MOLECULAIRE BIOLOGIE
= studie van het leven op moleculair niveau
Inhoudsopgave
1. Grondleggers van de moleculaire biologie ............................................................................... 3
Inzichten in de natuur van het erfelijk materiaal .......................................................................... 3
Een model voor de structuur van DNA ........................................................................................ 5
Het centrale dogma ................................................................................................................... 5
2. De structuur van DNA ............................................................................................................ 6
De primaire structuur van DNA................................................................................................... 6
De secundaire structuur van DNA ............................................................................................... 7
Denaturatie en renaturatie......................................................................................................... 8
De tertiaire structuur van DNA ................................................................................................... 9
Basisvereisten genetisch materiaal ............................................................................................. 9
3. Genoom organisatie en evolutie ............................................................................................10
Vele genoomsequenties zijn ontrafeld .......................................................................................10
Variaties in genoomorganisaties ................................................................................................10
Eukaryote genomen bevatten veel repetitief DNA.......................................................................10
Extrachromosomaal DNA en horizontale gentransfer ..................................................................12
Genclusters ..............................................................................................................................13
Het menselijk genoom project...................................................................................................14
Polymorfisme binnen het menselijk genoom ..............................................................................14
Genoomsequenties van hominidae (grote apen) ........................................................................14
Condensatie van het genoom ....................................................................................................14
4. DNA replicatie ......................................................................................................................16
DNA replicatie is semi-conservatief ............................................................................................16
DNA replicatie gebeurt meestal bidirectioneel............................................................................16
DNA polymerasen catalyseren DNA synthese van 5’ naar 3’ ........................................................17
Multi-eiwit moleculaire machines verzorgen DNA replicatie ........................................................17
Topo-isomerasen relaxeren ‘supercoiled’ DNA ............................................................................19
Specifieke kenmerken van eukaryote DNA replicatie ...................................................................19
Laboratoriumtechnieken gebaseerd op DNA replicatie ................................................................20
,5. DNA schade en herstelmechanismen .........................................................................................23
Mutaties en DNA schade ...........................................................................................................23
Mutaties op nucleotide niveau ..................................................................................................23
Structurele beschadiging van de dubbele helix ...........................................................................23
DNA herstelmechanismen .........................................................................................................24
6. Ontstaan van genetische variatie ...............................................................................................27
Puntmutaties ...........................................................................................................................27
Genherschikkingen ...................................................................................................................27
Variaties op chromosoomniveau................................................................................................30
Variaties op genoomniveau .......................................................................................................30
7. Transcriptie en RNA maturatie ...................................................................................................31
De structuur van RNA ...............................................................................................................31
De boodschapper tussen DNA en eiwit is RNA ............................................................................32
De basiskenmerken van transcriptie...........................................................................................33
Transcriptie bij prokaryoten.......................................................................................................34
Transcriptie bij eukaryoten ........................................................................................................37
mRNA maturatie.......................................................................................................................42
rRNA en tRNA maturatie ...........................................................................................................50
8. Eiwitsynthese en eiwitadressering .............................................................................................52
De genetische code gekraakt .....................................................................................................52
Het ribosoom ...........................................................................................................................52
De eiwitsynthese ......................................................................................................................53
Gereguleerde eiwitafbraak ........................................................................................................58
Eiwitadressering .......................................................................................................................59
Responscollege 10 november........................................................................................................68
, 1. Grondleggers van de moleculaire biologie
Inzichten in de natuur van het erfelijk materiaal
De wetten van Mendel
− Gregor Johann Mendel (1865): link tussen DNA en erfelijkheid
• F1-generatie zelfbestuiving tot F2- generatie
! opvolgen van 1 kenmerk = monohybride kruising
o Dominant of recessief kenmerk
o Overerfbare partikels
• Uniformiteitswet: F1 van homozygote ouders zijn uniform met zelfde fenotype
• Splitsingswet = wet der segregatie: bij gameetvorming splitsen gepaarde
erfelijkheidsdeterminanten zich zodat de kans dat een gameet een determinant
bevat dezelfde is
• Onafhankelijkheidswet: bij gameetvorming is splitsing van gepaarde
erfelijkheidsdeterminanten onafhankelijk van de segregatie van een ander paar
Chromosomen zijn de dragers van erfelijke kenmerken
− Walther Flemming (1882)
• Visualiseren van intracellulaire component chromatine: cytologische kleuring
o Beschrijving van chromosomen = chroma (=kleur) + soma (=lichaam)
o Beschrijving van exacte sequentie van chromosoombeweging tijdens mitose
! mitose = basiskennis (hernemen)
− Theodor Boveri (1902)
• Beschrijving van meiose
o Haploïd
- Helft van chromosomenaantal in somatische cel
- Bij zaad- en eicellen
o Diploïd
- Volledige chromosomenset
- Na bevruchting
− Walter Sutton (1902)
• Splitsen van homologe chromosomen
≈ segregatie van allelen
• Onafhankelijke overerving indien kenmerken op verschillende chromosomen
Positionering van homologe chromosomen tijdens metafase is willekeurig
− Thomas Hunt Morgan
• Bewijs dat chromosomen de fysische dragers zijn van erfelijke informatie (genen)
DNA is het transforming principle
− Johann Friedrich Miescher (1869)
• Beschrijving van chemische samenstelling van de celkern
o Kern = 1/3e nucleïne + 2/3e eiwit
- Eigenschappen nucleïne
▪ Bevat veel fosfor
▪ Bevat geen zwavel
▪ Is resistent tegen proteolyse
, − Phoebus Levene
• Foutieve aanname: DNA = tetranucleotide
• Correcte aanname: chemische samenstelling van nucleïnezuren
o Nucleotide bouwstenen
- Suiker = ribose met vijf koolstoffen = pentose
- Stikstofhoudende base
▪ Adenine = A
▪ Guanine = G
▪ Cytosine = C
▪ Thymine = T
- Fosfaatgroep
− Frederick Griffith (1928)
• Transforming principle
o o.b.v. 2 soorten pneumokokken/bacteriestammen
- Stam R(ough)
▪ Niet virulent
▪ Muizen =/= ziek
- Stam S(mooth)
▪ Virulent: bezitten polysaccharidenmantel: bescherming tegen
immologische afweermechanismen van gastheer
▪ Muizen = ziek
! levende R bacteriën namen transformerende factor over van dode S bacteriën
Veranderden in S-bacteriën
− Avery, McLeod en McCarthy (1944)
• DNA = transforming principle
! geen credibiliteit voor dit onderzoek
Enzymen zijn namelijk niet specifiek genoeg in hun destructie
= studie van het leven op moleculair niveau
Inhoudsopgave
1. Grondleggers van de moleculaire biologie ............................................................................... 3
Inzichten in de natuur van het erfelijk materiaal .......................................................................... 3
Een model voor de structuur van DNA ........................................................................................ 5
Het centrale dogma ................................................................................................................... 5
2. De structuur van DNA ............................................................................................................ 6
De primaire structuur van DNA................................................................................................... 6
De secundaire structuur van DNA ............................................................................................... 7
Denaturatie en renaturatie......................................................................................................... 8
De tertiaire structuur van DNA ................................................................................................... 9
Basisvereisten genetisch materiaal ............................................................................................. 9
3. Genoom organisatie en evolutie ............................................................................................10
Vele genoomsequenties zijn ontrafeld .......................................................................................10
Variaties in genoomorganisaties ................................................................................................10
Eukaryote genomen bevatten veel repetitief DNA.......................................................................10
Extrachromosomaal DNA en horizontale gentransfer ..................................................................12
Genclusters ..............................................................................................................................13
Het menselijk genoom project...................................................................................................14
Polymorfisme binnen het menselijk genoom ..............................................................................14
Genoomsequenties van hominidae (grote apen) ........................................................................14
Condensatie van het genoom ....................................................................................................14
4. DNA replicatie ......................................................................................................................16
DNA replicatie is semi-conservatief ............................................................................................16
DNA replicatie gebeurt meestal bidirectioneel............................................................................16
DNA polymerasen catalyseren DNA synthese van 5’ naar 3’ ........................................................17
Multi-eiwit moleculaire machines verzorgen DNA replicatie ........................................................17
Topo-isomerasen relaxeren ‘supercoiled’ DNA ............................................................................19
Specifieke kenmerken van eukaryote DNA replicatie ...................................................................19
Laboratoriumtechnieken gebaseerd op DNA replicatie ................................................................20
,5. DNA schade en herstelmechanismen .........................................................................................23
Mutaties en DNA schade ...........................................................................................................23
Mutaties op nucleotide niveau ..................................................................................................23
Structurele beschadiging van de dubbele helix ...........................................................................23
DNA herstelmechanismen .........................................................................................................24
6. Ontstaan van genetische variatie ...............................................................................................27
Puntmutaties ...........................................................................................................................27
Genherschikkingen ...................................................................................................................27
Variaties op chromosoomniveau................................................................................................30
Variaties op genoomniveau .......................................................................................................30
7. Transcriptie en RNA maturatie ...................................................................................................31
De structuur van RNA ...............................................................................................................31
De boodschapper tussen DNA en eiwit is RNA ............................................................................32
De basiskenmerken van transcriptie...........................................................................................33
Transcriptie bij prokaryoten.......................................................................................................34
Transcriptie bij eukaryoten ........................................................................................................37
mRNA maturatie.......................................................................................................................42
rRNA en tRNA maturatie ...........................................................................................................50
8. Eiwitsynthese en eiwitadressering .............................................................................................52
De genetische code gekraakt .....................................................................................................52
Het ribosoom ...........................................................................................................................52
De eiwitsynthese ......................................................................................................................53
Gereguleerde eiwitafbraak ........................................................................................................58
Eiwitadressering .......................................................................................................................59
Responscollege 10 november........................................................................................................68
, 1. Grondleggers van de moleculaire biologie
Inzichten in de natuur van het erfelijk materiaal
De wetten van Mendel
− Gregor Johann Mendel (1865): link tussen DNA en erfelijkheid
• F1-generatie zelfbestuiving tot F2- generatie
! opvolgen van 1 kenmerk = monohybride kruising
o Dominant of recessief kenmerk
o Overerfbare partikels
• Uniformiteitswet: F1 van homozygote ouders zijn uniform met zelfde fenotype
• Splitsingswet = wet der segregatie: bij gameetvorming splitsen gepaarde
erfelijkheidsdeterminanten zich zodat de kans dat een gameet een determinant
bevat dezelfde is
• Onafhankelijkheidswet: bij gameetvorming is splitsing van gepaarde
erfelijkheidsdeterminanten onafhankelijk van de segregatie van een ander paar
Chromosomen zijn de dragers van erfelijke kenmerken
− Walther Flemming (1882)
• Visualiseren van intracellulaire component chromatine: cytologische kleuring
o Beschrijving van chromosomen = chroma (=kleur) + soma (=lichaam)
o Beschrijving van exacte sequentie van chromosoombeweging tijdens mitose
! mitose = basiskennis (hernemen)
− Theodor Boveri (1902)
• Beschrijving van meiose
o Haploïd
- Helft van chromosomenaantal in somatische cel
- Bij zaad- en eicellen
o Diploïd
- Volledige chromosomenset
- Na bevruchting
− Walter Sutton (1902)
• Splitsen van homologe chromosomen
≈ segregatie van allelen
• Onafhankelijke overerving indien kenmerken op verschillende chromosomen
Positionering van homologe chromosomen tijdens metafase is willekeurig
− Thomas Hunt Morgan
• Bewijs dat chromosomen de fysische dragers zijn van erfelijke informatie (genen)
DNA is het transforming principle
− Johann Friedrich Miescher (1869)
• Beschrijving van chemische samenstelling van de celkern
o Kern = 1/3e nucleïne + 2/3e eiwit
- Eigenschappen nucleïne
▪ Bevat veel fosfor
▪ Bevat geen zwavel
▪ Is resistent tegen proteolyse
, − Phoebus Levene
• Foutieve aanname: DNA = tetranucleotide
• Correcte aanname: chemische samenstelling van nucleïnezuren
o Nucleotide bouwstenen
- Suiker = ribose met vijf koolstoffen = pentose
- Stikstofhoudende base
▪ Adenine = A
▪ Guanine = G
▪ Cytosine = C
▪ Thymine = T
- Fosfaatgroep
− Frederick Griffith (1928)
• Transforming principle
o o.b.v. 2 soorten pneumokokken/bacteriestammen
- Stam R(ough)
▪ Niet virulent
▪ Muizen =/= ziek
- Stam S(mooth)
▪ Virulent: bezitten polysaccharidenmantel: bescherming tegen
immologische afweermechanismen van gastheer
▪ Muizen = ziek
! levende R bacteriën namen transformerende factor over van dode S bacteriën
Veranderden in S-bacteriën
− Avery, McLeod en McCarthy (1944)
• DNA = transforming principle
! geen credibiliteit voor dit onderzoek
Enzymen zijn namelijk niet specifiek genoeg in hun destructie
