Samenvatting cel 4 note lm
Hoofdstuk 1 grondleggers
DNA als drager van genetisch materiaal:
Frederick Griffith (1928) ontdekte het "transforming principle".
Avery, McLeod en McCarthy (1944) identificeerden DNA als dit
"transforming principle".
Dit werd verder bevestigd door het experiment van Alfred Hershey &
Martha Chase (1950). Zij gebruikten radioactieve isotopen:
o Fagen met radioactief zwavel (³⁵S) in hun eiwitmantel brachten de
³⁵S niet over naar de bacteriën.
o Fagen met radioactief fosfor (³²P) in hun DNA brachten de ³²P wel
over naar de bacteriën.
o Dit toonde definitief aan dat DNA de drager is van de
genetische informatie, en niet eiwitten.
De structuur van DNA en het Centraal Dogma:
Ondanks scepticisme over hoe een "eenvoudig polymeer" zoals DNA
erfelijkheid kon verklaren, droegen diverse inzichten bij aan de ontrafeling
van de structuur.
Erwin Chargaff (1949) stelde de regel van Chargaff op.
James Watson & Francis Crick (1953) ontwikkelden het model voor de
dubbele helix structuur van DNA, mede gebaseerd op het werk van
Rosalind Franklin.
Francis Crick formuleerde later het Centraal Dogma van de
moleculaire biologie: de informatie stroomt van DNA → RNA → eiwit.
Hoofdstuk 2 de structuur van dna
1. De Primaire Structuur van DNA De primaire structuur heeft betrekking op
de chemische samenstelling en volgorde van de bouwstenen.
Nomenclatuur:
o Een nucleoside bestaat uit een base en een pentose (suiker),
zonder fosfaat.
o Een nucleotide bestaat uit een base, een pentose én een
fosfaatgroep.
o Afhankelijk van het aantal fosfaatgroepen spreekt men van
nucleoside monofosfaat (één fosfaat), difosfaat (twee fosfaten) of
trifosfaat (drie fosfaten).
, Vorming van de fosfodiesterbinding: Nucleotiden zijn aan elkaar
gekoppeld via fosfodiesterbindingen.
Directionaliteit: DNA-strengen hebben een specifieke directionaliteit.
2. De Secundaire Structuur van DNA De secundaire structuur beschrijft de
driedimensionale organisatie van de twee DNA-strengen.
DNA vormt een dubbele helix.
Deze helix kan righthanded (wijzerzin) of lefthanded
(tegenwijzerzin) zijn.
De basen in de helix zijn verbonden door waterstofbruggen.
De DNA-helix bezit een major groove (grote groeve) en een minor
groove (kleine groeve).
De DNA-helix wordt verder gestabiliseerd door "base-stacking".
DNA kan verschillende secundaire structuren aannemen.
DNA interageert met eiwitten.
3. Denaturatie en Renaturatie van DNA DNA kan worden gescheiden
(gedenatureerd) en weer samengevoegd (gerenatureerd).
De renaturatiesnelheid van DNA wordt bepaald door verschillende
factoren:
o DNA-concentratie.
o Ionenconcentratie.
o Temperatuur.
o De complexiteit van de hybridiserende DNA's.
4. De Tertiaire Structuur van DNA De tertiaire structuur verwijst naar de
verdere opvouwing en compactie van DNA binnen de cel.
Basisvereisten van Genetisch Materiaal Het genetisch materiaal (DNA) moet
voldoen aan de volgende fundamentele vereisten:
1. Doorgeven van kenmerken aan het nageslacht.
2. Expressie en controle van erfelijke kenmerken.
3. Aanpassing aan het milieu.
Hoofdstuk 3 genoomorganisatie en evolutie
1. Het Genoom en Zijn Basisvereisten Het genoom omvat al het genetisch
materiaal van een organisme. Dit genetisch materiaal moet aan drie
fundamentele basisvereisten voldoen: het moet kenmerken doorgeven aan
het nageslacht, de erfelijke kenmerken kunnen uitdrukken en
controleren, en zich kunnen aanpassen aan het milieu.
,2. Genoomgrootte en Variatie De grootte van genomen varieert enorm
tussen verschillende organismen, van het Simian virus 40 (5,3 kB) tot extreem
grote genomen zoals die van de Zuid-Afrikaanse longvis (102.000.000 kB) en
Paris japonica (150.000.000 kB). Het menselijk genoom (Homo sapiens) heeft
een grootte van 3.200.000 kB. Elke somatische menselijke cel bevat een
identiek diploïd equivalent van het genoom, georganiseerd in 23 paar
chromosomen, hoewel er uitzonderingen zijn zoals haploïde gameten, kernloze
rode bloedcellen en B- en T-cellen met recombinatie. De C-value paradox
benadrukt dat de genoomgrootte niet altijd correleert met de complexiteit van
een organisme.
3. Organisatie van Genen Binnen het genoom is een gen een gedefinieerde
eenheid. Bij eukaryote genen zijn ze opgebouwd uit exonen en intronen
en worden ze van elkaar gescheiden door spacer DNA. Syntenie verwijst naar
de conservering van de volgorde van genen op chromosomen tussen
verschillende soorten.
4. Repetitief DNA Eukaryote genomen bevatten een aanzienlijke hoeveelheid
repetitief DNA. Dit wordt onderverdeeld in:
Satelliet DNA (tandem herhalingen): Dit is hoog repetitief DNA, vaak
gevonden bij centromeren (CTACAAAAn) en telomeren (TTAGGGn),
en omvat ook ribosomale RNAs. Een belangrijk type zijn VNTRs
(variable number tandem repeats), waarvan het aantal herhalingen
sterk varieert tussen individuen, wat de basis vormt voor DNA
fingerprinting.
Verspreid herhaalde sequenties (interspersed repeats): Dit zijn
gemiddeld repetitieve DNA-sequenties die verspreid liggen over het
genoom. Ze worden geclassificeerd op basis van lengte in SINE (short
interspersed nuclear elements) en LINE (long interspersed nuclear
elements), zoals LINE-1 en Alu. Deze worden ook wel "Jumping genes"
genoemd omdat ze zich kunnen verplaatsen via transpositie en vaak
beschouwd worden als "selfish" of parasitair DNA.
5. Extrachromosomaal DNA en Horizontale Gentransfer Naast het
chromosomale DNA is er ook extrachromosomaal DNA.
Het mitochondriaal genoom is hier een voorbeeld van; een cel kan
duizenden mitochondriën bevatten, en de overerving is niet-
Mendeliaans. Mutaties hierin leiden tot heteroplasmie (heterogeen
genoom). Mitochondriaal en chloroplast DNA hebben een prokaryote
oorsprong.
Prokaryoten hebben ook extrachromosomaal DNA, zoals plasmiden.
Horizontale gentransfer is de overdracht van genetisch materiaal
tussen organismen buiten de normale voortplanting om, en vindt bij
prokaryoten plaats via drie mechanismen:
o Conjugatie ("bacterieel paren"): Overdracht van een plasmide
(F-factor) van een F+ stam naar een F- stam via een F-pilus en
een cytoplasmatische brug.
, o Transformatie: Opname van vreemd DNA uit het omringend
milieu. Dit is een standaardtechniek in recombinant DNA-
onderzoek.
o Transductie: Overdracht van DNA via bacteriofagen (virussen die
bacteriën infecteren), zoals bacteriofaag λ.
6. Genenclusters en Genduplicatie Genen kunnen georganiseerd zijn in
clusters. Genduplicatie, waarbij meerdere kopieën van een gen ontstaan, kan
leiden tot multigen superfamilies en de vorming van homologe genen
(paraloog of ortholoog). Een belangrijk evolutief voordeel van genduplicatie
is dat de gedupliceerde genen gespecialiseerde functies kunnen
ontwikkelen, wat bijdraagt aan de sofisticatie van een organisme. Een
voorbeeld is de haemoglobine cluster.
7. Het Menselijk Genoomproject en Polymorfisme Het Menselijk Genoom
Project heeft in 2001 geleid tot de ontrafeling van het menselijk genoom. Dit
heeft velden als functionele genomics en comparatieve genomics
gestimuleerd, waarbij tools zoals BLAST worden gebruikt om verwante
sequenties te identificeren. Het menselijk genoom vertoont aanzienlijk
polymorfisme:
SNPs (single nucleotide polymorphisms): Individuele nucleotiden met
twee of meer varianten, met een frequentie >1%. Er zijn ongeveer 3 x
10^6 SNPs in het menselijk genoom, waarvan minder dan 1% functioneel
relevant is, maar ze zijn cruciaal in farmaco-genomics.
Copy Number Variants (CNVs): Grotere variaties zoals deleties en
inserties.
Een voorbeeld van een polymorf gensysteem is het HLA-systeem op
chromosoom 6. DNA fingerprinting, gebaseerd op de variatie in
repetitief DNA zoals VNTRs, wordt gebruikt voor forensisch onderzoek
en vaderschapstesten.
8. Genoomcondensatie Om 2 meter DNA te kunnen verpakken in een cel van
slechts 0.01 mm, ondergaat het genoom een intensieve condensatie. Dit
gebeurt door de vorming van chromatine, een complex van DNA en eiwitten.
De belangrijkste eiwitten zijn histonen, zeer basische en evolutionair
geconserveerde eiwitten (H1, H2A, H2B, H3, H4). Histonen vormen samen met
het DNA nucleosomen, waarbij 146 basenparen DNA twee keer rond een
histonoctameer wikkelen. Dit is de eerste stap in de compacte verpakking van
het genoom. Ook bij E. coli vindt DNA-condensatie plaats, met behulp van H-NS
eiwitten.
Hoofdstuk 4 dna replicatie
DNA-replicatie is het proces waarbij DNA wordt gekopieerd, en dit gebeurt
volgens het semi-conservatieve principe. Dit betekent dat elke nieuwe DNA-
streng bestaat uit één oude (template) streng en één nieuw gesynthetiseerde
streng. De semi-conservatieve replicatie werd experimenteel bewezen door het
Meselson-Stahl experiment.
Hoofdstuk 1 grondleggers
DNA als drager van genetisch materiaal:
Frederick Griffith (1928) ontdekte het "transforming principle".
Avery, McLeod en McCarthy (1944) identificeerden DNA als dit
"transforming principle".
Dit werd verder bevestigd door het experiment van Alfred Hershey &
Martha Chase (1950). Zij gebruikten radioactieve isotopen:
o Fagen met radioactief zwavel (³⁵S) in hun eiwitmantel brachten de
³⁵S niet over naar de bacteriën.
o Fagen met radioactief fosfor (³²P) in hun DNA brachten de ³²P wel
over naar de bacteriën.
o Dit toonde definitief aan dat DNA de drager is van de
genetische informatie, en niet eiwitten.
De structuur van DNA en het Centraal Dogma:
Ondanks scepticisme over hoe een "eenvoudig polymeer" zoals DNA
erfelijkheid kon verklaren, droegen diverse inzichten bij aan de ontrafeling
van de structuur.
Erwin Chargaff (1949) stelde de regel van Chargaff op.
James Watson & Francis Crick (1953) ontwikkelden het model voor de
dubbele helix structuur van DNA, mede gebaseerd op het werk van
Rosalind Franklin.
Francis Crick formuleerde later het Centraal Dogma van de
moleculaire biologie: de informatie stroomt van DNA → RNA → eiwit.
Hoofdstuk 2 de structuur van dna
1. De Primaire Structuur van DNA De primaire structuur heeft betrekking op
de chemische samenstelling en volgorde van de bouwstenen.
Nomenclatuur:
o Een nucleoside bestaat uit een base en een pentose (suiker),
zonder fosfaat.
o Een nucleotide bestaat uit een base, een pentose én een
fosfaatgroep.
o Afhankelijk van het aantal fosfaatgroepen spreekt men van
nucleoside monofosfaat (één fosfaat), difosfaat (twee fosfaten) of
trifosfaat (drie fosfaten).
, Vorming van de fosfodiesterbinding: Nucleotiden zijn aan elkaar
gekoppeld via fosfodiesterbindingen.
Directionaliteit: DNA-strengen hebben een specifieke directionaliteit.
2. De Secundaire Structuur van DNA De secundaire structuur beschrijft de
driedimensionale organisatie van de twee DNA-strengen.
DNA vormt een dubbele helix.
Deze helix kan righthanded (wijzerzin) of lefthanded
(tegenwijzerzin) zijn.
De basen in de helix zijn verbonden door waterstofbruggen.
De DNA-helix bezit een major groove (grote groeve) en een minor
groove (kleine groeve).
De DNA-helix wordt verder gestabiliseerd door "base-stacking".
DNA kan verschillende secundaire structuren aannemen.
DNA interageert met eiwitten.
3. Denaturatie en Renaturatie van DNA DNA kan worden gescheiden
(gedenatureerd) en weer samengevoegd (gerenatureerd).
De renaturatiesnelheid van DNA wordt bepaald door verschillende
factoren:
o DNA-concentratie.
o Ionenconcentratie.
o Temperatuur.
o De complexiteit van de hybridiserende DNA's.
4. De Tertiaire Structuur van DNA De tertiaire structuur verwijst naar de
verdere opvouwing en compactie van DNA binnen de cel.
Basisvereisten van Genetisch Materiaal Het genetisch materiaal (DNA) moet
voldoen aan de volgende fundamentele vereisten:
1. Doorgeven van kenmerken aan het nageslacht.
2. Expressie en controle van erfelijke kenmerken.
3. Aanpassing aan het milieu.
Hoofdstuk 3 genoomorganisatie en evolutie
1. Het Genoom en Zijn Basisvereisten Het genoom omvat al het genetisch
materiaal van een organisme. Dit genetisch materiaal moet aan drie
fundamentele basisvereisten voldoen: het moet kenmerken doorgeven aan
het nageslacht, de erfelijke kenmerken kunnen uitdrukken en
controleren, en zich kunnen aanpassen aan het milieu.
,2. Genoomgrootte en Variatie De grootte van genomen varieert enorm
tussen verschillende organismen, van het Simian virus 40 (5,3 kB) tot extreem
grote genomen zoals die van de Zuid-Afrikaanse longvis (102.000.000 kB) en
Paris japonica (150.000.000 kB). Het menselijk genoom (Homo sapiens) heeft
een grootte van 3.200.000 kB. Elke somatische menselijke cel bevat een
identiek diploïd equivalent van het genoom, georganiseerd in 23 paar
chromosomen, hoewel er uitzonderingen zijn zoals haploïde gameten, kernloze
rode bloedcellen en B- en T-cellen met recombinatie. De C-value paradox
benadrukt dat de genoomgrootte niet altijd correleert met de complexiteit van
een organisme.
3. Organisatie van Genen Binnen het genoom is een gen een gedefinieerde
eenheid. Bij eukaryote genen zijn ze opgebouwd uit exonen en intronen
en worden ze van elkaar gescheiden door spacer DNA. Syntenie verwijst naar
de conservering van de volgorde van genen op chromosomen tussen
verschillende soorten.
4. Repetitief DNA Eukaryote genomen bevatten een aanzienlijke hoeveelheid
repetitief DNA. Dit wordt onderverdeeld in:
Satelliet DNA (tandem herhalingen): Dit is hoog repetitief DNA, vaak
gevonden bij centromeren (CTACAAAAn) en telomeren (TTAGGGn),
en omvat ook ribosomale RNAs. Een belangrijk type zijn VNTRs
(variable number tandem repeats), waarvan het aantal herhalingen
sterk varieert tussen individuen, wat de basis vormt voor DNA
fingerprinting.
Verspreid herhaalde sequenties (interspersed repeats): Dit zijn
gemiddeld repetitieve DNA-sequenties die verspreid liggen over het
genoom. Ze worden geclassificeerd op basis van lengte in SINE (short
interspersed nuclear elements) en LINE (long interspersed nuclear
elements), zoals LINE-1 en Alu. Deze worden ook wel "Jumping genes"
genoemd omdat ze zich kunnen verplaatsen via transpositie en vaak
beschouwd worden als "selfish" of parasitair DNA.
5. Extrachromosomaal DNA en Horizontale Gentransfer Naast het
chromosomale DNA is er ook extrachromosomaal DNA.
Het mitochondriaal genoom is hier een voorbeeld van; een cel kan
duizenden mitochondriën bevatten, en de overerving is niet-
Mendeliaans. Mutaties hierin leiden tot heteroplasmie (heterogeen
genoom). Mitochondriaal en chloroplast DNA hebben een prokaryote
oorsprong.
Prokaryoten hebben ook extrachromosomaal DNA, zoals plasmiden.
Horizontale gentransfer is de overdracht van genetisch materiaal
tussen organismen buiten de normale voortplanting om, en vindt bij
prokaryoten plaats via drie mechanismen:
o Conjugatie ("bacterieel paren"): Overdracht van een plasmide
(F-factor) van een F+ stam naar een F- stam via een F-pilus en
een cytoplasmatische brug.
, o Transformatie: Opname van vreemd DNA uit het omringend
milieu. Dit is een standaardtechniek in recombinant DNA-
onderzoek.
o Transductie: Overdracht van DNA via bacteriofagen (virussen die
bacteriën infecteren), zoals bacteriofaag λ.
6. Genenclusters en Genduplicatie Genen kunnen georganiseerd zijn in
clusters. Genduplicatie, waarbij meerdere kopieën van een gen ontstaan, kan
leiden tot multigen superfamilies en de vorming van homologe genen
(paraloog of ortholoog). Een belangrijk evolutief voordeel van genduplicatie
is dat de gedupliceerde genen gespecialiseerde functies kunnen
ontwikkelen, wat bijdraagt aan de sofisticatie van een organisme. Een
voorbeeld is de haemoglobine cluster.
7. Het Menselijk Genoomproject en Polymorfisme Het Menselijk Genoom
Project heeft in 2001 geleid tot de ontrafeling van het menselijk genoom. Dit
heeft velden als functionele genomics en comparatieve genomics
gestimuleerd, waarbij tools zoals BLAST worden gebruikt om verwante
sequenties te identificeren. Het menselijk genoom vertoont aanzienlijk
polymorfisme:
SNPs (single nucleotide polymorphisms): Individuele nucleotiden met
twee of meer varianten, met een frequentie >1%. Er zijn ongeveer 3 x
10^6 SNPs in het menselijk genoom, waarvan minder dan 1% functioneel
relevant is, maar ze zijn cruciaal in farmaco-genomics.
Copy Number Variants (CNVs): Grotere variaties zoals deleties en
inserties.
Een voorbeeld van een polymorf gensysteem is het HLA-systeem op
chromosoom 6. DNA fingerprinting, gebaseerd op de variatie in
repetitief DNA zoals VNTRs, wordt gebruikt voor forensisch onderzoek
en vaderschapstesten.
8. Genoomcondensatie Om 2 meter DNA te kunnen verpakken in een cel van
slechts 0.01 mm, ondergaat het genoom een intensieve condensatie. Dit
gebeurt door de vorming van chromatine, een complex van DNA en eiwitten.
De belangrijkste eiwitten zijn histonen, zeer basische en evolutionair
geconserveerde eiwitten (H1, H2A, H2B, H3, H4). Histonen vormen samen met
het DNA nucleosomen, waarbij 146 basenparen DNA twee keer rond een
histonoctameer wikkelen. Dit is de eerste stap in de compacte verpakking van
het genoom. Ook bij E. coli vindt DNA-condensatie plaats, met behulp van H-NS
eiwitten.
Hoofdstuk 4 dna replicatie
DNA-replicatie is het proces waarbij DNA wordt gekopieerd, en dit gebeurt
volgens het semi-conservatieve principe. Dit betekent dat elke nieuwe DNA-
streng bestaat uit één oude (template) streng en één nieuw gesynthetiseerde
streng. De semi-conservatieve replicatie werd experimenteel bewezen door het
Meselson-Stahl experiment.
