Celleer 3 ZS – DNA duplicatie, Mitose & Meiose
De duplicatie van DNA in eukaryote cel
Waarom DNA-replicatie extreem precies moet verlopen
De cel kopieert haar volledige genoom vóór ze kan delen in S-fase. Dit moet correct gebeuren, want het functioneren
en dus het overleven van de dochtercellen hangt hiervan af. Fouten kunnen leiden tot mutaties, genetische ziekten of
kanker. De cel heeft surveillance- en herstelmechanismen om fouten te beperken.
Mechanisme: DNA duplicatie
Start van DNA-replicatie: openen van de dubbele helix
De dubbele helix moet worden losgemaakt op replicatiestartplaatsen (origins) via DIP (DNA-initiator protein) of ORC
(orgin replication complex).
Het ORC/DIP bindt aan de origin en bij overgang G1 naar S fase wordt EW Cdc6 geproduceerd. Cdc6 bindt aan ORC
waardoor waterstofbindingen loskomen van korte DNA stukjes wat ervoor zorgt dat helix lokaal wordt geopend. Dit
vraagt weinig energie, want WSB zijn zwakke bindingen & het zijn voor kort stukje DNA. Daarnaast zijn orgins AT-rijk
en breken dus makkelijker open dan CG.
Er ontstaat Y-vormige opening; een replicatievork. De replicatie verloopt bidirectioneel; je hebt dus twee vorken per
origin. Eens DIP bindt aan orgins, wordt groep replicatie-EW gemobiliseerd voor maken van kopie van elke streng.
Ontwinden van DNA: helicase & stabilisatie
DNA-helicase zijn 6 EW die als handboeien rond DNA gaan liggen, deze EW heten MCM-complex (mini-CS
maintenance protein complex). Ze pakken kleine stukjes van CS aan en maken ze klaar om gekopieerd te worden.
Samen met single strand DNA-binding proteines houdt helicase het enkelstrengige DNA stabiel om gekopieerd te
worden door te verhinderen dat het net uiteen gehaalde DNA automatisch terug in een helix opdraait. Het
DNA-helicase bindt thv ORC- Cdc6 en schuift vooruit om de helix verder te openen. Hierbij lost het Cdc6 EW
onmiddellijk op.
Probleem: Torsie-stress
Er ontstaan supercoils waardoor DNA moeilijker te ontwinden is. Dit kan je oplossen met DNA-topo-isomerase. Dit
enzym knipt de strakker opgewonden streng om de torsie stress ervan te halen, en herstelt nadien de binding.
, Synthese van nieuwe DNA-strengen
DNA-polymerase zet zich achter DNA-helicase en zorgt ervoor dat beide strengen gekopieerd worden. Het startschot
wordt gegeven door de cycline-S-Cdk's: DNA-helicase-polymerase complex schiet vooruit en ORC loslaat
DNA-polymerase wordt door glij-klem (sliding clamp) op het DNA gehouden. DNA-polymerase werkt maar in 1
richting; het kan enkel NT aanzetten aan 3’ uiteinde. Leading string volgt deze richting van ontwinding, maar de
complementaire streng niet. Hier moet het DNA-polymerase voortdurend "achteruit" springen om korte stukjes DNA
(Okazaki-fragmenten) te maken, die dan steeds aan één moeten worden gezet met DNA-ligase. Deze synthese loopt
dus voortdurend wat achter. Dit is dan ook de "lagging-DNA" streng.
Primase, primers en ligase
DNA-polymerase kan niet op zich starten, het maakt gebruik van primase enzym. Dat enzym is een RNA-polymerase
dat een 10-tal complementaire RNA-NT aanéénzet als startplaats. Voor de leading streng moet dat primase maar 1x
optreden, maar voor de lagging streng moet het dus voor elk Okazaki-fragmentje een startstukje gemaakt worden.
Die "start-stukjes RNA" worden telkens verwijderd en vervangen door een speciaal trio van enzymen
➢ Nuclease: RNA-primer wegdoet
➢ DNA-polymerase: vervangt RNA door DNA vervangt
➢ DNA-ligase: zet DNA-stukjes aaneen
De DNA-polymerisatiereactie kost energie. Deze wordt geleverd door het binnenkomende NT dat aan de streng
wordt gezet. NT komt ingezwommen als een NT-trifosfaat dat energierijk is (ATP, GTP, CTP, TTP). Bij afsplitsing van een
fosforgroep komt de nodige energie vrij die de DNA-synthese mogelijk maakt.
De duplicatie van DNA in eukaryote cel
Waarom DNA-replicatie extreem precies moet verlopen
De cel kopieert haar volledige genoom vóór ze kan delen in S-fase. Dit moet correct gebeuren, want het functioneren
en dus het overleven van de dochtercellen hangt hiervan af. Fouten kunnen leiden tot mutaties, genetische ziekten of
kanker. De cel heeft surveillance- en herstelmechanismen om fouten te beperken.
Mechanisme: DNA duplicatie
Start van DNA-replicatie: openen van de dubbele helix
De dubbele helix moet worden losgemaakt op replicatiestartplaatsen (origins) via DIP (DNA-initiator protein) of ORC
(orgin replication complex).
Het ORC/DIP bindt aan de origin en bij overgang G1 naar S fase wordt EW Cdc6 geproduceerd. Cdc6 bindt aan ORC
waardoor waterstofbindingen loskomen van korte DNA stukjes wat ervoor zorgt dat helix lokaal wordt geopend. Dit
vraagt weinig energie, want WSB zijn zwakke bindingen & het zijn voor kort stukje DNA. Daarnaast zijn orgins AT-rijk
en breken dus makkelijker open dan CG.
Er ontstaat Y-vormige opening; een replicatievork. De replicatie verloopt bidirectioneel; je hebt dus twee vorken per
origin. Eens DIP bindt aan orgins, wordt groep replicatie-EW gemobiliseerd voor maken van kopie van elke streng.
Ontwinden van DNA: helicase & stabilisatie
DNA-helicase zijn 6 EW die als handboeien rond DNA gaan liggen, deze EW heten MCM-complex (mini-CS
maintenance protein complex). Ze pakken kleine stukjes van CS aan en maken ze klaar om gekopieerd te worden.
Samen met single strand DNA-binding proteines houdt helicase het enkelstrengige DNA stabiel om gekopieerd te
worden door te verhinderen dat het net uiteen gehaalde DNA automatisch terug in een helix opdraait. Het
DNA-helicase bindt thv ORC- Cdc6 en schuift vooruit om de helix verder te openen. Hierbij lost het Cdc6 EW
onmiddellijk op.
Probleem: Torsie-stress
Er ontstaan supercoils waardoor DNA moeilijker te ontwinden is. Dit kan je oplossen met DNA-topo-isomerase. Dit
enzym knipt de strakker opgewonden streng om de torsie stress ervan te halen, en herstelt nadien de binding.
, Synthese van nieuwe DNA-strengen
DNA-polymerase zet zich achter DNA-helicase en zorgt ervoor dat beide strengen gekopieerd worden. Het startschot
wordt gegeven door de cycline-S-Cdk's: DNA-helicase-polymerase complex schiet vooruit en ORC loslaat
DNA-polymerase wordt door glij-klem (sliding clamp) op het DNA gehouden. DNA-polymerase werkt maar in 1
richting; het kan enkel NT aanzetten aan 3’ uiteinde. Leading string volgt deze richting van ontwinding, maar de
complementaire streng niet. Hier moet het DNA-polymerase voortdurend "achteruit" springen om korte stukjes DNA
(Okazaki-fragmenten) te maken, die dan steeds aan één moeten worden gezet met DNA-ligase. Deze synthese loopt
dus voortdurend wat achter. Dit is dan ook de "lagging-DNA" streng.
Primase, primers en ligase
DNA-polymerase kan niet op zich starten, het maakt gebruik van primase enzym. Dat enzym is een RNA-polymerase
dat een 10-tal complementaire RNA-NT aanéénzet als startplaats. Voor de leading streng moet dat primase maar 1x
optreden, maar voor de lagging streng moet het dus voor elk Okazaki-fragmentje een startstukje gemaakt worden.
Die "start-stukjes RNA" worden telkens verwijderd en vervangen door een speciaal trio van enzymen
➢ Nuclease: RNA-primer wegdoet
➢ DNA-polymerase: vervangt RNA door DNA vervangt
➢ DNA-ligase: zet DNA-stukjes aaneen
De DNA-polymerisatiereactie kost energie. Deze wordt geleverd door het binnenkomende NT dat aan de streng
wordt gezet. NT komt ingezwommen als een NT-trifosfaat dat energierijk is (ATP, GTP, CTP, TTP). Bij afsplitsing van een
fosforgroep komt de nodige energie vrij die de DNA-synthese mogelijk maakt.
