Door MvdM
Samenvatting
Van genoom tot
populatie
1
, Door MvdM
HC 1: DNA als drager van erfelijk materiaal
DNA is de enige stof in je lichaam die ervoor kan zorgen dat nakomelingen er precies hetzelfde uitzien als hun
moeder. Wat wordt er besproken:
- Hoe ziet DNA eruit?
- Wat maakt DNA geschikt als de drager van genetische informatie?
- Hoe zit de genetische informatie op een DNA molecuul opgeslagen?
In 1940 was al bekend dat DNA in de chromosomen zichtbaar was bij celdelingen en dat het DNA bestond uit genen
en eiwitten. Watson en Crick ontdekken in 1953 de structuur van DNA: een dubbele helix. Dit is de belangrijkste
ontdekking van de vorige eeuw voor moleculaire onderzoekers.
Wat is de structuur van DNA?
DNA (desoxyribonucleïnezuur) is een dubbele helix van twee poly-nucleotide
ketens. De monomere bouwstenen van DNA en RNA zijn nucleotiden.
◼ Nucleotide
Nucleotiden (zie afbeelding) bestaan uit drie hoofdonderdelen.
1. Een base.
Deze varieert; Het zit vast aan de 1’ -C.
2. Een suiker-groep
Bestaat uit 5 koolstofatomen (suiker van 5x C = ribose).
De 2-positie is belangrijk.
˃ Als er een -OH is: ribose = normale nucleotide.
Eigenlijk hoort er op een ribose op de 2’-C een -OH te zitten. Er
kan dan RNA gemaakt worden.
˃ Alleen een -O is: deoxyribose
Er kan DNA gemaakt worden.
3. Een fosfaat-groep.
Deze zit vast aan de 5’-C
◼ Bindingen
Om van een nucleotide een dubbele helix te maken, zijn er 3 bindingsites:
□ 2 covalente:
De enkele polymere helix wordt gevormd door bindingen tussen de
3’-koolstof en aan de 5’-fosfaat. De binding wordt gevormd door een
fosfo-diësterbinding. Het zijn namelijk twee esters die samenkomen en
binden aan een fosfaatgroep. Het polymeer van
suiker-fosfaat-suiker-fosfaat vormt de ‘backbone’. Deze bindingen zorgen
voor de polariteit van een streng met 5’-fosfaateinde en een
3’-suikergroepeinde.
□ 1 niet-covalente:
Tussen 2 basen vormt een H-brug. Zo worden de enkele helices aan
elkaar gekoppeld tot een dubbele helix.
2
, Door MvdM
◼ Basen
Er zijn 4 verschillende bases. Deze moeten we kunnen herkennen:
o A= Adenine
→ Basenpaar A-T: 2 H-bruggen
o T= Thymine
o C= Cytosine → Basenpaar C-G: 3 H-bruggen
o G= Guanine
• Adenine & guanine hebben een dubbele ring = purine
• Thymine & cytosine hebben een enkele ring = pyrimidine
→ een purine paart met een pyrimidine
✱ Door de complementaire basenpaar-vorming kunnen de bases
op de energetisch meest gunstige manier worden gerangschikt:
aan de binnenkant van de streng.
✱ De binding tussen de C-G is sterker dan die van A-T, want die van C-
G maakt drie waterstofbruggen
✱ Om de waterstofbruggen mogelijk te maken, moeten de strengen
antiparallel lopen: van 3’→5’ en van 5’→ 3’
Er zijn dus 2 voorwaarden voor het binden van de enkele helices tot
dubbele helix:
1. De strengen moeten complementair zijn
2. De strengen moeten antiparallel lopen
o Eén draai bevat 10 basenparen. De draaiing draagt bij aan de
vorming van de energetisch meest conformatie.
Oefening:
Wat bindt er aan 5’-A T C C G- 3’ ?
→ 3’- T A G G C -5’ OF 5’- C G G A T- 3’
➔ We schrijven normaal de 5’-C aan de linkerkant; je moet de complementaire streng dus achterstevoren
opschrijven.
Wat maakt dubbelstrengs DNA geschikt als dragen van genetische informatie?
• De informatie in DNA is dubbel opgeslagen
- Maakt herstellen van fouten mogelijk; je hebt een back-up voorbeeld
- Maakt kopiëren makkelijk
• DNA is een relatief stabiel molecuul
- DNA van vele duizenden jaren oud kan nog gelezen worden.
• DNA kan heel veel nucleotiden bevatten en zo dus heel veel informatie opslaan. DNA van een zoogdier heeft
ongeveer 3 miljard unieke basenparen (per cel dus 6 miljard) → ongeveer 1 m lang, 2 nm breed (wel verdeeld
over het aantal chromosomen)
- Grootte eiwit = 3-8 nm
- Afstand tussen basenparen = 0,3 nm
- Dubbele helix = 2nm
➤ Om een hele meter DNA in een celkern te krijgen, moet het DNA sterk worden gevouwen/ opgerold.
1 meter van 3 miljard DNA bp
Nucleosoom: dubbele DNA-helix gebonden om een histoncomplex
Chromatine: totale DNA-keten met alle histonen eer sterk opgerold
In de kern
3
, Door MvdM
Hoe zit genetische info op een DNA-molecuul opgeslagen?
Hoe lezen we DNA?
DNA is een lineaire code: alles achter elkaar
DNA is niet-symmetrisch: we lezen het altijd van links naar rechts → van 5’ naar 3’
We geven maar één van de strengen van het dubbelstrengs DNA weer. Welke?
- Verschilt per situatie en hangt af van de functie van het DNA. Bij eiwitten wordt de streng
opgeschreven waarin de sequentie zit, die codeert voor het eiwit.
Welke info zit er in het DNA?
DNA is een recept/instructie waarmee een organisme zichzelf kan namaken en in stand kan houden. DNA bevat
dan ook informatie over:
o De samenstelling van componenten van een cel
▪ Een cel bestaat uit lipiden, suikers, eiwitten en nucleïnezuren
Rechtstreeks in DNA zit info over de samenstelling van: DNA, RNA en eiwitten
De eiwitten zorgen voor het functioneren van de cel
o De hoeveelheid componenten
o De volgorde van het maken
Wat is een gen?
• Een gen bevat de informatie voor de samenstelling en regulering van
een eiwit of RNA
• Een gen bestaat uit:
- Coderend gedeelte = de samenstelling van eiwit
Simpelweg af te lezen in een codetabel. Bvb AAC/AAU = Asn
➔ DNA is een lineaire code
- Regulerend gedeelte = hoeveelheid van een eiwit
➔ DNA heeft ook structurele/ ruimtelijke informatie. De regulerende code is meer ‘slot-sleutel’
De informatie is dus opgeslagen in de nucleotidevolgorde of -sequentie. Die volgorde bepaalt namelijk eiwitten en
er worden gesynthetiseerd en dus welke biologische ‘messages’ het DNA draagt. De functie van eiwitten wordt
namelijk weer bepaalt door de 3D-structuur, die weer wordt bepaald door de aminozuurvolgorde.
➔ Dus: de lineaire nucleotidesequentie bepaalt de lineaire aminozuursequentie.
Over het algemeen geldt: hoe ingewikkelder een organisme, hoe meer genen er nodig zijn.
Organisme Aantal Aantal genen
baseparen (bp)
Bacterie 5 000 000 4300
Gist 13 000 000 6600
Wormpje 130 000 000 21 000
Zoogdier 3 000 000 000 21 000 genen voor eiwitten
+ >5000 “RNA only” genen
Junk DNA: DNA waarvan het nut voor de cel nog niet duidelijk is.
4
Samenvatting
Van genoom tot
populatie
1
, Door MvdM
HC 1: DNA als drager van erfelijk materiaal
DNA is de enige stof in je lichaam die ervoor kan zorgen dat nakomelingen er precies hetzelfde uitzien als hun
moeder. Wat wordt er besproken:
- Hoe ziet DNA eruit?
- Wat maakt DNA geschikt als de drager van genetische informatie?
- Hoe zit de genetische informatie op een DNA molecuul opgeslagen?
In 1940 was al bekend dat DNA in de chromosomen zichtbaar was bij celdelingen en dat het DNA bestond uit genen
en eiwitten. Watson en Crick ontdekken in 1953 de structuur van DNA: een dubbele helix. Dit is de belangrijkste
ontdekking van de vorige eeuw voor moleculaire onderzoekers.
Wat is de structuur van DNA?
DNA (desoxyribonucleïnezuur) is een dubbele helix van twee poly-nucleotide
ketens. De monomere bouwstenen van DNA en RNA zijn nucleotiden.
◼ Nucleotide
Nucleotiden (zie afbeelding) bestaan uit drie hoofdonderdelen.
1. Een base.
Deze varieert; Het zit vast aan de 1’ -C.
2. Een suiker-groep
Bestaat uit 5 koolstofatomen (suiker van 5x C = ribose).
De 2-positie is belangrijk.
˃ Als er een -OH is: ribose = normale nucleotide.
Eigenlijk hoort er op een ribose op de 2’-C een -OH te zitten. Er
kan dan RNA gemaakt worden.
˃ Alleen een -O is: deoxyribose
Er kan DNA gemaakt worden.
3. Een fosfaat-groep.
Deze zit vast aan de 5’-C
◼ Bindingen
Om van een nucleotide een dubbele helix te maken, zijn er 3 bindingsites:
□ 2 covalente:
De enkele polymere helix wordt gevormd door bindingen tussen de
3’-koolstof en aan de 5’-fosfaat. De binding wordt gevormd door een
fosfo-diësterbinding. Het zijn namelijk twee esters die samenkomen en
binden aan een fosfaatgroep. Het polymeer van
suiker-fosfaat-suiker-fosfaat vormt de ‘backbone’. Deze bindingen zorgen
voor de polariteit van een streng met 5’-fosfaateinde en een
3’-suikergroepeinde.
□ 1 niet-covalente:
Tussen 2 basen vormt een H-brug. Zo worden de enkele helices aan
elkaar gekoppeld tot een dubbele helix.
2
, Door MvdM
◼ Basen
Er zijn 4 verschillende bases. Deze moeten we kunnen herkennen:
o A= Adenine
→ Basenpaar A-T: 2 H-bruggen
o T= Thymine
o C= Cytosine → Basenpaar C-G: 3 H-bruggen
o G= Guanine
• Adenine & guanine hebben een dubbele ring = purine
• Thymine & cytosine hebben een enkele ring = pyrimidine
→ een purine paart met een pyrimidine
✱ Door de complementaire basenpaar-vorming kunnen de bases
op de energetisch meest gunstige manier worden gerangschikt:
aan de binnenkant van de streng.
✱ De binding tussen de C-G is sterker dan die van A-T, want die van C-
G maakt drie waterstofbruggen
✱ Om de waterstofbruggen mogelijk te maken, moeten de strengen
antiparallel lopen: van 3’→5’ en van 5’→ 3’
Er zijn dus 2 voorwaarden voor het binden van de enkele helices tot
dubbele helix:
1. De strengen moeten complementair zijn
2. De strengen moeten antiparallel lopen
o Eén draai bevat 10 basenparen. De draaiing draagt bij aan de
vorming van de energetisch meest conformatie.
Oefening:
Wat bindt er aan 5’-A T C C G- 3’ ?
→ 3’- T A G G C -5’ OF 5’- C G G A T- 3’
➔ We schrijven normaal de 5’-C aan de linkerkant; je moet de complementaire streng dus achterstevoren
opschrijven.
Wat maakt dubbelstrengs DNA geschikt als dragen van genetische informatie?
• De informatie in DNA is dubbel opgeslagen
- Maakt herstellen van fouten mogelijk; je hebt een back-up voorbeeld
- Maakt kopiëren makkelijk
• DNA is een relatief stabiel molecuul
- DNA van vele duizenden jaren oud kan nog gelezen worden.
• DNA kan heel veel nucleotiden bevatten en zo dus heel veel informatie opslaan. DNA van een zoogdier heeft
ongeveer 3 miljard unieke basenparen (per cel dus 6 miljard) → ongeveer 1 m lang, 2 nm breed (wel verdeeld
over het aantal chromosomen)
- Grootte eiwit = 3-8 nm
- Afstand tussen basenparen = 0,3 nm
- Dubbele helix = 2nm
➤ Om een hele meter DNA in een celkern te krijgen, moet het DNA sterk worden gevouwen/ opgerold.
1 meter van 3 miljard DNA bp
Nucleosoom: dubbele DNA-helix gebonden om een histoncomplex
Chromatine: totale DNA-keten met alle histonen eer sterk opgerold
In de kern
3
, Door MvdM
Hoe zit genetische info op een DNA-molecuul opgeslagen?
Hoe lezen we DNA?
DNA is een lineaire code: alles achter elkaar
DNA is niet-symmetrisch: we lezen het altijd van links naar rechts → van 5’ naar 3’
We geven maar één van de strengen van het dubbelstrengs DNA weer. Welke?
- Verschilt per situatie en hangt af van de functie van het DNA. Bij eiwitten wordt de streng
opgeschreven waarin de sequentie zit, die codeert voor het eiwit.
Welke info zit er in het DNA?
DNA is een recept/instructie waarmee een organisme zichzelf kan namaken en in stand kan houden. DNA bevat
dan ook informatie over:
o De samenstelling van componenten van een cel
▪ Een cel bestaat uit lipiden, suikers, eiwitten en nucleïnezuren
Rechtstreeks in DNA zit info over de samenstelling van: DNA, RNA en eiwitten
De eiwitten zorgen voor het functioneren van de cel
o De hoeveelheid componenten
o De volgorde van het maken
Wat is een gen?
• Een gen bevat de informatie voor de samenstelling en regulering van
een eiwit of RNA
• Een gen bestaat uit:
- Coderend gedeelte = de samenstelling van eiwit
Simpelweg af te lezen in een codetabel. Bvb AAC/AAU = Asn
➔ DNA is een lineaire code
- Regulerend gedeelte = hoeveelheid van een eiwit
➔ DNA heeft ook structurele/ ruimtelijke informatie. De regulerende code is meer ‘slot-sleutel’
De informatie is dus opgeslagen in de nucleotidevolgorde of -sequentie. Die volgorde bepaalt namelijk eiwitten en
er worden gesynthetiseerd en dus welke biologische ‘messages’ het DNA draagt. De functie van eiwitten wordt
namelijk weer bepaalt door de 3D-structuur, die weer wordt bepaald door de aminozuurvolgorde.
➔ Dus: de lineaire nucleotidesequentie bepaalt de lineaire aminozuursequentie.
Over het algemeen geldt: hoe ingewikkelder een organisme, hoe meer genen er nodig zijn.
Organisme Aantal Aantal genen
baseparen (bp)
Bacterie 5 000 000 4300
Gist 13 000 000 6600
Wormpje 130 000 000 21 000
Zoogdier 3 000 000 000 21 000 genen voor eiwitten
+ >5000 “RNA only” genen
Junk DNA: DNA waarvan het nut voor de cel nog niet duidelijk is.
4
