Menselijke erfelijkheidsleer
LES1: 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
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
- Evidentie: mitochondria en chloroplasten hebben eigen DNA dat circulair is, i.p.v. lineair
Prokaryoot vs. eukaryoot
Prokaryoot Eukaryoot
Kleine cel: 1 µm Grote cel: 10-100 µm
Geen kernmembraan Wel kernmembraan
Circulair chromosoom Lineair chromosomen
DNA: 1-5 x 106 nucleotiden DNA: 1-5 x 109 nucleotiden
Geen cytoskelet Wel cytoskelet
Geen organellen Wel organellen
Mens komt voort uit de multicellulaire eukaryoten (dieren)
1
, Bouwstenen van de cel
- H20
- Suikers → polysacchariden
- Vetzuren → vetten/lipiden
- Aminozuren → eiwitten/proteïnes
- Nucleïnezuren
o Opgebouwd uit nucleotiden: base + pentose1 + fosfaat
▪ Fosfaat
• Suikergroep + base = nucleoside
+ fosfaat = nucleotide
→ nucleotide is de eenheid
• RNA
o Adenosine mono/di/tri fosfaat AMP/ADP/ATP
o Guanosine mono/di/tri fosfaat GMP/GDP/GTP
o Cytidine mono/di/tri fosfaat CMP/CDP/CTP
o Uridine mono/di/tri fosfaat UMP/UDP/UTP
• DNA
o Deoxyadenosine mono/di/tri fosfaat dAMP/dADP/dATP
o Deoxyguanosine mono/di/tri fosfaat dGMP/dGDP/dGTP
o Deoxycytidine mono/di/tri fosfaat dCMP/dCDP/dCTP
o Deoxythymidine mono/di/tri fosfaat dTMP/dTDP/dTTP
▪ Pentose/suikergroep
RNA DNA
▪ Base
• Pyrimidines
o Cytosine (C)
o Thymine (T) → enkel bij DNA
o Uracil (U) → enkel bij RNA
• Purines
o Adenine (A)
o Guanine (G)
o Fosfodiester binding
▪ Chemische reactie tussen de fosfaatgroep en OH groep (zie cirkel afbeeling)
▪ Verbindt verschillende nucleotiden met elkaar om zo DNA te vormen
▪ Fosfaat vormt een brug tussen OH (3) en CH2 (5)
▪ DNA is dubbelstrengig
• Daarom 2 strengen, die in een omgekeerde richting lopen
• De basen van elke steng gaan paren en waterstofbruggetjes vormen
o A paart met T en vormt 2 waterstofbruggen
o C paart met G en vormt 3 waterstofbruggen
• De strengen zijn complementair: als je de volgorde van streng 1 weet, kan je streng
2 aanvullen obv streng 1
1
Alles wat op “ose” eindigt = suiker
2
,Verschil tussen DNA en RNA
1. DNA is dubbelstrengig vs. RNA is enkelstrengig
2. Thymine bij DNA vs. Uracil bij RNA
3. Deoxyribose bij DNA (één O minder) vs. ribose bij RNA
4. RNA kan wel de celkern verlaten, DNA niet
DNA-structuur 3 Kleine
Grote groeve Grote
- Niet symmetrisch: afwisselend kleine en grote groeve ’ groeve groeve
- Ene streng 3’ uiteinde, andere streng 5’ uiteinde
Menselijke genoom
Grote Kleine
- In elk van onze cellen zit ons menselijk genoom groeve groeve
- Bestaat uit 3 miljard basenparen
o 1000 baseparen = 1 kb
o 10000 baseparen = 1 mb
- Er is ook DNA buiten de nucleus
o In de mitochondria
o Extranucleair DNA: nodig om mitochondria
te doen werken
- Veel van ons DNA is repetitief, heeft geen functie
→ maar 2% zijn genen (coderen voor eiwitten)
-
DNA-replicatie
- Nodig voor de continue celdeling die gebeurt
o Een moedercel splitst op in 2 dochtercellen
o Iedere dochtercel krijgt een exacte kopie van de 3 miljard basen
- Semi-conservatieve replicatie
o Bij DNA-replicatie: elke ouderstreng is een sjabloon voor een nieuwe streng
o Zo krijg je in elke dochtercel 2 DNA-strengen die elk bestaan uit 1 oude en 1
nieuwe streng
- Cyclus van een cel
o Mitose: celdeling
o G1: Cel doet wat ze moet doen
▪ Sommigen blijven voor altijd in G1 of gaan dood (bv hersen-
cellen blijven in G0)
▪ Anderen gaan verder naar S
o S: synthesefase, waar DNA-replicatie plaats vindt
o G2: voorbereiding op eigenlijke mitose
- Origins of replication
o DNA is 3 meter lang → DNA-replicatie start op veel
verschillende plaatsen tegelijk, zodat het proces zo snel
mogelijk gebeurt
3
, → komen uiteindelijk elkaar tegen
o 100 baseparen per seconde
o Op 8 uur tijd is het volledige genoom gekopieerd
- Proces van replicatie
o Dubbele helix wordt uit elkaar gehaald door het enzym
helicase2
o RNA-primer bestaat uit een aantal nucleotiden, waaraan het
polymerase eiwit zal vasthechten en waarna het begint aan
zijn taak
o DNA-polymerase synthetiseert de nieuwe DNA-streng van
de dochtercellen
▪ Zorgt voor de fosfodiesterbinding
▪ Polymerase werkt altijd van 5’ naar 3’, waardoor dit
proces enkel vlot verloopt aan de linker kant (=
leading strand)
▪ Rechterkant: polymerase werkt in stukjes (= lagging strand)
• 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
o Ligase gaat de Okazaki-fragmentjes aan elkaar hechten
o Polymerase synthetiseert niet enkel de streng, maar gaat ook controleren op foutjes
2
Enzymen eindigen op “ase”
4
LES1: 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
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
- Evidentie: mitochondria en chloroplasten hebben eigen DNA dat circulair is, i.p.v. lineair
Prokaryoot vs. eukaryoot
Prokaryoot Eukaryoot
Kleine cel: 1 µm Grote cel: 10-100 µm
Geen kernmembraan Wel kernmembraan
Circulair chromosoom Lineair chromosomen
DNA: 1-5 x 106 nucleotiden DNA: 1-5 x 109 nucleotiden
Geen cytoskelet Wel cytoskelet
Geen organellen Wel organellen
Mens komt voort uit de multicellulaire eukaryoten (dieren)
1
, Bouwstenen van de cel
- H20
- Suikers → polysacchariden
- Vetzuren → vetten/lipiden
- Aminozuren → eiwitten/proteïnes
- Nucleïnezuren
o Opgebouwd uit nucleotiden: base + pentose1 + fosfaat
▪ Fosfaat
• Suikergroep + base = nucleoside
+ fosfaat = nucleotide
→ nucleotide is de eenheid
• RNA
o Adenosine mono/di/tri fosfaat AMP/ADP/ATP
o Guanosine mono/di/tri fosfaat GMP/GDP/GTP
o Cytidine mono/di/tri fosfaat CMP/CDP/CTP
o Uridine mono/di/tri fosfaat UMP/UDP/UTP
• DNA
o Deoxyadenosine mono/di/tri fosfaat dAMP/dADP/dATP
o Deoxyguanosine mono/di/tri fosfaat dGMP/dGDP/dGTP
o Deoxycytidine mono/di/tri fosfaat dCMP/dCDP/dCTP
o Deoxythymidine mono/di/tri fosfaat dTMP/dTDP/dTTP
▪ Pentose/suikergroep
RNA DNA
▪ Base
• Pyrimidines
o Cytosine (C)
o Thymine (T) → enkel bij DNA
o Uracil (U) → enkel bij RNA
• Purines
o Adenine (A)
o Guanine (G)
o Fosfodiester binding
▪ Chemische reactie tussen de fosfaatgroep en OH groep (zie cirkel afbeeling)
▪ Verbindt verschillende nucleotiden met elkaar om zo DNA te vormen
▪ Fosfaat vormt een brug tussen OH (3) en CH2 (5)
▪ DNA is dubbelstrengig
• Daarom 2 strengen, die in een omgekeerde richting lopen
• De basen van elke steng gaan paren en waterstofbruggetjes vormen
o A paart met T en vormt 2 waterstofbruggen
o C paart met G en vormt 3 waterstofbruggen
• De strengen zijn complementair: als je de volgorde van streng 1 weet, kan je streng
2 aanvullen obv streng 1
1
Alles wat op “ose” eindigt = suiker
2
,Verschil tussen DNA en RNA
1. DNA is dubbelstrengig vs. RNA is enkelstrengig
2. Thymine bij DNA vs. Uracil bij RNA
3. Deoxyribose bij DNA (één O minder) vs. ribose bij RNA
4. RNA kan wel de celkern verlaten, DNA niet
DNA-structuur 3 Kleine
Grote groeve Grote
- Niet symmetrisch: afwisselend kleine en grote groeve ’ groeve groeve
- Ene streng 3’ uiteinde, andere streng 5’ uiteinde
Menselijke genoom
Grote Kleine
- In elk van onze cellen zit ons menselijk genoom groeve groeve
- Bestaat uit 3 miljard basenparen
o 1000 baseparen = 1 kb
o 10000 baseparen = 1 mb
- Er is ook DNA buiten de nucleus
o In de mitochondria
o Extranucleair DNA: nodig om mitochondria
te doen werken
- Veel van ons DNA is repetitief, heeft geen functie
→ maar 2% zijn genen (coderen voor eiwitten)
-
DNA-replicatie
- Nodig voor de continue celdeling die gebeurt
o Een moedercel splitst op in 2 dochtercellen
o Iedere dochtercel krijgt een exacte kopie van de 3 miljard basen
- Semi-conservatieve replicatie
o Bij DNA-replicatie: elke ouderstreng is een sjabloon voor een nieuwe streng
o Zo krijg je in elke dochtercel 2 DNA-strengen die elk bestaan uit 1 oude en 1
nieuwe streng
- Cyclus van een cel
o Mitose: celdeling
o G1: Cel doet wat ze moet doen
▪ Sommigen blijven voor altijd in G1 of gaan dood (bv hersen-
cellen blijven in G0)
▪ Anderen gaan verder naar S
o S: synthesefase, waar DNA-replicatie plaats vindt
o G2: voorbereiding op eigenlijke mitose
- Origins of replication
o DNA is 3 meter lang → DNA-replicatie start op veel
verschillende plaatsen tegelijk, zodat het proces zo snel
mogelijk gebeurt
3
, → komen uiteindelijk elkaar tegen
o 100 baseparen per seconde
o Op 8 uur tijd is het volledige genoom gekopieerd
- Proces van replicatie
o Dubbele helix wordt uit elkaar gehaald door het enzym
helicase2
o RNA-primer bestaat uit een aantal nucleotiden, waaraan het
polymerase eiwit zal vasthechten en waarna het begint aan
zijn taak
o DNA-polymerase synthetiseert de nieuwe DNA-streng van
de dochtercellen
▪ Zorgt voor de fosfodiesterbinding
▪ Polymerase werkt altijd van 5’ naar 3’, waardoor dit
proces enkel vlot verloopt aan de linker kant (=
leading strand)
▪ Rechterkant: polymerase werkt in stukjes (= lagging strand)
• 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
o Ligase gaat de Okazaki-fragmentjes aan elkaar hechten
o Polymerase synthetiseert niet enkel de streng, maar gaat ook controleren op foutjes
2
Enzymen eindigen op “ase”
4
