Moleculaire Biologie Les 1 en 2 – Inleiding, DNA replicatie en celcyclus
Les 1
DNA-synthese (replicatie): Replicatie is het proces waarin DNA
verdubbeld wordt. DNA-replicatie is nodig voor de celdeling
(mitose). De replicatie begint op vaste plaatsen op het DNA, de
zogenaamde 'origin of replication'. Deze plaats is een AT-rijke
sequentie (veel adenine en thymine) van ongeveer 250 basenparen
lang. Het wordt ook wel de ARS-sequentie genoemd.
RNA-synthese (Transcriptie): Het proces waarbij 1 van de strand
wordt gebruikt als template om mRNA te produceren
Proteine synthese (translatie): De mRNA dienst als code voor een
protein. Elke set van 3 neutronen (codon) codeert voor een specifieke
anticodon dat wordt vervoerd door tRNA. Dit anticodon draagt een
aminozuur met zich mee. Door het koppelen van deze aminozuren
ontstaat een protein.
Bij de translatie bindt het tRNA (Transfer RiboNucleïnezuur) zich aan
een aminozuur, om deze vervolgens "af te leveren" bij het ribosoom.
In het ribosoom komen het mRNA en het passende tRNA bij elkaar.
De 3 domeinen van het leven: Bacteria, Archaea, eucaryotes
Het humane genoom is lang niet het grootst. De grootte van het genoom zegt niet persé iets
over het aantal genen. Bacteriën hebben namelijk veel meer genen per 1000 baseparen dan
de mens omdat de mens junk DNA ertussen heeft zitten.
Prokaryote cel Eukaryote cel
Geen celkern Celkern
Circulair genomisch DNA (vanwege Lineair genomisch DNA
missende celkern ligt dit vrij in het
cytoplasma)
Geen organellen Organellen
1 micrometer 10 – 100 micrometer
Celwand Soms een celwand (planten)
Genoom: 1 hele set van genetisch materiaal in een cel (DNA & RNA)
Gen: Stuk van het DNA, dat codeert voor een eiwit of functioneel RNA
Major groove
Gen (DNA) (nucleinezuren, 2D, informatie)
Transcriptie
Pre-mRNA
Splicing (editing)
(functioneel) mRNA
Minor groove
Translatie
Polypeptide
Post-translationale modificaties
Functioneel eiwit (aminozuren, 3D, actie)
,Dubbelstrengs DNA: specifieke baseparing,
rechtsdraaiende dubbele helix, complementair,
antiparallel. De strengen zijn complementair en
bevatten beide alle informatie. Dit maakt replicatie
(DNA-synthese) en transcriptie (RNA synthese)
mogelijk.
Bij DNA kent de nucleotide 4 verschillende basen
namelijk: Cytosine, Thymine, Adenine en Guanine. RNA kent in plaats van Thymine, Uracil.
De C, T en U zijn Pyrimidinen. De A en G zijn Purinen. De basen A en T zitten altijd tegenover
elkaar en vormen 2 H-bruggen. Ook C en G zitten altijd tegenover elkaar maar vormen 3 H-
bruggen.
Pyrimidine is een organische base die bestaat uit een heterocyclische aromatische ring met 2
stikstofatomen. Purine is een heterocyclische verbinding met als basis een pyrimidine-ring
gekoppeld aan een imidazoolring.
DNA RNA
Deoxyribose Ribose
Basen A, G, C, T Basen A, G, C, U
Dubbelstengs Enkelstrengs
,Opdracht: The start of the coding region for the human -globin gene reads:
5’-ATGGTGCAC-3’ What is the sequence of the complementary strand for this segment of
DNA?
5’-GTGCACCAT-3’ (Let op: DNA-strengen worden altijd van 5’ naar 3’ geschreven)
Eigenschappen van DNA-polymerase:
1. De meeste DNA-polymerase hebben een template nodig
2. Alle DNA polymerase hebben een beginstukje nodig, dit kan bestaan uit RNA of DNA
(=primer)
3. Alle DNA-polymerase synthetiseren DNA van 5’ naar 3’ richting
4. Sommige DNA-polymerase hebben exonuclease activiteit
- van 3’ 5’ voor proofreading
- van 5’ 3’ weghalen primer
DNA-polymerase is semiconservatief: Bij het kopiëren van genetische informatie ontstaan er
2 complementaire strengen DNA. De 1 is nieuw aangemaakt tegen 1 van de 2 oude aan. Er
blijft dus 1 oude streng over, dus is dit semi conservatief.
Helicase zit op de splitsing waar de oude streng wordt opengeknipt. Dat is het werk van
helicase, die breekt de waterstofruggen tussen de 2 strengen. Op dat moment kan op de
oude streng een nieuwe streng gebouwd worden door DNA-polymerase. DNA-polymerase
kan de streng alleen aflezen van 3’ naar 5’ om vervolgens een streng te maken die van 5’
naar 3’ loopt. Bij de strand van 5’ 3’ zal hij dus achtereenvolgend kunnen bouwen. Bij de
steng van 3’ 5’ gaat dat in delen, zogenaamde Okazaki fragmenten. Deze Okazaki
fragmenten zijn niet met elkaar gebonden en daar hebben we DNA ligase voor. DNA-
polymerase kan niet zomaar op een willekeurige plaats binden. Waar hij moet binden wordt
aangegeven met een RNA-primer. DNA-polymerase kan zich makkelijk binden aan deze RNA-
primer waarna het begint met replicatie. Achteraf wordt die RNA-primer eruit gesloopt.
DNA replicatie door DNA-polymerase:
- Matrijs afhankelijk
- Semiconservatief
- Trifosfaat nucleotide als substraat
- Koppelt trifosfaat nucleotide aan 3’-OH einde
- Alleen koppeling wanneer 3’-OH einde beschikbaar is
, - Alleen koppeling wanneer baseparing plaatsvindt
- 1 fosfaatgroep wordt ingebouwd, pyrofosfaat _ energie komt vrij
- tot 1000 nuclotiden/sec in prokaryoten
- tot 50 nucleotiden/sec in eukaryoten
DNA en RNA synthese gebeurd uitsluitend van 5’ naar 3’
Okazaki fragmenten ontstaan doordat de synthese alleen van 5’ naar 3’ kan plaatsvinden. Dit
zorgt bij de lagging strand voor Okazaki fragmenten
Primers:
Exonuclease activiteiten:
5’ 3’ verwijderd de primers
3’ 5’ Proofreading
Niet alle DNA polymerases hebben beide exonuclease activiteiten
Replicatie fout door tautomerisering (door chemische veranderingen kunnen basen soms
verkeerd koppelen. Een t kan per ongeluk aan een g binden en een a aan een c)
G en T bestaan in keto en enol vormen, A en C bestaan in amino en
imino vorm. In de cel is bijna uitsluitend 1 tautomeer vorm aanwezig, die
normaal basepaart. Soms ontstaat tijdelijk de andere tautomeer.
Hierdoor ontstaat een verkeerde baseparing. Dit kan hersteld worden
door exonuclease activiteiten van DNA polymerase of door een repair
mechanisme.
Proofreading: herstel replicatiefouten
Baseparing (H-bruggen) van laatst aangebrachte nucleotide absoluut
noodzakelijk voor DNA polyerase. Bij een mismatch stopt de DNA-
polymerase. Een ander deel (aparte subunit of domein) verwijdert de
verkeerde nucleotide weer. Hierna wordt er opnieuw een nucleotide
aangebracht. Dit gebeurt zowel in prokaryoten als in eukaryoten.
Maar stel de fout blijft zitten, dan kan vlak na de replicatie de mismatch
tussen de basen hersteld worden door het Mut complex. MutS herkent mismatch, maar
welke van de 2 basen is dan verkeerd?
- Prokaryoten & eukaryoten:
Vers gerepliceerd DNA bevat nog “nicks”, er zijn namelijk nog geen ligasen langs
geweest. MutL herkent dit.
- Prokaryoten:
Vers gerepliceerd DNA heeft nog geen gemethyleerde GA*TC. De niet gemethyleerde
DNA streng wordt geknipt door MutH.
Samengevat: postreplicatief herstel van replicatie fout door tautomerisering
Nieuw gevormd DNA moet gecontroleerd worden op replicatie fouten mbv:
Les 1
DNA-synthese (replicatie): Replicatie is het proces waarin DNA
verdubbeld wordt. DNA-replicatie is nodig voor de celdeling
(mitose). De replicatie begint op vaste plaatsen op het DNA, de
zogenaamde 'origin of replication'. Deze plaats is een AT-rijke
sequentie (veel adenine en thymine) van ongeveer 250 basenparen
lang. Het wordt ook wel de ARS-sequentie genoemd.
RNA-synthese (Transcriptie): Het proces waarbij 1 van de strand
wordt gebruikt als template om mRNA te produceren
Proteine synthese (translatie): De mRNA dienst als code voor een
protein. Elke set van 3 neutronen (codon) codeert voor een specifieke
anticodon dat wordt vervoerd door tRNA. Dit anticodon draagt een
aminozuur met zich mee. Door het koppelen van deze aminozuren
ontstaat een protein.
Bij de translatie bindt het tRNA (Transfer RiboNucleïnezuur) zich aan
een aminozuur, om deze vervolgens "af te leveren" bij het ribosoom.
In het ribosoom komen het mRNA en het passende tRNA bij elkaar.
De 3 domeinen van het leven: Bacteria, Archaea, eucaryotes
Het humane genoom is lang niet het grootst. De grootte van het genoom zegt niet persé iets
over het aantal genen. Bacteriën hebben namelijk veel meer genen per 1000 baseparen dan
de mens omdat de mens junk DNA ertussen heeft zitten.
Prokaryote cel Eukaryote cel
Geen celkern Celkern
Circulair genomisch DNA (vanwege Lineair genomisch DNA
missende celkern ligt dit vrij in het
cytoplasma)
Geen organellen Organellen
1 micrometer 10 – 100 micrometer
Celwand Soms een celwand (planten)
Genoom: 1 hele set van genetisch materiaal in een cel (DNA & RNA)
Gen: Stuk van het DNA, dat codeert voor een eiwit of functioneel RNA
Major groove
Gen (DNA) (nucleinezuren, 2D, informatie)
Transcriptie
Pre-mRNA
Splicing (editing)
(functioneel) mRNA
Minor groove
Translatie
Polypeptide
Post-translationale modificaties
Functioneel eiwit (aminozuren, 3D, actie)
,Dubbelstrengs DNA: specifieke baseparing,
rechtsdraaiende dubbele helix, complementair,
antiparallel. De strengen zijn complementair en
bevatten beide alle informatie. Dit maakt replicatie
(DNA-synthese) en transcriptie (RNA synthese)
mogelijk.
Bij DNA kent de nucleotide 4 verschillende basen
namelijk: Cytosine, Thymine, Adenine en Guanine. RNA kent in plaats van Thymine, Uracil.
De C, T en U zijn Pyrimidinen. De A en G zijn Purinen. De basen A en T zitten altijd tegenover
elkaar en vormen 2 H-bruggen. Ook C en G zitten altijd tegenover elkaar maar vormen 3 H-
bruggen.
Pyrimidine is een organische base die bestaat uit een heterocyclische aromatische ring met 2
stikstofatomen. Purine is een heterocyclische verbinding met als basis een pyrimidine-ring
gekoppeld aan een imidazoolring.
DNA RNA
Deoxyribose Ribose
Basen A, G, C, T Basen A, G, C, U
Dubbelstengs Enkelstrengs
,Opdracht: The start of the coding region for the human -globin gene reads:
5’-ATGGTGCAC-3’ What is the sequence of the complementary strand for this segment of
DNA?
5’-GTGCACCAT-3’ (Let op: DNA-strengen worden altijd van 5’ naar 3’ geschreven)
Eigenschappen van DNA-polymerase:
1. De meeste DNA-polymerase hebben een template nodig
2. Alle DNA polymerase hebben een beginstukje nodig, dit kan bestaan uit RNA of DNA
(=primer)
3. Alle DNA-polymerase synthetiseren DNA van 5’ naar 3’ richting
4. Sommige DNA-polymerase hebben exonuclease activiteit
- van 3’ 5’ voor proofreading
- van 5’ 3’ weghalen primer
DNA-polymerase is semiconservatief: Bij het kopiëren van genetische informatie ontstaan er
2 complementaire strengen DNA. De 1 is nieuw aangemaakt tegen 1 van de 2 oude aan. Er
blijft dus 1 oude streng over, dus is dit semi conservatief.
Helicase zit op de splitsing waar de oude streng wordt opengeknipt. Dat is het werk van
helicase, die breekt de waterstofruggen tussen de 2 strengen. Op dat moment kan op de
oude streng een nieuwe streng gebouwd worden door DNA-polymerase. DNA-polymerase
kan de streng alleen aflezen van 3’ naar 5’ om vervolgens een streng te maken die van 5’
naar 3’ loopt. Bij de strand van 5’ 3’ zal hij dus achtereenvolgend kunnen bouwen. Bij de
steng van 3’ 5’ gaat dat in delen, zogenaamde Okazaki fragmenten. Deze Okazaki
fragmenten zijn niet met elkaar gebonden en daar hebben we DNA ligase voor. DNA-
polymerase kan niet zomaar op een willekeurige plaats binden. Waar hij moet binden wordt
aangegeven met een RNA-primer. DNA-polymerase kan zich makkelijk binden aan deze RNA-
primer waarna het begint met replicatie. Achteraf wordt die RNA-primer eruit gesloopt.
DNA replicatie door DNA-polymerase:
- Matrijs afhankelijk
- Semiconservatief
- Trifosfaat nucleotide als substraat
- Koppelt trifosfaat nucleotide aan 3’-OH einde
- Alleen koppeling wanneer 3’-OH einde beschikbaar is
, - Alleen koppeling wanneer baseparing plaatsvindt
- 1 fosfaatgroep wordt ingebouwd, pyrofosfaat _ energie komt vrij
- tot 1000 nuclotiden/sec in prokaryoten
- tot 50 nucleotiden/sec in eukaryoten
DNA en RNA synthese gebeurd uitsluitend van 5’ naar 3’
Okazaki fragmenten ontstaan doordat de synthese alleen van 5’ naar 3’ kan plaatsvinden. Dit
zorgt bij de lagging strand voor Okazaki fragmenten
Primers:
Exonuclease activiteiten:
5’ 3’ verwijderd de primers
3’ 5’ Proofreading
Niet alle DNA polymerases hebben beide exonuclease activiteiten
Replicatie fout door tautomerisering (door chemische veranderingen kunnen basen soms
verkeerd koppelen. Een t kan per ongeluk aan een g binden en een a aan een c)
G en T bestaan in keto en enol vormen, A en C bestaan in amino en
imino vorm. In de cel is bijna uitsluitend 1 tautomeer vorm aanwezig, die
normaal basepaart. Soms ontstaat tijdelijk de andere tautomeer.
Hierdoor ontstaat een verkeerde baseparing. Dit kan hersteld worden
door exonuclease activiteiten van DNA polymerase of door een repair
mechanisme.
Proofreading: herstel replicatiefouten
Baseparing (H-bruggen) van laatst aangebrachte nucleotide absoluut
noodzakelijk voor DNA polyerase. Bij een mismatch stopt de DNA-
polymerase. Een ander deel (aparte subunit of domein) verwijdert de
verkeerde nucleotide weer. Hierna wordt er opnieuw een nucleotide
aangebracht. Dit gebeurt zowel in prokaryoten als in eukaryoten.
Maar stel de fout blijft zitten, dan kan vlak na de replicatie de mismatch
tussen de basen hersteld worden door het Mut complex. MutS herkent mismatch, maar
welke van de 2 basen is dan verkeerd?
- Prokaryoten & eukaryoten:
Vers gerepliceerd DNA bevat nog “nicks”, er zijn namelijk nog geen ligasen langs
geweest. MutL herkent dit.
- Prokaryoten:
Vers gerepliceerd DNA heeft nog geen gemethyleerde GA*TC. De niet gemethyleerde
DNA streng wordt geknipt door MutH.
Samengevat: postreplicatief herstel van replicatie fout door tautomerisering
Nieuw gevormd DNA moet gecontroleerd worden op replicatie fouten mbv:
