HOOFDSTUK 2: DE STRUCTUUR VAN HET GENOOM
Wat is het genetisch materiaal?
à Men vroeg zich vroeger af of het genetisch materiaal op eiwitten of op DNA zat waarom?
- Chromosomen bestaan uit een ongeveer gelijke hoeveelheid eiwitten en DNA (ook een
beetje RNA)
- DNA is maar opgebouwd uit 4 basiseenheden, terwijl eiwitten een complexere structuur en
samenstelling hebben
- Eiwitten zijn opgebouwd uit 20 AZ, er is dus veel variatie mogelijk
à Door al deze vaststellingen dacht men dus dat het genetisch materiaal zich bevond op de
eiwitten en dat het DNA diende als het skelet
à Nadien gebeurden er experimenten met een bacterie populatie waaruit men concludeerde dat
het genetisch materiaal zich toch bevindt op het DNA
Het genoom
= de volledige DNA chromosoominhoud van een somatisch cel
Is een samentrekking van het woord gen en chromosoom
Hierbij wordt het mitochondriale genoom niet bijgerekend à heeft een eigen genoom =
mitogenoom
DNA en chromosomen
Ø Primaire structuur DNA
o Basiseenheid DNA à nucleotide
§ Opgebouwd uit:
• Pentose suiker
o In geval van DNA is het een deoxyribose, bevat dus geen O op
C2’
• N base
o Heterocyclisch
ð Combinatie suiker en base à nucleoSide
• Fosfaatgroep
o Deze zorgt ervoor dat het DNA zuur is
o Staat op C5’ uiteinde
Het 5’ en 3’ uiteinde zijn heel belangrijk (zie verder)
o Deze nucleotiden die vormen een opeenvolgende lineaire structuur
4 heterocyclische basen voor DNA
- Pirimidines (deze hebben enkel een 6 ring)
o Is de kleinste structuur
1
, o Thymine, cytosine (en uracil maar komt niet voor in DNA, wel RNA)
- Purines (6ring + 5ring)
o Is de grotere structuur
o Adenine en guanine
- Deze vormen in combinatie met met de suiker een nucleoside
o DNA is een deoxynucleoside
§ Het heeft op C2’ geen O groep maar enkel een H
§ Gevolg:
• Kan niet makkelijker hydrolyse ondergaan, het zorgt er dus voor dat
het een stevige structuur is
• RNA heeft wel een OH groep op C2’ en kan dus wel gehydrolyseerd
worden waardoor het een minder stevige structuur is
o Nucleoside met de fosfaatgroep op C5’ = nucleotide
o Al deze nucleotiden worden dan aan elkaar gekoppeld
tot vorming polynucleotide keten
§ Aan het ene uiteinde heb je altijd de 5’ met een
vrije fosfaatgroep
§ Het andere uiteinde is het 3’ uiteinde met een
OH- groep
ð We beschouwen het 5’ uiteinde als het begin van de keten
Ø Secundaire structuur DNA
o = dubbele helix
o Regels van Charga\ à basen verhoudingen (de twee dingen die hij opmerkte)
§ 1ste regel van Charga\
• de concentraties van adenine en guanine is alijd gelijk aan die van
thymine en cytosine
2
, • of met andere woorden conc. Van purines = pirimidines
§ 2 regel van Charga\
e
• De concentratie aan adenines is altijd gelijk aan die van de
thymines
• De concentratie van de guanines is altijd gelijk aan die van de
cytosines
ð Kwam hierdoor tot het besluit dat DNA bestaat uit twee anit-parallel georiënteerde
nucleotide ketens
o DNA sequentie en complementariteit
§ DNA sequentie
• omdat DNA bestaat uit een opeenvolging van nucleotiden
§ Complementair:
• De twee ketens vullen elkaar aan
• A staat altijd tegenover T
• G staat altijd tegenover C
ð DNA bestaat uit een begin en einde
Begin à C5’ met een fosfaatgroep
Einde à C3’ met OH- groep
ð Volgens de regels van Charga\ zijn deze strengen anti- parallel (en complementair)
Het ene 5’ uiteinde van de ene keten ligt dus altijd tov het 3’ uiteinde van de andere
keten
En omgekeerd
o Dubbele helix
§ DNA heeft een dubbele helix en is geen spiraal!!
• Bij een helix structuur blijft de diameter over de volledige lengte
gelijk
• Dit is heel belangrijk voor structuur en stevigheid van de DNA
molecule
• Dat deze diameter gelijk blijft is ook een gevolg van:
o De plaasting van een purine tov pirimidine à een grote
structuur tov kleine structuur
§ De helix is rechtsdraaiend (mee met de wijzers van de klok)
§ De basen zit altijd IN de helix structuur
• Zo vormt het suiker dus de ruggengraat
• A en T à twee waterstofbruggen
• G en C à drie waterstofbruggen (dus stabieler)
ð Het is dus makkelijker om A en T uit elkaar te halen dan G en C, een DNA
molecule met overwegend meer G en C zal dus minder snel uit elkaar vallen
en dus steviger zijn dan 1 met overwegend A en T
o Stacking
§ 5’ en 3’ uiteinde vormen de ruggengraat
§ Daartussen gebeurd een opstapeling van de basenparen
3
, § Ook dit zorgt voor extra stabiliteit en stevigheid
o Door de negatieve lading van de fosfaatgroepen zouden beide
strengen elkaar afstoten
§ Deze ladingen moeten worden geneutraliseerd
• Door Mg 2+ à kan 2 ladingen neutraliseren
• En Na+ à kan 1 lading neutraliseren
o Een zout tekort kan er dus voor zorgen dat er hiermee
problemen ontstaan
§ Dit zorgt er ook nog eens voor dat de structuur wordt gestabiliseerd
oDenaturatie
§ Door de DNA dubbel streng op te warmen, worden de
Hbruggen verbroken à hier door krijg je 2 enkelvoudige
strengen
§ Van dubbele streng à enkelvoudige streng
o Renaturatie
§ Wanneer je na het opwarmen gaat afkoelen, hierdoor komen de strengen
terug bij elkaar zonder dat er iets kapot of verloren is gegaan
ð Op deze technieken zijn veel toepassingen (kijk verdere hoofdstukken)
o Smelttemperatuur
§ Dit is de temperatuur waarbij de helft van het DNA gedenatureerd is
§ DNA zal bij opwarmen niet overal gelijkmatig loskomen
• Zal het eerst en gemakkelijkst uit elkaar gaan op plekken met veel A-T
verbindingen
§ Smelttemperatuur is niet voor elke DNA streng dezelfde
• Afhankelijk van de sequentie
o DNA met veel A-T verbindingen zal een lagere
smelttemperatuur dan DNA met veel G-C verbindingen
o Hybridisatie – annealing
§ DNA molecule wordt enkel strengig gemaakt
§ Aan deze enkelstreng wordt van een ander DNA stukje een andere enkel
streng geplaatst = hybridisatie
• Je hebt dus een recombinatie van DNA stukken
§ ! Hierbij moeten de stukken die je aan
elkaar koppelt complementair zijn enkel
dan zal hybridisatie optreden
• Zijn de stukjes niet complementair
zal geen hybridisatie optreden
Ø Tertiaire DNA structuur à chromatine en chromosomen
Samenstelling chromatine
- DNA + eiwitten
o Deze eiwitten zijn histonen
§ Histonen zijn kleine eiwitten van 100-200 AZ
4
Wat is het genetisch materiaal?
à Men vroeg zich vroeger af of het genetisch materiaal op eiwitten of op DNA zat waarom?
- Chromosomen bestaan uit een ongeveer gelijke hoeveelheid eiwitten en DNA (ook een
beetje RNA)
- DNA is maar opgebouwd uit 4 basiseenheden, terwijl eiwitten een complexere structuur en
samenstelling hebben
- Eiwitten zijn opgebouwd uit 20 AZ, er is dus veel variatie mogelijk
à Door al deze vaststellingen dacht men dus dat het genetisch materiaal zich bevond op de
eiwitten en dat het DNA diende als het skelet
à Nadien gebeurden er experimenten met een bacterie populatie waaruit men concludeerde dat
het genetisch materiaal zich toch bevindt op het DNA
Het genoom
= de volledige DNA chromosoominhoud van een somatisch cel
Is een samentrekking van het woord gen en chromosoom
Hierbij wordt het mitochondriale genoom niet bijgerekend à heeft een eigen genoom =
mitogenoom
DNA en chromosomen
Ø Primaire structuur DNA
o Basiseenheid DNA à nucleotide
§ Opgebouwd uit:
• Pentose suiker
o In geval van DNA is het een deoxyribose, bevat dus geen O op
C2’
• N base
o Heterocyclisch
ð Combinatie suiker en base à nucleoSide
• Fosfaatgroep
o Deze zorgt ervoor dat het DNA zuur is
o Staat op C5’ uiteinde
Het 5’ en 3’ uiteinde zijn heel belangrijk (zie verder)
o Deze nucleotiden die vormen een opeenvolgende lineaire structuur
4 heterocyclische basen voor DNA
- Pirimidines (deze hebben enkel een 6 ring)
o Is de kleinste structuur
1
, o Thymine, cytosine (en uracil maar komt niet voor in DNA, wel RNA)
- Purines (6ring + 5ring)
o Is de grotere structuur
o Adenine en guanine
- Deze vormen in combinatie met met de suiker een nucleoside
o DNA is een deoxynucleoside
§ Het heeft op C2’ geen O groep maar enkel een H
§ Gevolg:
• Kan niet makkelijker hydrolyse ondergaan, het zorgt er dus voor dat
het een stevige structuur is
• RNA heeft wel een OH groep op C2’ en kan dus wel gehydrolyseerd
worden waardoor het een minder stevige structuur is
o Nucleoside met de fosfaatgroep op C5’ = nucleotide
o Al deze nucleotiden worden dan aan elkaar gekoppeld
tot vorming polynucleotide keten
§ Aan het ene uiteinde heb je altijd de 5’ met een
vrije fosfaatgroep
§ Het andere uiteinde is het 3’ uiteinde met een
OH- groep
ð We beschouwen het 5’ uiteinde als het begin van de keten
Ø Secundaire structuur DNA
o = dubbele helix
o Regels van Charga\ à basen verhoudingen (de twee dingen die hij opmerkte)
§ 1ste regel van Charga\
• de concentraties van adenine en guanine is alijd gelijk aan die van
thymine en cytosine
2
, • of met andere woorden conc. Van purines = pirimidines
§ 2 regel van Charga\
e
• De concentratie aan adenines is altijd gelijk aan die van de
thymines
• De concentratie van de guanines is altijd gelijk aan die van de
cytosines
ð Kwam hierdoor tot het besluit dat DNA bestaat uit twee anit-parallel georiënteerde
nucleotide ketens
o DNA sequentie en complementariteit
§ DNA sequentie
• omdat DNA bestaat uit een opeenvolging van nucleotiden
§ Complementair:
• De twee ketens vullen elkaar aan
• A staat altijd tegenover T
• G staat altijd tegenover C
ð DNA bestaat uit een begin en einde
Begin à C5’ met een fosfaatgroep
Einde à C3’ met OH- groep
ð Volgens de regels van Charga\ zijn deze strengen anti- parallel (en complementair)
Het ene 5’ uiteinde van de ene keten ligt dus altijd tov het 3’ uiteinde van de andere
keten
En omgekeerd
o Dubbele helix
§ DNA heeft een dubbele helix en is geen spiraal!!
• Bij een helix structuur blijft de diameter over de volledige lengte
gelijk
• Dit is heel belangrijk voor structuur en stevigheid van de DNA
molecule
• Dat deze diameter gelijk blijft is ook een gevolg van:
o De plaasting van een purine tov pirimidine à een grote
structuur tov kleine structuur
§ De helix is rechtsdraaiend (mee met de wijzers van de klok)
§ De basen zit altijd IN de helix structuur
• Zo vormt het suiker dus de ruggengraat
• A en T à twee waterstofbruggen
• G en C à drie waterstofbruggen (dus stabieler)
ð Het is dus makkelijker om A en T uit elkaar te halen dan G en C, een DNA
molecule met overwegend meer G en C zal dus minder snel uit elkaar vallen
en dus steviger zijn dan 1 met overwegend A en T
o Stacking
§ 5’ en 3’ uiteinde vormen de ruggengraat
§ Daartussen gebeurd een opstapeling van de basenparen
3
, § Ook dit zorgt voor extra stabiliteit en stevigheid
o Door de negatieve lading van de fosfaatgroepen zouden beide
strengen elkaar afstoten
§ Deze ladingen moeten worden geneutraliseerd
• Door Mg 2+ à kan 2 ladingen neutraliseren
• En Na+ à kan 1 lading neutraliseren
o Een zout tekort kan er dus voor zorgen dat er hiermee
problemen ontstaan
§ Dit zorgt er ook nog eens voor dat de structuur wordt gestabiliseerd
oDenaturatie
§ Door de DNA dubbel streng op te warmen, worden de
Hbruggen verbroken à hier door krijg je 2 enkelvoudige
strengen
§ Van dubbele streng à enkelvoudige streng
o Renaturatie
§ Wanneer je na het opwarmen gaat afkoelen, hierdoor komen de strengen
terug bij elkaar zonder dat er iets kapot of verloren is gegaan
ð Op deze technieken zijn veel toepassingen (kijk verdere hoofdstukken)
o Smelttemperatuur
§ Dit is de temperatuur waarbij de helft van het DNA gedenatureerd is
§ DNA zal bij opwarmen niet overal gelijkmatig loskomen
• Zal het eerst en gemakkelijkst uit elkaar gaan op plekken met veel A-T
verbindingen
§ Smelttemperatuur is niet voor elke DNA streng dezelfde
• Afhankelijk van de sequentie
o DNA met veel A-T verbindingen zal een lagere
smelttemperatuur dan DNA met veel G-C verbindingen
o Hybridisatie – annealing
§ DNA molecule wordt enkel strengig gemaakt
§ Aan deze enkelstreng wordt van een ander DNA stukje een andere enkel
streng geplaatst = hybridisatie
• Je hebt dus een recombinatie van DNA stukken
§ ! Hierbij moeten de stukken die je aan
elkaar koppelt complementair zijn enkel
dan zal hybridisatie optreden
• Zijn de stukjes niet complementair
zal geen hybridisatie optreden
Ø Tertiaire DNA structuur à chromatine en chromosomen
Samenstelling chromatine
- DNA + eiwitten
o Deze eiwitten zijn histonen
§ Histonen zijn kleine eiwitten van 100-200 AZ
4
