Moleculaire biologie
1. DNA: deoxyribonucleic acid
Biochemische defenities van leven
- Afgescheiden: levende organismen zijn afgescheiden van leefomgeving door celmembranen en
celwanden
- Energieopname en -verbruik: eten en drinken
- Groei
- Voortplanting
- Beweging (ook planten: draaien naar zon en worstels groeien naar water)
- Interpretatie van prikkels: licht, gevaar, aanwezigheid voedsel, …
- Communicatie: cellen onder elkaar en organismen onder elkaar
Cel: Een eenheid van leven
Komt tot stand door wisselwerking biomoleculen (proteinen, lipiden, carbohydraten,
nucleinezuren)
2 typen: eukaryoot (wel celkern) & prokaryoot (geen)
Erfelijkheidsleer
De genen
- informatie bevattende elementen die eigenschappen & soort van individu bevat
- coderen erfelijke eigenschappen
- doorgegeven aan nakomelingen
Wetten van mendel:
- Waarneembare eigenschappen kunnen tot overerfbare eenheden worden teruggebracht
- Elk individu (=cel) bevat 2 gekoppelde genen waarbij eventueel meerdere allelen mogelijk zijn
- Genen zijn dominant/recessief of intermediair
Garrod:
- Alkaptonurie: zwarte urine & kraakbeen, recessief
- Te wijten aan defect gen dat defect enzyme oplevert
- Nl. enzyme dat homogentisinezuur afbreekt (dus te hoge concentraties homogentisinezuur)
- Mijlpaal: start moleculaire verklaring erfelijkheid
,Stoffen die genetische informatie bevatten
Uit microscopische waarnemingen: wss chromosomen die dragers zijn van genen
Onderzoeken welke stoffen genetsiche informatie bevatten
—> cel fractioneren in zijn verschillende componenten
—> cel eerst homogeniseren:
- In detergent brengen: lossen celmembranen gedeeltelijk op waardoor inhoud cel
vrijkomt in oplossing
- Mechanisch breken: door eenvoudige mixer of sonicatie —> hoge intensiteit ultrasoon
geluid doet celwanden breken
—> oplossing verdelen in fracties: centrifugatie
- Differentiele centrifugatie:
o Homogenaat door filter gegoten om brokstukken te verwijderen
o Filtraat met lage rotatie-snelheid gecentrifugeerd
o Door relatief lage G-kracht (hoger dan normale maar laag tov snellere
centrifugaties) worden grote celorganellen naar bodem gedreven (= pellet,
bovenstaande oplossing is supernatans)
o Pellet apart bijhouden, supernatans opnieuw centrifugeren met hogere
snelheid
o Telkens opnieuw met hogere snelheid —> telkens kleinere organellen naar
bodem
- Densiteitscentrifugatie:
o Maakt gebruik van verschil in densiteit van celorganellen
o In buis verschillende lagen oplossing met verschillende concenratie sucrose
(mengen niet door verschil in densiteit)
o Celhomogenaat bovenop gradient —> centrifugatie
o Organellen gaan naar laag met zelfde densiteit (daar is opwaarste druk gelijk
aan neerwaarste druk)
Kan ook met cesiumchloride (CsCl): centrifugatie —> CsCl naar bodem —>
concentratiegradient
—> zeer kleine verschillen in densiteit meten
Experiment van Griffith
- 2 stammen bacterie streptococcus pneumoniae vergeleken (S en R-stam)
- S-stam: veroorzaakt longonsteking bij muizen, R-stam niet
- Homogenaat van S-stam toevoegen aan R —> ook longontsteking, hoewel alle S gedood waren
Bacterien kunnen eigenschappen overnemen uit omgeving opnemen = transformatie
Welke stof in S is verantwoordelijk?
➔ S fractioneren in RNA, DNA, vetten & koolwaterstoffen
➔ Elke fractie toegevoegd aan R
➔ Enkel DNA fractie kon R transformeren naar S
Erfelijke eigenschappen zitten vervat in DNA
,Experiment van Hershey-Chase
Zelfde besluit maar andere benadering
- Bacteriofagen: virussen van bacterien
- Na infectie: bacteriofaageiwitten & bacteriofaag DNA aangemaakt door bacterien
- E. coli barst open en bacteriofagen komen in groeimedium terecht
Vraag: overerfbare eigenschappen overgebracht door eiwitten of DNA?
Experiment:
- Cultuur E. coli maken maken die geinfecteerd worden in groeimedium waar radioactief fosfaat
wordt toegevoegd
- Fosfaat zal ingebouwd worden in DNA van nieuwe bacteriofagen die ontstaan uit
geinfecteerde E. coli
- In andere cultuur radioactief zwavel toevoegen aan
groeimedium
- Zwavel wordt enkel ingebouwd in eiwitten nieuwe
bacteriofagen
- Met twee radioactieve culturen twee nieuwe culturen
infecteren
- Culturen hevig schudden zodat bacteriofagen en bacterien
contact verbreken
- Centrifugatie: pellet= bacterien, supernatans: bacteriofagen
Waarnemingen:
- Radioactief fosfaat zit in pellet (= in bacterien)
- Radioactief zwavel in supernatans
DNA (radioactief fosfaat) bevat informatie over de bouwstenen van bacteriofagen
Structuur van het DNA (deoxyribonucleic acid/ deoxyribonucleinezuur)
DNA= suiker + fosfaat + basen
= drager van erfelijkheid
Cellulair DNA: zeer lange polymeren
- Suiker: deoxyribose of β-D-2-deoxyribose
- Fosfaatgroepen: ribose en fosfaat wisselen af in ruggengraat —> fosfaat op 5’ uiteinde van
deoxyribose
- Nucleobasen: purines (adenine, guanine) en pyrimidines (thymine, cytosine)
o Nucleobase + ribose via N-β-glycosidische binding= nucleoside
o “ + fosfaat = nucleotide
Nucleotide adenine (zelfde voor andere)
, Nucleotiden:
- Basen in lage concentraties in cel, vrije nucleotiden hoge concentratie
- Aanmaak:
o Kan opgebouwd worden door meeste cellen
o Partiele hydrolyse van nucleinezuren door nucleasen
o Afgebroken basen door enzymatisch recuperatieproces terug omgezet in nucleotiden
- Tot 3 fosfaatgroepen in serie aan 5’ c-atoom —> deoxyribonucleoside-tri-fosfaten (dNTP’s) of
nuucleotidetrifosfaten (NTP’s) als ribose niet gedeoxyleerd
- Fosfaatgroepen aangeduid door alfa, beta, gamma (symbolen) vertrekkend van suikerring
- NTP’s: voornaamste overdragers biochemische energie (belangrijkste: ATP-ADP)
Ribosen in DNA keten verbonden via fosfodiesterbindingen: 5’ koolstof van deoxyribose via
M
fosfaatgroep met 3’ koolstof van volgende verbonden
Andere belangrijke nucleotiden & basen
- Cyclische vormen mononucleotiden
➢ bv. cAPM (cyclisch adenosine monofosfaat)
o Gesynthetiseerd door adenylaatcyclase —> verbindt alfa-fosfaat ATP met 3’ OH
uiteinde van eigen ribose
o Concentratie afh. van ensymen die het aanmaken & afbreken —> cAMP
fosfodiesterase zet het om naar AMP
- S-adenosyl-methionine: methyleerd basen en eiwitten
- Caffeine (purine en pyrimidine-analogen): inhibitor van fosfodiesterase
—> effecten van cAMP worden versterkt
- ATZ (3’-azido-2’-deoxythymidine): gebruikt bij behandeling AIDS —> inhibeert enzyme
dat noodzakelijk is bij replicatie van HIV-virus
1. DNA: deoxyribonucleic acid
Biochemische defenities van leven
- Afgescheiden: levende organismen zijn afgescheiden van leefomgeving door celmembranen en
celwanden
- Energieopname en -verbruik: eten en drinken
- Groei
- Voortplanting
- Beweging (ook planten: draaien naar zon en worstels groeien naar water)
- Interpretatie van prikkels: licht, gevaar, aanwezigheid voedsel, …
- Communicatie: cellen onder elkaar en organismen onder elkaar
Cel: Een eenheid van leven
Komt tot stand door wisselwerking biomoleculen (proteinen, lipiden, carbohydraten,
nucleinezuren)
2 typen: eukaryoot (wel celkern) & prokaryoot (geen)
Erfelijkheidsleer
De genen
- informatie bevattende elementen die eigenschappen & soort van individu bevat
- coderen erfelijke eigenschappen
- doorgegeven aan nakomelingen
Wetten van mendel:
- Waarneembare eigenschappen kunnen tot overerfbare eenheden worden teruggebracht
- Elk individu (=cel) bevat 2 gekoppelde genen waarbij eventueel meerdere allelen mogelijk zijn
- Genen zijn dominant/recessief of intermediair
Garrod:
- Alkaptonurie: zwarte urine & kraakbeen, recessief
- Te wijten aan defect gen dat defect enzyme oplevert
- Nl. enzyme dat homogentisinezuur afbreekt (dus te hoge concentraties homogentisinezuur)
- Mijlpaal: start moleculaire verklaring erfelijkheid
,Stoffen die genetische informatie bevatten
Uit microscopische waarnemingen: wss chromosomen die dragers zijn van genen
Onderzoeken welke stoffen genetsiche informatie bevatten
—> cel fractioneren in zijn verschillende componenten
—> cel eerst homogeniseren:
- In detergent brengen: lossen celmembranen gedeeltelijk op waardoor inhoud cel
vrijkomt in oplossing
- Mechanisch breken: door eenvoudige mixer of sonicatie —> hoge intensiteit ultrasoon
geluid doet celwanden breken
—> oplossing verdelen in fracties: centrifugatie
- Differentiele centrifugatie:
o Homogenaat door filter gegoten om brokstukken te verwijderen
o Filtraat met lage rotatie-snelheid gecentrifugeerd
o Door relatief lage G-kracht (hoger dan normale maar laag tov snellere
centrifugaties) worden grote celorganellen naar bodem gedreven (= pellet,
bovenstaande oplossing is supernatans)
o Pellet apart bijhouden, supernatans opnieuw centrifugeren met hogere
snelheid
o Telkens opnieuw met hogere snelheid —> telkens kleinere organellen naar
bodem
- Densiteitscentrifugatie:
o Maakt gebruik van verschil in densiteit van celorganellen
o In buis verschillende lagen oplossing met verschillende concenratie sucrose
(mengen niet door verschil in densiteit)
o Celhomogenaat bovenop gradient —> centrifugatie
o Organellen gaan naar laag met zelfde densiteit (daar is opwaarste druk gelijk
aan neerwaarste druk)
Kan ook met cesiumchloride (CsCl): centrifugatie —> CsCl naar bodem —>
concentratiegradient
—> zeer kleine verschillen in densiteit meten
Experiment van Griffith
- 2 stammen bacterie streptococcus pneumoniae vergeleken (S en R-stam)
- S-stam: veroorzaakt longonsteking bij muizen, R-stam niet
- Homogenaat van S-stam toevoegen aan R —> ook longontsteking, hoewel alle S gedood waren
Bacterien kunnen eigenschappen overnemen uit omgeving opnemen = transformatie
Welke stof in S is verantwoordelijk?
➔ S fractioneren in RNA, DNA, vetten & koolwaterstoffen
➔ Elke fractie toegevoegd aan R
➔ Enkel DNA fractie kon R transformeren naar S
Erfelijke eigenschappen zitten vervat in DNA
,Experiment van Hershey-Chase
Zelfde besluit maar andere benadering
- Bacteriofagen: virussen van bacterien
- Na infectie: bacteriofaageiwitten & bacteriofaag DNA aangemaakt door bacterien
- E. coli barst open en bacteriofagen komen in groeimedium terecht
Vraag: overerfbare eigenschappen overgebracht door eiwitten of DNA?
Experiment:
- Cultuur E. coli maken maken die geinfecteerd worden in groeimedium waar radioactief fosfaat
wordt toegevoegd
- Fosfaat zal ingebouwd worden in DNA van nieuwe bacteriofagen die ontstaan uit
geinfecteerde E. coli
- In andere cultuur radioactief zwavel toevoegen aan
groeimedium
- Zwavel wordt enkel ingebouwd in eiwitten nieuwe
bacteriofagen
- Met twee radioactieve culturen twee nieuwe culturen
infecteren
- Culturen hevig schudden zodat bacteriofagen en bacterien
contact verbreken
- Centrifugatie: pellet= bacterien, supernatans: bacteriofagen
Waarnemingen:
- Radioactief fosfaat zit in pellet (= in bacterien)
- Radioactief zwavel in supernatans
DNA (radioactief fosfaat) bevat informatie over de bouwstenen van bacteriofagen
Structuur van het DNA (deoxyribonucleic acid/ deoxyribonucleinezuur)
DNA= suiker + fosfaat + basen
= drager van erfelijkheid
Cellulair DNA: zeer lange polymeren
- Suiker: deoxyribose of β-D-2-deoxyribose
- Fosfaatgroepen: ribose en fosfaat wisselen af in ruggengraat —> fosfaat op 5’ uiteinde van
deoxyribose
- Nucleobasen: purines (adenine, guanine) en pyrimidines (thymine, cytosine)
o Nucleobase + ribose via N-β-glycosidische binding= nucleoside
o “ + fosfaat = nucleotide
Nucleotide adenine (zelfde voor andere)
, Nucleotiden:
- Basen in lage concentraties in cel, vrije nucleotiden hoge concentratie
- Aanmaak:
o Kan opgebouwd worden door meeste cellen
o Partiele hydrolyse van nucleinezuren door nucleasen
o Afgebroken basen door enzymatisch recuperatieproces terug omgezet in nucleotiden
- Tot 3 fosfaatgroepen in serie aan 5’ c-atoom —> deoxyribonucleoside-tri-fosfaten (dNTP’s) of
nuucleotidetrifosfaten (NTP’s) als ribose niet gedeoxyleerd
- Fosfaatgroepen aangeduid door alfa, beta, gamma (symbolen) vertrekkend van suikerring
- NTP’s: voornaamste overdragers biochemische energie (belangrijkste: ATP-ADP)
Ribosen in DNA keten verbonden via fosfodiesterbindingen: 5’ koolstof van deoxyribose via
M
fosfaatgroep met 3’ koolstof van volgende verbonden
Andere belangrijke nucleotiden & basen
- Cyclische vormen mononucleotiden
➢ bv. cAPM (cyclisch adenosine monofosfaat)
o Gesynthetiseerd door adenylaatcyclase —> verbindt alfa-fosfaat ATP met 3’ OH
uiteinde van eigen ribose
o Concentratie afh. van ensymen die het aanmaken & afbreken —> cAMP
fosfodiesterase zet het om naar AMP
- S-adenosyl-methionine: methyleerd basen en eiwitten
- Caffeine (purine en pyrimidine-analogen): inhibitor van fosfodiesterase
—> effecten van cAMP worden versterkt
- ATZ (3’-azido-2’-deoxythymidine): gebruikt bij behandeling AIDS —> inhibeert enzyme
dat noodzakelijk is bij replicatie van HIV-virus
