Hoofdstuk 1: DNA, chromosomen en cellen
Structuur en functie van nucleïnezuren
Nucleïnezuren: deze eenheden vormen het genetisch materiaal. Ze bepalen de functie, zorgen voor
de mogelijkheid tot groei en reproductie. Ze zijn wel gevoelig voor kleine veranderingen, mutaties,
die mee instaan voor genetische variatie. Het is de drijver van de evolutionaire kracht waardoor
andere soorten ontstaan.
DNA: het is een dubbelstrengige helix.
RNA: dit is de functionele eenheid en ook het eerste stadium in de evolutie. DNA is wel stabieler dus
daarom is er ooit een omslag gebeurt.
Genoom: dit is de verzamelnaam voor de verschillende DNA-moleculen van een cel. Bij een
prokaryoot is het circulair DNA en bij een eukaryoot spreken we over een complexere en
gecompartimentaliseerde structuur. In humane cellen zien we dat het genoom verspreid is over de
nucleus en de mitochondria. Het mitochondrieel DNA is een klein type circulair DNA.
Genen: deze bevinden zich voornamelijk in de nucleus. Het zijn DNA-segmenten die de genetische
informatie bevatten of instaan voor functioneel RNA. Het zijn discrete segmenten van DNA die
geselecteerd zijn voor replicatie en genexpressie. Waar de genen zich bevinden, zullen we zien dat
het DNA instaat voor RNA en proteïnen.
Onderdelen DNA en RNA
Nucleotide
Een nucleotide bestaat uit een stikstofbase, een suiker en een fosfaatgroep. Doordat de fosfaatgroep
een negatieve lading met zich meebrengt, zal heel het DNA een negatieve lading dragen.
Ze worden verbonden doordat fosfaat van de ene groep bindt op de suiker van de opeenvolgende
base. Hierdoor vormt zich de suikerfosfaatruggengraat. Deze ruggen liggen asymmetrisch dus we
hebben een 5’ en een 3’ einde.
Aan het 5’ einde zien we een nucleotide met een terminale suiker met een fosfaatgroep, PO 4.
Aan het 3’ einde zien we een nucleotide met een terminale suiker met een OH-groep.
Suiker
In DNA zien we deoxyribose en in RNA zien we ribose. Het is dezelfde 5-ring maar de OH-groep op de
tweede C zal bij een deoxyribose veranderen naar een H-groep in vergelijking met ribose. Het is als
het ware gedeoxigineerd.
Stikstofbase
We hebben 5 stikstofbasen die we kunnen onderverdelen in purines en pyramidines. Onder de
purines zien we adenine en guanine. Deze basen hebben 2 ringen. Pyramidines zijn enkelringig en
hieronder vallen cytosine, thymine en uracil.
Deze basen zijn complementair via waterstofbruggen. Adenine en thymine/uracil binden met 2
waterstofbruggen en cytosine en guanine binden met 3 waterstofbruggen. Deze is dus sterker.
Thymine komt wel alleen voor in DNA en uracil alleen in RNA. Al de andere
basen zien we in beide structuren.
,De twee DNA strengen liggen altijd antiparallel dus als de ene van het 3’ naar het 5’ loopt, zal de
andere streng van 5’ naar het 3’ uiteinde lopen.
De basenparing is belangrijk voor de DNA replicatie. Voor de nieuwe synthese voor een deling zullen
de twee strengen lossen door helicase en hebben we dus een template om aan te vullen. De twee
nieuwe strengen zullen dus semi-conservatief zijn. Elke streng bevat namelijk een streng van de oude
helix.
De synthese zien we in de 5’ naar 3’ richting. Dit zorgt voor een continue streng en een streng met
Okazaki fragmenten. DNA coördinerende polymeren zijn nodig voor de replicatie, initiatie en
synthese.
Voor de translatie zien we altijd dat een template instaat voor RNA kopieën en de sequenties die
hieraan komen als RNA zijn complementair aan de template. Dit proces noemen we transcriptie. We
gaan van DNA naar een primair transcript in RNA dat dan nog geprocessed zal worden tot functioneel
RNA dat coderend kan zijn of niet coderend.
Een coderend RNA zal instaan voor polypeptiden en dan is er nog translatie nodig vanaf het mRNA.
Het niet-coderende RNA zal instaan voor een functioneel eindpunt. Dit zal andere rollen vervullen.
mRNA is altijd van 5’ naar 3’ dus de template is de 3’ naar 5’ streng.
DNA -> RNA -> proteïne Dit is de centrale dogma theorie.
We zien in bepaalde virussen dat er DNA polymerases aanwezig zijn en ook reverse transcriptasen
die RNA kunnen omzetten naar DNA.
Indien men RNA ziet als template, zal de centrale dogmatheorie anders zijn.
,Structuur en functie van chromosomen
We zien chromosomen vooral tijdens de deling om ervoor te zorgen dat DNA niet in de war geraakt.
Moleculaire structuur
Een typische eukaryoot chromosoom kan 100 miljoen basenparen lang zijn wat concreet betekent
dat het een meter lang is indien volledig uitgestrekt. Maar dit moet passen in een cel van 10 tot 100
µm en de kern is zelfs maar 2 tot 4 µm. Er moet dus een compact geheel ontstaan. Tijdens mitose
moeten we dus coiling hebben.
Chromosomen bestaan uit chromatine. Ze vormen het DNA-proteïne complex. Chromosomen zijn
dynamische structuren die alterneren tussen dichte en losse opvouwing.
Drie niveaus van opvouwen van euchromatine
a. Opvouwing rond histonen waardooor het zeven keer korter wordt.
Hier zien we de vorming van nucleosomen. Deze zijn aanwezig voor
deling.
b. 30 nm fiber: het wordt nog zeven keer korter.
c. Chromatine lussen: dit zorgt voor een variabele verkorting. Het
hangt af van hoe compact de lussen gevouwen worden. De 30 nm
fiber zal binden op een scaffold van non-histone proteïnen. Daarop
vormen ze dan lussen.
Heterochromatine: dit is supercompact DNA dat nog meer dan drie niveaus
heeft. Het is vooral genetisch inactief DNA.
Chromosoom functie
Centromeren
Dit is een structuur die nodig is om de chromosomen juist aan elkaar te hangen. De kinetochoren
zullen hierop binden. Deze zijn dan weer belangrijk tijdens de metafase om de chromosomen uit
elkaar te trekken. Het is dus een regio waar een groot proteïne complex op zal binden.
Origin of replication
Telomeren
Deze structuren zijn belangrijk om geen genetische informatie te verliezen. Ze
zijn gelegen op het einde van een chromosoom en zijn nodig voor de integriteit.
We zien 6N repeats, GGGTTA. Deze structuren zijn goed bewaard tijdens de
evolutie. We zien dat het terug buigt en de ontstane loop zal het DNA dan
beschermen tegen natuurlijke cellulaire exonucleases.
DNA replicatie aan de telomeren
We zien dat er informatie verloren gaat omdat indien de primers van de streng weg gaan, er geen
aanvulling meet kan gebeuren. Hierdoor zou er informatie verloren gaan. Om de telomeren te
kunnen vernieuwen, zien we dat een enzym functioneel wordt. In telomerase zien we een RNA-
molecule en het bevat ook nog proteïnen. Telomerase zal instaan voor de synthese van de 6N-repeat
en dan zes plaatsen opschuiven om opnieuw in te staan voor synthese.
, Cellulaire veroudering
Lichaamscellen hebben een vooraf bepaalde levensduur. Zo zullen cellen maar een beperkt aantal
keer delen. Hoe jonger het individu, hoe meer de cellen nog in staat zijn om te delen. Hierdoor weten
we dat telomerase zijn functie verliest met de leeftijd. Cellen die niet meer delen, zullen we
senescent noemen. We zien dat er een progressieve verkorting optreedt van de telomeren per
celdeling maar deze relatie is nog niet goed begrepen.
We zien dat telomerase aanwezig zal zijn in de kiemlijncellen en in snel delende somatische cellen.
Indien telomerase geïnduceerd wordt, is het mogelijk een cellijn te immortaliseren. Daardoor zien we
dat telomerase in 90 procent van de gevallen actief zal zijn in menselijke kankers.
Verschillen in DNA copy number
Ploïdie: het aantal kopieën van de basis chromosomen set. De meeste cellen bij de mens zijn diploïd
dus hebben 2C. gameten daarentegen zijn haploïd en bestana uit 1C.
Sommige cellen zijn zelfs nulliploïd en hebben geen chromosomen meer ,OC. Hieronder vallen rode
bloedcellen en bloedplaatjes.
Sommige cellen zijn ook polyploïd, bijvoorbeeld megakaryocut, en dit kan door celfusie of replicatie
zonder dat er een deling gebeurt. Het copy number kan dus veranderen tijdens de celcyclus.
DNA en chromosomen in celdeling en celcyclus
Hoewel cellen structureel en functioneel anders zijn, zit er in elke cel wel dezelfde informatie. De
functie en structuur hangt dus af van het patroon van expressie.
De cellen zullen zich vooral in de G0 en G1 fase
bevinden.
Structuur en functie van nucleïnezuren
Nucleïnezuren: deze eenheden vormen het genetisch materiaal. Ze bepalen de functie, zorgen voor
de mogelijkheid tot groei en reproductie. Ze zijn wel gevoelig voor kleine veranderingen, mutaties,
die mee instaan voor genetische variatie. Het is de drijver van de evolutionaire kracht waardoor
andere soorten ontstaan.
DNA: het is een dubbelstrengige helix.
RNA: dit is de functionele eenheid en ook het eerste stadium in de evolutie. DNA is wel stabieler dus
daarom is er ooit een omslag gebeurt.
Genoom: dit is de verzamelnaam voor de verschillende DNA-moleculen van een cel. Bij een
prokaryoot is het circulair DNA en bij een eukaryoot spreken we over een complexere en
gecompartimentaliseerde structuur. In humane cellen zien we dat het genoom verspreid is over de
nucleus en de mitochondria. Het mitochondrieel DNA is een klein type circulair DNA.
Genen: deze bevinden zich voornamelijk in de nucleus. Het zijn DNA-segmenten die de genetische
informatie bevatten of instaan voor functioneel RNA. Het zijn discrete segmenten van DNA die
geselecteerd zijn voor replicatie en genexpressie. Waar de genen zich bevinden, zullen we zien dat
het DNA instaat voor RNA en proteïnen.
Onderdelen DNA en RNA
Nucleotide
Een nucleotide bestaat uit een stikstofbase, een suiker en een fosfaatgroep. Doordat de fosfaatgroep
een negatieve lading met zich meebrengt, zal heel het DNA een negatieve lading dragen.
Ze worden verbonden doordat fosfaat van de ene groep bindt op de suiker van de opeenvolgende
base. Hierdoor vormt zich de suikerfosfaatruggengraat. Deze ruggen liggen asymmetrisch dus we
hebben een 5’ en een 3’ einde.
Aan het 5’ einde zien we een nucleotide met een terminale suiker met een fosfaatgroep, PO 4.
Aan het 3’ einde zien we een nucleotide met een terminale suiker met een OH-groep.
Suiker
In DNA zien we deoxyribose en in RNA zien we ribose. Het is dezelfde 5-ring maar de OH-groep op de
tweede C zal bij een deoxyribose veranderen naar een H-groep in vergelijking met ribose. Het is als
het ware gedeoxigineerd.
Stikstofbase
We hebben 5 stikstofbasen die we kunnen onderverdelen in purines en pyramidines. Onder de
purines zien we adenine en guanine. Deze basen hebben 2 ringen. Pyramidines zijn enkelringig en
hieronder vallen cytosine, thymine en uracil.
Deze basen zijn complementair via waterstofbruggen. Adenine en thymine/uracil binden met 2
waterstofbruggen en cytosine en guanine binden met 3 waterstofbruggen. Deze is dus sterker.
Thymine komt wel alleen voor in DNA en uracil alleen in RNA. Al de andere
basen zien we in beide structuren.
,De twee DNA strengen liggen altijd antiparallel dus als de ene van het 3’ naar het 5’ loopt, zal de
andere streng van 5’ naar het 3’ uiteinde lopen.
De basenparing is belangrijk voor de DNA replicatie. Voor de nieuwe synthese voor een deling zullen
de twee strengen lossen door helicase en hebben we dus een template om aan te vullen. De twee
nieuwe strengen zullen dus semi-conservatief zijn. Elke streng bevat namelijk een streng van de oude
helix.
De synthese zien we in de 5’ naar 3’ richting. Dit zorgt voor een continue streng en een streng met
Okazaki fragmenten. DNA coördinerende polymeren zijn nodig voor de replicatie, initiatie en
synthese.
Voor de translatie zien we altijd dat een template instaat voor RNA kopieën en de sequenties die
hieraan komen als RNA zijn complementair aan de template. Dit proces noemen we transcriptie. We
gaan van DNA naar een primair transcript in RNA dat dan nog geprocessed zal worden tot functioneel
RNA dat coderend kan zijn of niet coderend.
Een coderend RNA zal instaan voor polypeptiden en dan is er nog translatie nodig vanaf het mRNA.
Het niet-coderende RNA zal instaan voor een functioneel eindpunt. Dit zal andere rollen vervullen.
mRNA is altijd van 5’ naar 3’ dus de template is de 3’ naar 5’ streng.
DNA -> RNA -> proteïne Dit is de centrale dogma theorie.
We zien in bepaalde virussen dat er DNA polymerases aanwezig zijn en ook reverse transcriptasen
die RNA kunnen omzetten naar DNA.
Indien men RNA ziet als template, zal de centrale dogmatheorie anders zijn.
,Structuur en functie van chromosomen
We zien chromosomen vooral tijdens de deling om ervoor te zorgen dat DNA niet in de war geraakt.
Moleculaire structuur
Een typische eukaryoot chromosoom kan 100 miljoen basenparen lang zijn wat concreet betekent
dat het een meter lang is indien volledig uitgestrekt. Maar dit moet passen in een cel van 10 tot 100
µm en de kern is zelfs maar 2 tot 4 µm. Er moet dus een compact geheel ontstaan. Tijdens mitose
moeten we dus coiling hebben.
Chromosomen bestaan uit chromatine. Ze vormen het DNA-proteïne complex. Chromosomen zijn
dynamische structuren die alterneren tussen dichte en losse opvouwing.
Drie niveaus van opvouwen van euchromatine
a. Opvouwing rond histonen waardooor het zeven keer korter wordt.
Hier zien we de vorming van nucleosomen. Deze zijn aanwezig voor
deling.
b. 30 nm fiber: het wordt nog zeven keer korter.
c. Chromatine lussen: dit zorgt voor een variabele verkorting. Het
hangt af van hoe compact de lussen gevouwen worden. De 30 nm
fiber zal binden op een scaffold van non-histone proteïnen. Daarop
vormen ze dan lussen.
Heterochromatine: dit is supercompact DNA dat nog meer dan drie niveaus
heeft. Het is vooral genetisch inactief DNA.
Chromosoom functie
Centromeren
Dit is een structuur die nodig is om de chromosomen juist aan elkaar te hangen. De kinetochoren
zullen hierop binden. Deze zijn dan weer belangrijk tijdens de metafase om de chromosomen uit
elkaar te trekken. Het is dus een regio waar een groot proteïne complex op zal binden.
Origin of replication
Telomeren
Deze structuren zijn belangrijk om geen genetische informatie te verliezen. Ze
zijn gelegen op het einde van een chromosoom en zijn nodig voor de integriteit.
We zien 6N repeats, GGGTTA. Deze structuren zijn goed bewaard tijdens de
evolutie. We zien dat het terug buigt en de ontstane loop zal het DNA dan
beschermen tegen natuurlijke cellulaire exonucleases.
DNA replicatie aan de telomeren
We zien dat er informatie verloren gaat omdat indien de primers van de streng weg gaan, er geen
aanvulling meet kan gebeuren. Hierdoor zou er informatie verloren gaan. Om de telomeren te
kunnen vernieuwen, zien we dat een enzym functioneel wordt. In telomerase zien we een RNA-
molecule en het bevat ook nog proteïnen. Telomerase zal instaan voor de synthese van de 6N-repeat
en dan zes plaatsen opschuiven om opnieuw in te staan voor synthese.
, Cellulaire veroudering
Lichaamscellen hebben een vooraf bepaalde levensduur. Zo zullen cellen maar een beperkt aantal
keer delen. Hoe jonger het individu, hoe meer de cellen nog in staat zijn om te delen. Hierdoor weten
we dat telomerase zijn functie verliest met de leeftijd. Cellen die niet meer delen, zullen we
senescent noemen. We zien dat er een progressieve verkorting optreedt van de telomeren per
celdeling maar deze relatie is nog niet goed begrepen.
We zien dat telomerase aanwezig zal zijn in de kiemlijncellen en in snel delende somatische cellen.
Indien telomerase geïnduceerd wordt, is het mogelijk een cellijn te immortaliseren. Daardoor zien we
dat telomerase in 90 procent van de gevallen actief zal zijn in menselijke kankers.
Verschillen in DNA copy number
Ploïdie: het aantal kopieën van de basis chromosomen set. De meeste cellen bij de mens zijn diploïd
dus hebben 2C. gameten daarentegen zijn haploïd en bestana uit 1C.
Sommige cellen zijn zelfs nulliploïd en hebben geen chromosomen meer ,OC. Hieronder vallen rode
bloedcellen en bloedplaatjes.
Sommige cellen zijn ook polyploïd, bijvoorbeeld megakaryocut, en dit kan door celfusie of replicatie
zonder dat er een deling gebeurt. Het copy number kan dus veranderen tijdens de celcyclus.
DNA en chromosomen in celdeling en celcyclus
Hoewel cellen structureel en functioneel anders zijn, zit er in elke cel wel dezelfde informatie. De
functie en structuur hangt dus af van het patroon van expressie.
De cellen zullen zich vooral in de G0 en G1 fase
bevinden.
