuwe streng van 5’ → 3’, hiervoor heeft die een DNA
template streng nodig van 3’ → 5’. Maar vanaf replicatie origin loopt maar één streng
van 3’ → 5’, andere loopt van 5’ → 3’.
- Leading streng → streng die achter mekaar gemaakt kan worden.
- Lagging streng → moet steeds gewacht worden totdat een nieuw stukje wordt
gebonden zodat DNA polymerase de andere kant op kan. Wordt dus discontinu
gemaakt. Okazaki fragmenten binden waardoor DNA polymerase kan werken.
- Single-strand binding proteins beschermen lagging streng voordat DNA polymerase
bindt en replicatie begint. Kijk op plaatje goed waar alles ligt.
- Er zijn dus altijd 4 polymerases bezig, want
je hebt aan 2 kanten een vork
Zie ook 6-13 eerste plaatje
- DNA polymerase aan lagging streng bindt aan helicase en vormt zo een loop.
Zie plaatje 6-20B met tekst van B.
Wat te doen met de gaten en RNA primers op de lagging strand
