Hoofdstuk 1: DNA
Historie en inleiding
Voor een definitie van leven zul je gebruik moeten maken van verschillende
componenten, wat dus ook maakt dat de combinatie van die factoren uiteindelijk leidt
tot een goede omschrijving.
De volgende factoren spelen een rol:
Levende organismen zijn afgescheiden van hun leefomgeving.
Energieopname & -verbruik is noodzakelijk voor de instandhouding van het
organisme. Tevens is energie noodzakelijk (voor de voortplanting)
Groei; elk organisme evolueert in de tijd; het neemt toe in complexiteit tot het
volwassen stadium is bereikt. Uiteindelijk zal elk organisme sterven, door
ouderdom (ruim begrip) of deling in dochterorganismen
Voortplanting; elk levend organisme kan zich voortplanten door seksuele of
aseksuele voortplanting, wat noodzakelijk is om uitsterven te voorkomen.
Beweging; Levende organismen kunnen op eigen kracht bewegen (let wel; dit
hoeft geen voortbewegen te zijn; planten)
Interpretatie van prikkels; reactie op de omgeving is noodzakelijk
Genen → informatiebevattende elementen die de karakteristieken van een individu,
maar ook van een soort waartoe dit individu behoort, bevat; daarmee coderen ze voor
erfelijke eigenschappen.
De historie van de ontdekking van de genen is als volgt verlopen:
1. Mendel kwam via het experiment met de lange en korte erwten tot de volgende
wetmatigheden:
a. Waarneembare eigenschappen zijn terug te brengen tot overerfbare eenheden
b. Elke diploïde cel bevat 2 gekoppelde genen, waarbij eventueel meerdere
allelen mogelijk zijn → elke mogelijke variant van een gen.
c. Genen zijn óf dominant versus recessief óf intermediair.
1
, 2. Garrod legde vervolgens de link tussen genen en biochemische processen, via
alkaptonurie1. Hij was namelijk de eerste die voorstelde dat deze pathologie te
wijten was aan een defect gen. Dit vormde de start van onderzoek naar de
moleculaire verklaring van de erfelijkheid.
Met deze nieuwe feiten werd er meer onderzoek gedaan en kon men zo besluiten via
microscopisch onderzoek dat de chromosomen de dragers zijn van de genen;
Chromosomen → de draadvormige structuren in de cel die bestaan uit het DNA en zo de
drager vormen van de erfelijke eigenschappen.
De volgende experimenten werden uitgevoerd en in onderzoek gebruikt:
Celfractioneringstechnieken → technieken waarbij de bestanddelen van cellen kunnen
worden opgesplitst in verschillende fracties. Hiervoor bestaan verschillende methoden:
Homogenisatie: maken van een homogenaat. De cellen worden kapot gemaakt m.b.v.
detergenten (oplossen van membranen) of mechanische krachten (mixer, sonicatie)
Differentieel ultracentrifugeren:
De cellen worden kapot gemaakt m.b.v. detergenten (oplossen van
membranen) of mechanische krachten (mixer, sonicatie) =homogenisatie
Dit homogenaat wordt gefilterd voor brokjes
Vervolgens vindt lage snelheid-centrifugatie plaats met als gevolg dat de
zwaartekracht wordt overtroffen door de middelpuntvliedende kracht: de
zwaarste celorganellen bevinden zich als eerste op de bodem en vormen
daar een pellet. De resterende oplossing vormt het supernatans.
Het pellet kan worden gescheiden van het supernatans en het supernatans
kan opnieuw worden gescheiden d.m.v. een hoger toerental.
N.B. voor de scheiding van het cytoplasma van de organellen heb je een rotatiesnelheid
nodig van 50.000 rpm.
1
De urine van baby’s met dit verschijnsel kleurt zwart door een ander pigment (alkapton) door een fout in de
stofwisseling van tyrosine. De verkleuring zit eveneens in kraakbeen, trachea, ribben etc.
2
,Densiteitscentrifugatie:
In de centrifugebuis worden verschillende lagen met een stijgende sucrose-
concentratie aangebracht (er zal géén homogeen mengsel ontstaan door
densiteitsverschillen.)
Hier bovenop komt het celhomogenaat en dit wordt gecentrifugeerd.
De organellen migreren richting de bodem totdat ze op een laag zijn
gekomen waarin de sucrosedichtheid gelijk is aan hun eigen densiteit: de
opwaartse druk is hier gelijk aan de neerwaartse, wat een scheiding
oplevert.
N.B. scheiding op grond van densiteit kan ook verkregen worden door homogene
oplossingen van CsCl bij hoge rotatiesnelheden te centrifugeren, omdat het CsCl naar de
bodem zal zakken en er een concentratiegradiënt ontstaat. Dit wordt vaak gebruikt om
isotopen te scheiden.
Het experiment van Griffith. Hier werd gebruik gemaakt van 2 verschillende
stammen van de Streptococcus pneumoniae: de S-stam en de R-stam. De volgende
homogenaten werden ingespoten bij een muis:
De S-stam → longontsteking
De R-stam → geen longontsteking
Een gehomogeniseerde S-stam(verwarmd) + de R-stam → longontsteking
Hij besloot hieruit dat bacteriën aan transformatie kunnen doen → het
opnemen van genen uit de omgeving
Nu moest nog gevonden worden welke stof nu in het S-homogenaat zat die dit
veroorzaakte:
Griffith besloot het S-homogenaat te scheiden in RNA, eiwitten, DNA, vetten en
koolwaterstoffen. Bij alle 5 de groepen werd de R-stam toegevoegd en deze R-stam werd
ingespoten bij de muis. Hij vond dat alleen de muizen met DNA (afkomstig van het S-
homogenaat) longontsteking kregen.
Het Hershey-Chase experiment; bovenstaande conclusie werd opnieuw
verkregen via het volgende experiment:
a. Bacteriofaag → de virussen van bacteriën.
b. De vraag was worden de overerfbare eigenschappen overgebracht door de
eiwitten of door het DNA van de bacteriofagen?
3
, Het experiment:
a. Men bezat 2 culturen E. Coli die beiden werden besmet met bacteriofagen.
Één cultuur bevatte radioactief fosfaat (in het groeimedium) en de ander
bevatte radioactief zwavel (in het groeimedium).
Dit zwavel wordt ingebouwd in de eiwitten van de nieuwe bacteriofagen, en
het fosfaat in het DNA van de fagen. Men verkrijgt dus bacteriofagen met
gelabelde eiwitten en gelabeld DNA.
b. Deze fosfaat- en zwavelbacteriofagen werden toegevoegd aan verschillende
(schone) kolonies E. Coli voor infectie en daarna werd het contact tussen de
bacteriofagen en de bacteriën onmiddellijk verbroken(door stevig te
schudden), zodat alleen het DNA in de bacteriën terechtkwam.
c. Na centrifugatie kwamen de bacteriën op de bodem en de bacteriofagen in het
supernatans. (De bacteriën zijn besmet, en moeten dus in staat zijn nieuwe
bacteriofagen te maken omdat ze de (nog onbekende) component bevatten
die hiervoor codeert): men zag dat het pellet radioactief was door het fosfor
en het radioactieve zwavel in het supernatans was achtergebleven.
Hieruit besloot men dat dat het DNA (met radioactief fosfaat) de informatie
bevat over de bouwstenen (zowel DNA als eiwitten) van de bacteriofagen.
De structuur van DNA
Men had nu dus bewezen dat DNA de essentiële factor was in de erfelijke eigenschappen,
maar de structuur was nog lang niet opgehelderd.
DNA bestaat uit suiker+ fosfaat+ basen ( Deoxyribonucleic acid)
Nucleïnezuur komt in twee vormen voor nl DNA en RNA
DNA is de drager van het erfelijkheid
Het bestaat uit zeer lange polymeren
DNA bevat een specifieke suiker nl deoxyribose
DNA bevat fosfaatgroepen (die samen met de suikers de backbone van het DNA
vormen) en is gekoppeld aan het 5’ uiteinde van het deoxyribose
DNA bevat 4 verschillende basen A, C, G & T:
Purines → adenine en guanine
Pyrimidines → thymine en cytosine
4
Historie en inleiding
Voor een definitie van leven zul je gebruik moeten maken van verschillende
componenten, wat dus ook maakt dat de combinatie van die factoren uiteindelijk leidt
tot een goede omschrijving.
De volgende factoren spelen een rol:
Levende organismen zijn afgescheiden van hun leefomgeving.
Energieopname & -verbruik is noodzakelijk voor de instandhouding van het
organisme. Tevens is energie noodzakelijk (voor de voortplanting)
Groei; elk organisme evolueert in de tijd; het neemt toe in complexiteit tot het
volwassen stadium is bereikt. Uiteindelijk zal elk organisme sterven, door
ouderdom (ruim begrip) of deling in dochterorganismen
Voortplanting; elk levend organisme kan zich voortplanten door seksuele of
aseksuele voortplanting, wat noodzakelijk is om uitsterven te voorkomen.
Beweging; Levende organismen kunnen op eigen kracht bewegen (let wel; dit
hoeft geen voortbewegen te zijn; planten)
Interpretatie van prikkels; reactie op de omgeving is noodzakelijk
Genen → informatiebevattende elementen die de karakteristieken van een individu,
maar ook van een soort waartoe dit individu behoort, bevat; daarmee coderen ze voor
erfelijke eigenschappen.
De historie van de ontdekking van de genen is als volgt verlopen:
1. Mendel kwam via het experiment met de lange en korte erwten tot de volgende
wetmatigheden:
a. Waarneembare eigenschappen zijn terug te brengen tot overerfbare eenheden
b. Elke diploïde cel bevat 2 gekoppelde genen, waarbij eventueel meerdere
allelen mogelijk zijn → elke mogelijke variant van een gen.
c. Genen zijn óf dominant versus recessief óf intermediair.
1
, 2. Garrod legde vervolgens de link tussen genen en biochemische processen, via
alkaptonurie1. Hij was namelijk de eerste die voorstelde dat deze pathologie te
wijten was aan een defect gen. Dit vormde de start van onderzoek naar de
moleculaire verklaring van de erfelijkheid.
Met deze nieuwe feiten werd er meer onderzoek gedaan en kon men zo besluiten via
microscopisch onderzoek dat de chromosomen de dragers zijn van de genen;
Chromosomen → de draadvormige structuren in de cel die bestaan uit het DNA en zo de
drager vormen van de erfelijke eigenschappen.
De volgende experimenten werden uitgevoerd en in onderzoek gebruikt:
Celfractioneringstechnieken → technieken waarbij de bestanddelen van cellen kunnen
worden opgesplitst in verschillende fracties. Hiervoor bestaan verschillende methoden:
Homogenisatie: maken van een homogenaat. De cellen worden kapot gemaakt m.b.v.
detergenten (oplossen van membranen) of mechanische krachten (mixer, sonicatie)
Differentieel ultracentrifugeren:
De cellen worden kapot gemaakt m.b.v. detergenten (oplossen van
membranen) of mechanische krachten (mixer, sonicatie) =homogenisatie
Dit homogenaat wordt gefilterd voor brokjes
Vervolgens vindt lage snelheid-centrifugatie plaats met als gevolg dat de
zwaartekracht wordt overtroffen door de middelpuntvliedende kracht: de
zwaarste celorganellen bevinden zich als eerste op de bodem en vormen
daar een pellet. De resterende oplossing vormt het supernatans.
Het pellet kan worden gescheiden van het supernatans en het supernatans
kan opnieuw worden gescheiden d.m.v. een hoger toerental.
N.B. voor de scheiding van het cytoplasma van de organellen heb je een rotatiesnelheid
nodig van 50.000 rpm.
1
De urine van baby’s met dit verschijnsel kleurt zwart door een ander pigment (alkapton) door een fout in de
stofwisseling van tyrosine. De verkleuring zit eveneens in kraakbeen, trachea, ribben etc.
2
,Densiteitscentrifugatie:
In de centrifugebuis worden verschillende lagen met een stijgende sucrose-
concentratie aangebracht (er zal géén homogeen mengsel ontstaan door
densiteitsverschillen.)
Hier bovenop komt het celhomogenaat en dit wordt gecentrifugeerd.
De organellen migreren richting de bodem totdat ze op een laag zijn
gekomen waarin de sucrosedichtheid gelijk is aan hun eigen densiteit: de
opwaartse druk is hier gelijk aan de neerwaartse, wat een scheiding
oplevert.
N.B. scheiding op grond van densiteit kan ook verkregen worden door homogene
oplossingen van CsCl bij hoge rotatiesnelheden te centrifugeren, omdat het CsCl naar de
bodem zal zakken en er een concentratiegradiënt ontstaat. Dit wordt vaak gebruikt om
isotopen te scheiden.
Het experiment van Griffith. Hier werd gebruik gemaakt van 2 verschillende
stammen van de Streptococcus pneumoniae: de S-stam en de R-stam. De volgende
homogenaten werden ingespoten bij een muis:
De S-stam → longontsteking
De R-stam → geen longontsteking
Een gehomogeniseerde S-stam(verwarmd) + de R-stam → longontsteking
Hij besloot hieruit dat bacteriën aan transformatie kunnen doen → het
opnemen van genen uit de omgeving
Nu moest nog gevonden worden welke stof nu in het S-homogenaat zat die dit
veroorzaakte:
Griffith besloot het S-homogenaat te scheiden in RNA, eiwitten, DNA, vetten en
koolwaterstoffen. Bij alle 5 de groepen werd de R-stam toegevoegd en deze R-stam werd
ingespoten bij de muis. Hij vond dat alleen de muizen met DNA (afkomstig van het S-
homogenaat) longontsteking kregen.
Het Hershey-Chase experiment; bovenstaande conclusie werd opnieuw
verkregen via het volgende experiment:
a. Bacteriofaag → de virussen van bacteriën.
b. De vraag was worden de overerfbare eigenschappen overgebracht door de
eiwitten of door het DNA van de bacteriofagen?
3
, Het experiment:
a. Men bezat 2 culturen E. Coli die beiden werden besmet met bacteriofagen.
Één cultuur bevatte radioactief fosfaat (in het groeimedium) en de ander
bevatte radioactief zwavel (in het groeimedium).
Dit zwavel wordt ingebouwd in de eiwitten van de nieuwe bacteriofagen, en
het fosfaat in het DNA van de fagen. Men verkrijgt dus bacteriofagen met
gelabelde eiwitten en gelabeld DNA.
b. Deze fosfaat- en zwavelbacteriofagen werden toegevoegd aan verschillende
(schone) kolonies E. Coli voor infectie en daarna werd het contact tussen de
bacteriofagen en de bacteriën onmiddellijk verbroken(door stevig te
schudden), zodat alleen het DNA in de bacteriën terechtkwam.
c. Na centrifugatie kwamen de bacteriën op de bodem en de bacteriofagen in het
supernatans. (De bacteriën zijn besmet, en moeten dus in staat zijn nieuwe
bacteriofagen te maken omdat ze de (nog onbekende) component bevatten
die hiervoor codeert): men zag dat het pellet radioactief was door het fosfor
en het radioactieve zwavel in het supernatans was achtergebleven.
Hieruit besloot men dat dat het DNA (met radioactief fosfaat) de informatie
bevat over de bouwstenen (zowel DNA als eiwitten) van de bacteriofagen.
De structuur van DNA
Men had nu dus bewezen dat DNA de essentiële factor was in de erfelijke eigenschappen,
maar de structuur was nog lang niet opgehelderd.
DNA bestaat uit suiker+ fosfaat+ basen ( Deoxyribonucleic acid)
Nucleïnezuur komt in twee vormen voor nl DNA en RNA
DNA is de drager van het erfelijkheid
Het bestaat uit zeer lange polymeren
DNA bevat een specifieke suiker nl deoxyribose
DNA bevat fosfaatgroepen (die samen met de suikers de backbone van het DNA
vormen) en is gekoppeld aan het 5’ uiteinde van het deoxyribose
DNA bevat 4 verschillende basen A, C, G & T:
Purines → adenine en guanine
Pyrimidines → thymine en cytosine
4
