Samenvatting Biologie H17 en H18 A6
Paragraaf 17:1: DNA in je cellen
DNA is een dubbelstrengs, spiraalvormig molecuul dat
de erfelijke informatie bevat voor eiwitproductie. Deze
eiwitten bepalen erfelijke eigenschappen. DNA komt
voor in de celkern (kern-DNA) en in de
mitochondriën (mtDNA). Elke streng bestaat uit
nucleotiden: een fosfaatgroep, deoxyribose (suiker) en
een stikstofbase (A, T, C of G). A bindt met T, C bindt met
G. De twee strengen liggen in tegengestelde richting (5’
naar 3’). Het menselijk genoom bevat zo’n 20.000 genen, maar slechts
1,5–2% codeert voor eiwitten; de rest heeft andere functies of geen bekende
functie. In elke cel is ander deel van het DNA actief. DNA zit verpakt in
chromosomen, opgerold rond histonen. Acht histonen vormen een nucleosoom,
waar DNA omheen wikkelt. Histon H1 houdt dit bij elkaar. Veel nucleosomen
vormen samen een dikke draad, zodat het lange DNA compact in de celkern
past. Om puur DNA te krijgen, voegt een laborant zouten en een enzym toe dat
eiwitten afbreekt (protease). Zo worden de histonen verwijderd en blijft alleen
het DNA over. Bron 1 en 2, Binas 71C/E.
Naast kern-DNA zit er ook mitochondriaal DNA (mtDNA) in de cel. Dit is klein,
cirkelvormig en komt 5–10 keer per mitochondrion voor. MtDNA bevat 37 genen,
waarvan 13 belangrijk zijn voor energieproductie en de rest voor eiwitsynthese.
Bij de bevruchting komt alleen het mtDNA van de moeder in het kind terecht,
omdat de zaadcel alleen de kern bijdraagt. MtDNA wordt dus alleen via de
moeder overgeërfd, wat leidt tot een ander
overervingspatroon dan bij de wetten van Mendel.
Bron 2
Het meeste DNA maakt geen eiwitten, maar regelt
genactiviteit of maakt rRNA/tRNA. In dit niet-coderende
DNA komen vaak herhalingen van korte stukjes
code voor, zogeheten STR’s (short tandem repeats),
zoals bijvoorbeeld GATA meerdere keren achter elkaar.
Iedereen heeft van elke STR twee varianten (allelen),
één van elk chromosoom. Door de grote variatie zijn STR’s
geschikt voor verwantschapsonderzoek en forensisch
onderzoek. Forensische labs analyseren meestal 13 vaste locaties (loci) in
het DNA om een uniek DNA-profiel te maken, zoals: D7S820 8/10 → 8 en 10
herhalingen op die plek. Bron 3.
Paragraaf 17.2: DNA kopiëren
Start van DNA-replicatie: Dit gebeurt in de S-fase van de celcyclus. Ook
start het op meerdere plaatsen tegelijk, dit versnelt het proces. Het enzym
helicase opent DNA door H-bruggen te verbreken hierdoor ontstaan
replicatievorken (2 openingen). Binas 76A, Bron 4
- Opbouw van nieuwe DNA-strengen: Primase plaatst een RNA-primer.
DNA-polymerase bouwt DNA vanaf die primer, alleen in 5’→3’
richting.
- Leidende streng: Wordt continu gevormd, in de richting van de
replicatievork. B
1
, - Volgende streng: Wordt in stukjes (Okazaki-fragmenten) gevormd,
tegen de richting van de replicatievork in. Voor elk fragment is een aparte
primer nodig. Andere DNA-polymerase vervangt RNA-primers door DNA.
Ligase plakt de Okazakai-fragmenten aan elkaar.
- Controle en eindresultaat: Enzymen controleren op fouten. Replicatie is
semi-conservatief: elk nieuw DNA-molecuul bevat één oude en één
nieuwe streng. Binas 71D, bron 4
PCR (polymerase chain reaction) is een techniek
om een specifiek stukje DNA snel te
vermeerderen, gebaseerd op natuurlijke DNA-
replicatie. In een speciale machine worden het
doel-DNA, primers, vrije nucleotiden en
Taq-polymerase gemengd. De machine
doorloopt steeds drie temperatuurstappen:
1. 95 °C: DNA-strengen worden gescheiden.
2. 52 °C: Primers binden aan het doel-DNA.
3. 72 °C: Taq-polymerase maakt nieuwe
DNA-strengen aan in de richting 5’-> 3’
Dit proces wordt herhaald, waardoor het DNA in
korte tijd miljoenen keren gekopieerd wordt. Bron 5,
Binas 71M2
Na 30–40 PCR-cycli is er genoeg DNA om te analyseren.
Gelelektroforese scheidt DNA-fragmenten op grootte: DNA wordt in een gel
geplaatst met een elektrisch veld, omdat DNA negatief geladen is, beweegt het
naar de positieve pool. Kleinere fragmenten bewegen sneller dan grotere →
zo ontstaat een patroon van fragmenten van groot naar klein.
Capillairelektroforese werkt hetzelfde, maar dan in een dunne buis. Een
detector meet wanneer fragmenten passeren. Met een referentiemonster kan
de lengte van de DNA-fragmenten worden bepaald.
Paragraaf 17.3: De vorming van polypeptideketens:
Voordat een cel een eiwit kan maken, wordt de code van een gen in het DNA
eerst overgeschreven naar mRNA. Dit gebeurt tijdens de transcriptie, waarbij
RNA-polymerase bindt aan de promotor (met o.a. een TATA-box) op het DNA.
Het enzym leest de matrijsstreng van het DNA en bouwt een enkelstrengs
mRNA in de 5’→3’ richting. Het mRNA bevat dezelfde code als de coderende
streng, maar met U (uracil) in plaats van T. De transcriptie start met AUG
(startcodon) en eindigt bij een stopcodon (zoals UAA). Het eerste RNA-product
heet pre-mRNA en bevat nog stukken die niet worden vertaald (UTR’s,
Untranslated Region). Na bewerking verlaat het mRNA de kern om bij een
ribosoom in het cytoplasma een eiwit te laten maken. Binas71A/E/H Bron 7 en 8
Pre-mRNA krijgt aan het 3’-uiteinde een
poly-A-staart van 50–250 adenines, die
het molecuul beschermt maar na verloop
van tijd slijt, waardoor het mRNA wordt
afgebroken. Aan het 5’-uiteinde wordt
tijdens de transcriptie een 5’ cap (-CH3-
groep) toegevoegd, die het mRNA stabiel
maakt, helpt bij vervoer uit de kern en bij
de start van de eiwitsynthese. Bij
eukaryoten worden de niet-coderende
2
Paragraaf 17:1: DNA in je cellen
DNA is een dubbelstrengs, spiraalvormig molecuul dat
de erfelijke informatie bevat voor eiwitproductie. Deze
eiwitten bepalen erfelijke eigenschappen. DNA komt
voor in de celkern (kern-DNA) en in de
mitochondriën (mtDNA). Elke streng bestaat uit
nucleotiden: een fosfaatgroep, deoxyribose (suiker) en
een stikstofbase (A, T, C of G). A bindt met T, C bindt met
G. De twee strengen liggen in tegengestelde richting (5’
naar 3’). Het menselijk genoom bevat zo’n 20.000 genen, maar slechts
1,5–2% codeert voor eiwitten; de rest heeft andere functies of geen bekende
functie. In elke cel is ander deel van het DNA actief. DNA zit verpakt in
chromosomen, opgerold rond histonen. Acht histonen vormen een nucleosoom,
waar DNA omheen wikkelt. Histon H1 houdt dit bij elkaar. Veel nucleosomen
vormen samen een dikke draad, zodat het lange DNA compact in de celkern
past. Om puur DNA te krijgen, voegt een laborant zouten en een enzym toe dat
eiwitten afbreekt (protease). Zo worden de histonen verwijderd en blijft alleen
het DNA over. Bron 1 en 2, Binas 71C/E.
Naast kern-DNA zit er ook mitochondriaal DNA (mtDNA) in de cel. Dit is klein,
cirkelvormig en komt 5–10 keer per mitochondrion voor. MtDNA bevat 37 genen,
waarvan 13 belangrijk zijn voor energieproductie en de rest voor eiwitsynthese.
Bij de bevruchting komt alleen het mtDNA van de moeder in het kind terecht,
omdat de zaadcel alleen de kern bijdraagt. MtDNA wordt dus alleen via de
moeder overgeërfd, wat leidt tot een ander
overervingspatroon dan bij de wetten van Mendel.
Bron 2
Het meeste DNA maakt geen eiwitten, maar regelt
genactiviteit of maakt rRNA/tRNA. In dit niet-coderende
DNA komen vaak herhalingen van korte stukjes
code voor, zogeheten STR’s (short tandem repeats),
zoals bijvoorbeeld GATA meerdere keren achter elkaar.
Iedereen heeft van elke STR twee varianten (allelen),
één van elk chromosoom. Door de grote variatie zijn STR’s
geschikt voor verwantschapsonderzoek en forensisch
onderzoek. Forensische labs analyseren meestal 13 vaste locaties (loci) in
het DNA om een uniek DNA-profiel te maken, zoals: D7S820 8/10 → 8 en 10
herhalingen op die plek. Bron 3.
Paragraaf 17.2: DNA kopiëren
Start van DNA-replicatie: Dit gebeurt in de S-fase van de celcyclus. Ook
start het op meerdere plaatsen tegelijk, dit versnelt het proces. Het enzym
helicase opent DNA door H-bruggen te verbreken hierdoor ontstaan
replicatievorken (2 openingen). Binas 76A, Bron 4
- Opbouw van nieuwe DNA-strengen: Primase plaatst een RNA-primer.
DNA-polymerase bouwt DNA vanaf die primer, alleen in 5’→3’
richting.
- Leidende streng: Wordt continu gevormd, in de richting van de
replicatievork. B
1
, - Volgende streng: Wordt in stukjes (Okazaki-fragmenten) gevormd,
tegen de richting van de replicatievork in. Voor elk fragment is een aparte
primer nodig. Andere DNA-polymerase vervangt RNA-primers door DNA.
Ligase plakt de Okazakai-fragmenten aan elkaar.
- Controle en eindresultaat: Enzymen controleren op fouten. Replicatie is
semi-conservatief: elk nieuw DNA-molecuul bevat één oude en één
nieuwe streng. Binas 71D, bron 4
PCR (polymerase chain reaction) is een techniek
om een specifiek stukje DNA snel te
vermeerderen, gebaseerd op natuurlijke DNA-
replicatie. In een speciale machine worden het
doel-DNA, primers, vrije nucleotiden en
Taq-polymerase gemengd. De machine
doorloopt steeds drie temperatuurstappen:
1. 95 °C: DNA-strengen worden gescheiden.
2. 52 °C: Primers binden aan het doel-DNA.
3. 72 °C: Taq-polymerase maakt nieuwe
DNA-strengen aan in de richting 5’-> 3’
Dit proces wordt herhaald, waardoor het DNA in
korte tijd miljoenen keren gekopieerd wordt. Bron 5,
Binas 71M2
Na 30–40 PCR-cycli is er genoeg DNA om te analyseren.
Gelelektroforese scheidt DNA-fragmenten op grootte: DNA wordt in een gel
geplaatst met een elektrisch veld, omdat DNA negatief geladen is, beweegt het
naar de positieve pool. Kleinere fragmenten bewegen sneller dan grotere →
zo ontstaat een patroon van fragmenten van groot naar klein.
Capillairelektroforese werkt hetzelfde, maar dan in een dunne buis. Een
detector meet wanneer fragmenten passeren. Met een referentiemonster kan
de lengte van de DNA-fragmenten worden bepaald.
Paragraaf 17.3: De vorming van polypeptideketens:
Voordat een cel een eiwit kan maken, wordt de code van een gen in het DNA
eerst overgeschreven naar mRNA. Dit gebeurt tijdens de transcriptie, waarbij
RNA-polymerase bindt aan de promotor (met o.a. een TATA-box) op het DNA.
Het enzym leest de matrijsstreng van het DNA en bouwt een enkelstrengs
mRNA in de 5’→3’ richting. Het mRNA bevat dezelfde code als de coderende
streng, maar met U (uracil) in plaats van T. De transcriptie start met AUG
(startcodon) en eindigt bij een stopcodon (zoals UAA). Het eerste RNA-product
heet pre-mRNA en bevat nog stukken die niet worden vertaald (UTR’s,
Untranslated Region). Na bewerking verlaat het mRNA de kern om bij een
ribosoom in het cytoplasma een eiwit te laten maken. Binas71A/E/H Bron 7 en 8
Pre-mRNA krijgt aan het 3’-uiteinde een
poly-A-staart van 50–250 adenines, die
het molecuul beschermt maar na verloop
van tijd slijt, waardoor het mRNA wordt
afgebroken. Aan het 5’-uiteinde wordt
tijdens de transcriptie een 5’ cap (-CH3-
groep) toegevoegd, die het mRNA stabiel
maakt, helpt bij vervoer uit de kern en bij
de start van de eiwitsynthese. Bij
eukaryoten worden de niet-coderende
2
