Thema 4
1 de bouw en functie van DNA
Het genoom
Bijna elke cel in het lichaam bevat een celkern met daarin DNA wat informatie over erfelijke
eigenschappen bevat. Het DNA bepaalt de functie van een cel en levert instructies waarmee
ribosomen verschillende eiwitten kunnen maken. Het genoom is het geheel aan erfelijke informatie
in een cel van een organisme. Alle cellen hebben hetzelfde genoom.
In eukaryoten bestaat het genoom uit het DNA in alle chromosomen in de celkern (kernDNA), het
DNA in mitochondriën (mtDNA) en chloroplasten. Mitochondriën en chloroplasten functioneren
onafhankelijk van de rest van de cel. Ze gebruiken hiervoor hun eigen vastgelegde DNA.
Bij prokaryoten vormt het genoom al het losse gelegen DNA in het cytoplasma. Prokaryoten hebben
een circulair DNA-molecuul. Sommige prokaryoten bezitten plasmiden: korte stukjes circulair DNA.
De bouw van DNA
een DNA-molecuul is een nucleïnezuur. Deze komen voor in het celkern en cytoplasma. DNA bestaat
uit twee ketens van aan elkaar gekoppelde nucleotiden. Een nucleotide is opgebouwd uit de
C A
monosacharide desoxyribose, een fosfaatgroep en een stikstofbase. De stikstof base zijn adenine (A),
G T
thymine (T), cytosine (C) en guanine (G)
Desoxyribose heeft vijf C-atomen. De fosfaatgroep zit in een nucleotide gebonden aan de vijfde C-
atoom en de stikstofbase aan het eerste C-atoom. Bij het aan elkaar koppelen van nucleotiden
(polymerisatie) gaat het derde C-atoom van desoxyribose binding aan met de fosfaatgroep van het
volgende nucleotide. De lange ontstane keten is een polymeer van afwisselend van elkaar
gekoppelde monosachariden en fosfaatgroepen.
Beide uiteinden van dit enkelstrengs DNA-molecuul is verschillend. Aan het ene uiteinden bevond
zich en fosfaatgroep (het 5’-uiteinde). Aan het andere eind bevindt zich een OH-groep die aan het
derde C-atoom van desoxyribose vast zit (het 3’-uiteinde). Dit onderscheid is belangrijk omdat DNA
altijd in de richting van het 3’-uiteinde naar het 5’-uiteinde wordt afgelezen en gekopieerd.
De stikstofbasen steken aan de zijkant uit de keten en kunnen door baseparing twee DNA-
nucliotideketens met elkaar verbinden waarbij elke stikstofbase zijn vaste bindingspartner heeft.
Hierdoor zijn twee nucleotideketens van een DNA-molecuul complementair. De basenparing komt
tot stand door waterstofbruggen. Die zijn zwak maar door het aantal houd het de ketens bijeen. In
een dubbelstrengs DNA-molecuul hebben de ketens een helixstructuur (spiraalvorm). De ketens
lopen in tegengestelde richting. Alle levende wezens hebben een dubbelstreng DNA.
Bij eukaryoten is het DNA in de celkern verdeeld over verschillende chromosomen. Elk chromosoom
bestaat uit een enkel, zeer lang dubbelstrengs DNA-molecuul. Door compacte vorm past het in de
celkern. Afhankelijk van de leeftijd van de cel is het DNA strak of losser opgerold. Het is eerst rond de
eiwitten histonen gewikkeld. Een aantal histonen vormt samen met het omgewikkelde DNA een
nucleosoom. Het DNA tussen twee opeenvolgende nucleosomen noem je koppelings-DNA. Door die
afwisseling krijg je een soort kralenketting, opgerold tot een spiraal die verder oprolt tot een dikke
draad.
, DNA-sequentie
sequentie is de volgorde waarin een DNA-molecuul is gerangschikt. Een gen is een deel van een DNA-
molecuul dat de code bevat waarmee ribosomen eiwitten kunnen maken . door dat in de DNA-
sequentie variaties voorkomen. Kunnen ribosomen verschillende eiwitten maken.
Niet-coderend DNA
Bij sommige eukaryoten bestaat maar een klein deel van het DNA in een cel uit genen. Het overige
DNA codeert niet voor eiwitten en wordt daarom niet-coderend DNA genoemd (junk-DNA). Niet
coderend DNA codeert niet voor eiwitten maar soms voor andere moleculen. Deze hebben een
regulerende functie bij eiwitsynthese. Een deel van het niet-coderende DNA bestaat uit repetitief
DNA. Dat zijn herhalingen van korte nucleotidesequenties. Een ander deel bestaat uit genen die hun
functie hebben verloren, bv een gen voor eigeel bij zoogdieren.
2 DNA-replicatie
Replicatiestartpunt en replicatiebel
Het kopieren van DNA (DNA-replicatie) vind plaats tijdens de S-fase van de celcyclus. In het
kernplasma bevind zich de vrije nucleotiden dATP, dTTP, dGTP en dCTP. Elk bestaat uit desoxyribose
(d), een base (A,T,G,C) en drie fosfaatgroepen (TP). De bindingen tussen fosfaat groepen bevat veel
energie. Door het splitsen komt energie vrij.
DNA replicatie begint bij een replicatiestartpunt. In twee richtingen worden de waterstofbruggen
tussen de basenparen verbroken door het enzym helicase. De helix structuur verdwijnt vervolgens en
de twee strengen van het DNA-molecuul gaan uit elkaar. Hierdoor ontstaat een replicatiebel. Bij
eukaryote organisme zijn er meerdere replicatie startpunten. Bij prokaryote slechts één
replicatiestartpunt.
Constante en onderbroken replicatie
De plaats waar de basenparing is verbroken, binden speciale eiwitten aan de strengen. Daardoor
wordt voorkomen dat vrijgekomen basen in een replicatiebel opnieuw waterstofbruggen gaan
vormen met de vrijgekomen basen in de andere streng.
De replicatie begint met een primer. Dat is een kort stukje nucleïnezuur RNA dat wordt
gesynthetiseerd door het enzym primase. DNA-polymerase kan alleen nucleotiden vastplakken aan
het 3’-uiteinden van een al bestaande streng. Vanaf een primer kan het enzym DNA-polymerase
langs de enkelstrengs ketens schuiven en daar die vrije nucleotiden uit het kernplasma binden aan de
vrijgekomen stikstofbasen. De energie van afgesplitste fosfaatgroepen wordt hiervoor gebruikt.
Zo ontstaat er weer dubbelstrengs DNA-moleculen.
Doordat DNA-polymerase van 3 naar 5 een DNA streng afleest (afleesrichting), wordt de nieuwe
streng gemaakt in richting van 5 naar 3. Een volgend nucleotide bindt aan het 3’-uiteinde van een
nucleotide dat al is ingebouwd. Langs beide nucleotideketens bewegen DNA-polymerase-enzymen
zich in tegengestelde richting om een nieuwe keten te maken.
Replicatie langs een van de strengen in een replicatiebel vindt in twee richtingen plaats. In de ene
richting kan DNA-polymerase vanaf het startpunt het uit elkaar gaan van de ketens volgen om de
leidende streng te kunnen maken. In de andere richting kan DNA-polymerase steeds maar korte
stukjes DNA (okazaki-fragmenten) maken vanaf de primer, doordat dit achterwaarts gebeurt.
1 de bouw en functie van DNA
Het genoom
Bijna elke cel in het lichaam bevat een celkern met daarin DNA wat informatie over erfelijke
eigenschappen bevat. Het DNA bepaalt de functie van een cel en levert instructies waarmee
ribosomen verschillende eiwitten kunnen maken. Het genoom is het geheel aan erfelijke informatie
in een cel van een organisme. Alle cellen hebben hetzelfde genoom.
In eukaryoten bestaat het genoom uit het DNA in alle chromosomen in de celkern (kernDNA), het
DNA in mitochondriën (mtDNA) en chloroplasten. Mitochondriën en chloroplasten functioneren
onafhankelijk van de rest van de cel. Ze gebruiken hiervoor hun eigen vastgelegde DNA.
Bij prokaryoten vormt het genoom al het losse gelegen DNA in het cytoplasma. Prokaryoten hebben
een circulair DNA-molecuul. Sommige prokaryoten bezitten plasmiden: korte stukjes circulair DNA.
De bouw van DNA
een DNA-molecuul is een nucleïnezuur. Deze komen voor in het celkern en cytoplasma. DNA bestaat
uit twee ketens van aan elkaar gekoppelde nucleotiden. Een nucleotide is opgebouwd uit de
C A
monosacharide desoxyribose, een fosfaatgroep en een stikstofbase. De stikstof base zijn adenine (A),
G T
thymine (T), cytosine (C) en guanine (G)
Desoxyribose heeft vijf C-atomen. De fosfaatgroep zit in een nucleotide gebonden aan de vijfde C-
atoom en de stikstofbase aan het eerste C-atoom. Bij het aan elkaar koppelen van nucleotiden
(polymerisatie) gaat het derde C-atoom van desoxyribose binding aan met de fosfaatgroep van het
volgende nucleotide. De lange ontstane keten is een polymeer van afwisselend van elkaar
gekoppelde monosachariden en fosfaatgroepen.
Beide uiteinden van dit enkelstrengs DNA-molecuul is verschillend. Aan het ene uiteinden bevond
zich en fosfaatgroep (het 5’-uiteinde). Aan het andere eind bevindt zich een OH-groep die aan het
derde C-atoom van desoxyribose vast zit (het 3’-uiteinde). Dit onderscheid is belangrijk omdat DNA
altijd in de richting van het 3’-uiteinde naar het 5’-uiteinde wordt afgelezen en gekopieerd.
De stikstofbasen steken aan de zijkant uit de keten en kunnen door baseparing twee DNA-
nucliotideketens met elkaar verbinden waarbij elke stikstofbase zijn vaste bindingspartner heeft.
Hierdoor zijn twee nucleotideketens van een DNA-molecuul complementair. De basenparing komt
tot stand door waterstofbruggen. Die zijn zwak maar door het aantal houd het de ketens bijeen. In
een dubbelstrengs DNA-molecuul hebben de ketens een helixstructuur (spiraalvorm). De ketens
lopen in tegengestelde richting. Alle levende wezens hebben een dubbelstreng DNA.
Bij eukaryoten is het DNA in de celkern verdeeld over verschillende chromosomen. Elk chromosoom
bestaat uit een enkel, zeer lang dubbelstrengs DNA-molecuul. Door compacte vorm past het in de
celkern. Afhankelijk van de leeftijd van de cel is het DNA strak of losser opgerold. Het is eerst rond de
eiwitten histonen gewikkeld. Een aantal histonen vormt samen met het omgewikkelde DNA een
nucleosoom. Het DNA tussen twee opeenvolgende nucleosomen noem je koppelings-DNA. Door die
afwisseling krijg je een soort kralenketting, opgerold tot een spiraal die verder oprolt tot een dikke
draad.
, DNA-sequentie
sequentie is de volgorde waarin een DNA-molecuul is gerangschikt. Een gen is een deel van een DNA-
molecuul dat de code bevat waarmee ribosomen eiwitten kunnen maken . door dat in de DNA-
sequentie variaties voorkomen. Kunnen ribosomen verschillende eiwitten maken.
Niet-coderend DNA
Bij sommige eukaryoten bestaat maar een klein deel van het DNA in een cel uit genen. Het overige
DNA codeert niet voor eiwitten en wordt daarom niet-coderend DNA genoemd (junk-DNA). Niet
coderend DNA codeert niet voor eiwitten maar soms voor andere moleculen. Deze hebben een
regulerende functie bij eiwitsynthese. Een deel van het niet-coderende DNA bestaat uit repetitief
DNA. Dat zijn herhalingen van korte nucleotidesequenties. Een ander deel bestaat uit genen die hun
functie hebben verloren, bv een gen voor eigeel bij zoogdieren.
2 DNA-replicatie
Replicatiestartpunt en replicatiebel
Het kopieren van DNA (DNA-replicatie) vind plaats tijdens de S-fase van de celcyclus. In het
kernplasma bevind zich de vrije nucleotiden dATP, dTTP, dGTP en dCTP. Elk bestaat uit desoxyribose
(d), een base (A,T,G,C) en drie fosfaatgroepen (TP). De bindingen tussen fosfaat groepen bevat veel
energie. Door het splitsen komt energie vrij.
DNA replicatie begint bij een replicatiestartpunt. In twee richtingen worden de waterstofbruggen
tussen de basenparen verbroken door het enzym helicase. De helix structuur verdwijnt vervolgens en
de twee strengen van het DNA-molecuul gaan uit elkaar. Hierdoor ontstaat een replicatiebel. Bij
eukaryote organisme zijn er meerdere replicatie startpunten. Bij prokaryote slechts één
replicatiestartpunt.
Constante en onderbroken replicatie
De plaats waar de basenparing is verbroken, binden speciale eiwitten aan de strengen. Daardoor
wordt voorkomen dat vrijgekomen basen in een replicatiebel opnieuw waterstofbruggen gaan
vormen met de vrijgekomen basen in de andere streng.
De replicatie begint met een primer. Dat is een kort stukje nucleïnezuur RNA dat wordt
gesynthetiseerd door het enzym primase. DNA-polymerase kan alleen nucleotiden vastplakken aan
het 3’-uiteinden van een al bestaande streng. Vanaf een primer kan het enzym DNA-polymerase
langs de enkelstrengs ketens schuiven en daar die vrije nucleotiden uit het kernplasma binden aan de
vrijgekomen stikstofbasen. De energie van afgesplitste fosfaatgroepen wordt hiervoor gebruikt.
Zo ontstaat er weer dubbelstrengs DNA-moleculen.
Doordat DNA-polymerase van 3 naar 5 een DNA streng afleest (afleesrichting), wordt de nieuwe
streng gemaakt in richting van 5 naar 3. Een volgend nucleotide bindt aan het 3’-uiteinde van een
nucleotide dat al is ingebouwd. Langs beide nucleotideketens bewegen DNA-polymerase-enzymen
zich in tegengestelde richting om een nieuwe keten te maken.
Replicatie langs een van de strengen in een replicatiebel vindt in twee richtingen plaats. In de ene
richting kan DNA-polymerase vanaf het startpunt het uit elkaar gaan van de ketens volgen om de
leidende streng te kunnen maken. In de andere richting kan DNA-polymerase steeds maar korte
stukjes DNA (okazaki-fragmenten) maken vanaf de primer, doordat dit achterwaarts gebeurt.
