Menselijke erfelijkheidsleer
Hoofdstuk 1: DNA structuur en DNA replicatie
DNA structuur
GESCHIEDENIS
• 4,8 miljard: ontstaan aarde
• 3,8-3,5 miljard:
o Ontstaan van het eerste leven: prokaryoten (unicellulair)
o Atmosfeer initieel anaeroob (= geen zuurstof nodig)
• 2,4-2 miljard:
o Ontstaan fotosynthese
o Toenemende zuurstofconcentratie in atmosfeer
• 1,5 miljard: ontstaan van eukaryoten (multicellulaire organismen)
• 0,5 miljard: vissen
• 420 miljoen: eerste landdieren
• 50.000: homo sapiens
o Mens pas relatief laat ontstaan, heel wat dingen gaan vooraf aan ons bestaan
Endosymbiosis
= Opname van prokaryotische bacteriën in eukaryote cellen
• Hierdoor ontstaat er een symbiotische relatie: afhankelijkheid en wederzijds winstgevend
o Mitochondria ontstaan door bacteriën die aerobisch konden ademhalen
o Chloroplasten ontstaan door inname van fotosynthetische bacteriën
→ eerst heel warm op aarde met erg veel stikstof in atmosfeer waardoor weinig kon
groeien, vanaf fotosynthese meer zuurstof in atmosfeer → ganse evolutie van bacteriën
komt op gang
• Evidentie: mitochondria en chloroplasten hebben eigen DNA dat circulair is, i.p.v. lineair
PROKARYOOT VS EUKARYOOT
Prokaryoot Eukaryoot
• Kleine cel: 1µm • Grotere cel: 10-100 µm
• Geen kernmembraan (geen afgebakende • Wel kernmembraan (afgebakende kern,
kern) DNA erg goed beschermd)
• Circulair chromosoom • Lineaire chromosomen
• DNA: 1-5 x 106 nucleotiden (eerste cellen • DNA: 1-5 x 109 nucleotiden
waren erg basaal, maar bevatten toch al • Wel cytoskelet
DNA) • Wel organellen (bv.: mitochondriën met
• Geen cytoskelet eigen stukje DNA)
• Geen organellen
1
, • Lichaam opgebouwd uit miljarden
eukaryote cellen (elke cel bevat dezelfde
kopie van hetzelfde genoom)
De mens komt voort uit de multicellulaire eukaryoten (dieren):
• Prokaryoten: erg primitieve cellen waarvan slechts nog een
aantal organismen in ons milieu voorkomen
(prentje slechts ter illustratie, geen examenvraag!)
BOUWSTENEN VAN DE CEL
• H20 (grootste deel)
• Suikers (sacchariden) → polysacchariden
• Vetzuren → vetten
• Aminozuren → eiwitten
• Nucleïnezuren
o Opgebouwd uit nucleotiden (=essentiële bouwsteen DNA, ganse genoom bestaat uit drie
miljard nucleotiden): base + pentose (=suiker) + fosfaat
▪ Fosfaat
− Zonder fosfaat: nucleoside i.p.v. nucleotide
− Vaak drie fosfaatgroepen aangehecht waarvan er
twee afsplitsen, energie die vrijkomt wordt
gebruikt om DNA op te bouwen
− RNA
− DNA
→ één nucleotide = eenheid van RNA/DNA, bestaande uit een basenpaar
→ DNA is dubbelstrengig door paring van nucleotiden
▪ Pentose/suiker
− Deoxy= ontbreking zuurstofatoom
▪ Base
− Pyrimidines
➢ Cytosine (C)
➢ Thymine (T) → enkel bij DNA
2
, ➢ Uracil (U) → enkel bij RNA
− Purines
➢ Adenine (A)
➢ Guanine (G)
o Fosfodiester binding
▪ Verbindt verschillende pentoses met elkaar om zo DNA te vormen
▪ Fosfaat vormt een brug tussen OH (3) en CH2 (5)
▪ DNA is dubbelstrengig (biedt stabiliteit)
− Daarom 2 strengen, die in een omgekeerde
richting/oriëntatie lopen (5’ naar 3’ en 3’
naar 5’)
− Twee strengen zijn complementair: door
opeenvolging ene streng te weten, weet je
automatisch opeenvolging andere streng
− De basen van elke steng gaan steeds op
dezelfde manier paren en waterstofbruggetjes vormen
➢ A paart met T en vormt 2 waterstofbruggen
➢ C paart met G en vormt 3 waterstofbruggen (sterker verbonden,
moeilijker om tijdens experimenten uit elkaar te halen)
Verschillen tussen DNA en RNA
• DNA = dubbelstrengig <-> RNA = enkelstrengig
• Thymine bij DNA <-> Uracil bij RNA
• Deoxyribose bij DNA (één O minder) <-> ribose bij RNA
• RNA kan wel de celkern verlaten <-> DNA niet
Het menselijke genoom
• In elk van onze cellen zit ons menselijk genoom
• Bestaat uit sequentie van 3 miljard basenparen
o 1000 basenparen = 1 kb
• Er is ook DNA buiten de nucleus
o In de mitochondria (mitochondriale DNA)
o Extranucleair DNA: nodig om mitochondria te doen werken
• 2% coderende sequenties = eiwitten (genen die coderen voor eiwitten zijn het belangrijkste!)
• Menselijke genoom is erg groot, waarvan meer dan de helft niet nuttig is of de functie zelfs
onbekend is
3
, DNA replicatie
• Nodig voor de continue celdeling die gebeurt (bv.: darmwand vernieuwt elke drie dagen)
o Een moedercel splitst op in 2 dochtercellen
o Iedere dochtercel krijgt een exacte kopie van de 3 miljard basen
• Semi-conservatieve replicatie
o Elke dochtercel krijgt 1 DNA streng van de moeder, vermits beide strengen
complementair zijn
o Elke dochtercel eindigt zo met 1 streng van de moeder en 1 nieuwe
complementaire streng
• Cyclus/leven van een cel
o Mitose= celdeling
o Bv.: darmcellen delen erg vaak, maar er zijn ook cellen zoals breincellen die nooit meer
delen en voor altijd in fase G0 blijven zitten
o G1: Cel doet wat ze moet doen
▪ Sommigen blijven voor altijd in G1 of gaan dood
▪ Anderen gaan verder naar S
o S: synthesefase, waar semi-conservatieve DNA-replicatie
plaatsvindt
o G2= voorbereiding op eigenlijke mitose
o Interfase= alle fases behalve mitose
• Origins of replication
o DNA-replicatie start op heel veel verschillende plaatsen tegelijk, zodat het proces zo snel
mogelijk gebeurt
o Op 8 uur tijd is het volledige genoom gekopieerd, DNA-polymerase werkt aan 100
basenparen/seconde
• Proces van replicatie
o Dubbele helix wordt uit elkaar gehaald door het enzym helicase (waterstofbruggen worden
losgemaakt)
o RNA-primer bestaat uit een aantal nucleotiden, waaraan het polymerase eiwit zal
vasthechten en waarna het begint aan zijn taak
▪ DNA-polymerase kan zich niet rechtstreeks aan strengen vasthechten, primer nodig
die complementair is aan DNA-polymerase
o DNA-polymerase synthetiseert de nieuwe DNA-streng van de dochtercellen (complementair
aan moederstreng)
▪ Zorgt voor de fosfodiesterbinding
− DNA-polymerase zorgt er steeds opnieuw voor dat een nucleotide wordt
ingebracht
▪ Polymerase werkt altijd van 5’ naar 3’, waardoor dit proces enkel vlot verloopt aan
de linker kant (= leading strand: leidende streng die in één ruk wordt gemaakt)
▪ Rechterkant: polymerase werkt in stukjes (= lagging strand: achterlopende streng)
− Eerste stukje wordt gevormd
− Hierna springt de polymerase terug naar boven om het volgende stukje te
gaan vormen
− Elk stukje dat hier gevormd wordt, noemt men Okazaki fragmentjes
4
Hoofdstuk 1: DNA structuur en DNA replicatie
DNA structuur
GESCHIEDENIS
• 4,8 miljard: ontstaan aarde
• 3,8-3,5 miljard:
o Ontstaan van het eerste leven: prokaryoten (unicellulair)
o Atmosfeer initieel anaeroob (= geen zuurstof nodig)
• 2,4-2 miljard:
o Ontstaan fotosynthese
o Toenemende zuurstofconcentratie in atmosfeer
• 1,5 miljard: ontstaan van eukaryoten (multicellulaire organismen)
• 0,5 miljard: vissen
• 420 miljoen: eerste landdieren
• 50.000: homo sapiens
o Mens pas relatief laat ontstaan, heel wat dingen gaan vooraf aan ons bestaan
Endosymbiosis
= Opname van prokaryotische bacteriën in eukaryote cellen
• Hierdoor ontstaat er een symbiotische relatie: afhankelijkheid en wederzijds winstgevend
o Mitochondria ontstaan door bacteriën die aerobisch konden ademhalen
o Chloroplasten ontstaan door inname van fotosynthetische bacteriën
→ eerst heel warm op aarde met erg veel stikstof in atmosfeer waardoor weinig kon
groeien, vanaf fotosynthese meer zuurstof in atmosfeer → ganse evolutie van bacteriën
komt op gang
• Evidentie: mitochondria en chloroplasten hebben eigen DNA dat circulair is, i.p.v. lineair
PROKARYOOT VS EUKARYOOT
Prokaryoot Eukaryoot
• Kleine cel: 1µm • Grotere cel: 10-100 µm
• Geen kernmembraan (geen afgebakende • Wel kernmembraan (afgebakende kern,
kern) DNA erg goed beschermd)
• Circulair chromosoom • Lineaire chromosomen
• DNA: 1-5 x 106 nucleotiden (eerste cellen • DNA: 1-5 x 109 nucleotiden
waren erg basaal, maar bevatten toch al • Wel cytoskelet
DNA) • Wel organellen (bv.: mitochondriën met
• Geen cytoskelet eigen stukje DNA)
• Geen organellen
1
, • Lichaam opgebouwd uit miljarden
eukaryote cellen (elke cel bevat dezelfde
kopie van hetzelfde genoom)
De mens komt voort uit de multicellulaire eukaryoten (dieren):
• Prokaryoten: erg primitieve cellen waarvan slechts nog een
aantal organismen in ons milieu voorkomen
(prentje slechts ter illustratie, geen examenvraag!)
BOUWSTENEN VAN DE CEL
• H20 (grootste deel)
• Suikers (sacchariden) → polysacchariden
• Vetzuren → vetten
• Aminozuren → eiwitten
• Nucleïnezuren
o Opgebouwd uit nucleotiden (=essentiële bouwsteen DNA, ganse genoom bestaat uit drie
miljard nucleotiden): base + pentose (=suiker) + fosfaat
▪ Fosfaat
− Zonder fosfaat: nucleoside i.p.v. nucleotide
− Vaak drie fosfaatgroepen aangehecht waarvan er
twee afsplitsen, energie die vrijkomt wordt
gebruikt om DNA op te bouwen
− RNA
− DNA
→ één nucleotide = eenheid van RNA/DNA, bestaande uit een basenpaar
→ DNA is dubbelstrengig door paring van nucleotiden
▪ Pentose/suiker
− Deoxy= ontbreking zuurstofatoom
▪ Base
− Pyrimidines
➢ Cytosine (C)
➢ Thymine (T) → enkel bij DNA
2
, ➢ Uracil (U) → enkel bij RNA
− Purines
➢ Adenine (A)
➢ Guanine (G)
o Fosfodiester binding
▪ Verbindt verschillende pentoses met elkaar om zo DNA te vormen
▪ Fosfaat vormt een brug tussen OH (3) en CH2 (5)
▪ DNA is dubbelstrengig (biedt stabiliteit)
− Daarom 2 strengen, die in een omgekeerde
richting/oriëntatie lopen (5’ naar 3’ en 3’
naar 5’)
− Twee strengen zijn complementair: door
opeenvolging ene streng te weten, weet je
automatisch opeenvolging andere streng
− De basen van elke steng gaan steeds op
dezelfde manier paren en waterstofbruggetjes vormen
➢ A paart met T en vormt 2 waterstofbruggen
➢ C paart met G en vormt 3 waterstofbruggen (sterker verbonden,
moeilijker om tijdens experimenten uit elkaar te halen)
Verschillen tussen DNA en RNA
• DNA = dubbelstrengig <-> RNA = enkelstrengig
• Thymine bij DNA <-> Uracil bij RNA
• Deoxyribose bij DNA (één O minder) <-> ribose bij RNA
• RNA kan wel de celkern verlaten <-> DNA niet
Het menselijke genoom
• In elk van onze cellen zit ons menselijk genoom
• Bestaat uit sequentie van 3 miljard basenparen
o 1000 basenparen = 1 kb
• Er is ook DNA buiten de nucleus
o In de mitochondria (mitochondriale DNA)
o Extranucleair DNA: nodig om mitochondria te doen werken
• 2% coderende sequenties = eiwitten (genen die coderen voor eiwitten zijn het belangrijkste!)
• Menselijke genoom is erg groot, waarvan meer dan de helft niet nuttig is of de functie zelfs
onbekend is
3
, DNA replicatie
• Nodig voor de continue celdeling die gebeurt (bv.: darmwand vernieuwt elke drie dagen)
o Een moedercel splitst op in 2 dochtercellen
o Iedere dochtercel krijgt een exacte kopie van de 3 miljard basen
• Semi-conservatieve replicatie
o Elke dochtercel krijgt 1 DNA streng van de moeder, vermits beide strengen
complementair zijn
o Elke dochtercel eindigt zo met 1 streng van de moeder en 1 nieuwe
complementaire streng
• Cyclus/leven van een cel
o Mitose= celdeling
o Bv.: darmcellen delen erg vaak, maar er zijn ook cellen zoals breincellen die nooit meer
delen en voor altijd in fase G0 blijven zitten
o G1: Cel doet wat ze moet doen
▪ Sommigen blijven voor altijd in G1 of gaan dood
▪ Anderen gaan verder naar S
o S: synthesefase, waar semi-conservatieve DNA-replicatie
plaatsvindt
o G2= voorbereiding op eigenlijke mitose
o Interfase= alle fases behalve mitose
• Origins of replication
o DNA-replicatie start op heel veel verschillende plaatsen tegelijk, zodat het proces zo snel
mogelijk gebeurt
o Op 8 uur tijd is het volledige genoom gekopieerd, DNA-polymerase werkt aan 100
basenparen/seconde
• Proces van replicatie
o Dubbele helix wordt uit elkaar gehaald door het enzym helicase (waterstofbruggen worden
losgemaakt)
o RNA-primer bestaat uit een aantal nucleotiden, waaraan het polymerase eiwit zal
vasthechten en waarna het begint aan zijn taak
▪ DNA-polymerase kan zich niet rechtstreeks aan strengen vasthechten, primer nodig
die complementair is aan DNA-polymerase
o DNA-polymerase synthetiseert de nieuwe DNA-streng van de dochtercellen (complementair
aan moederstreng)
▪ Zorgt voor de fosfodiesterbinding
− DNA-polymerase zorgt er steeds opnieuw voor dat een nucleotide wordt
ingebracht
▪ Polymerase werkt altijd van 5’ naar 3’, waardoor dit proces enkel vlot verloopt aan
de linker kant (= leading strand: leidende streng die in één ruk wordt gemaakt)
▪ Rechterkant: polymerase werkt in stukjes (= lagging strand: achterlopende streng)
− Eerste stukje wordt gevormd
− Hierna springt de polymerase terug naar boven om het volgende stukje te
gaan vormen
− Elk stukje dat hier gevormd wordt, noemt men Okazaki fragmentjes
4
