E-module week 5
Mutation Rates Are Extremely Low (p.253)
In mensen komt naar schatting 1 mutatie per 10^10 nucleotiden per celdeling voor.
Veel mutaties zin silent, wat betekent dat ze geen verandering veroorzaken in het
functioneren van de cel. Dat kan bijvoorbeeld gebeuren als de mutatie zich in en niet-
functioneel gebied in het genoom bevindt. Ook mutaties in coderende sequenties kunnen
silent zijn, bijvoorbeeld als nieuwe DNA-sequentie voor hetzelfde aminozuur codeert als de
originele DNA-sequentie, of als de nieuwe DNA-sequentie wel voor een ander aminozuur
codeert, maar dit aminozuur de functie van het eiwit niet verandert.
Low Mutation Rates Are Necessary for Life as We Know It (p.254)
Kiembaancellen (germ cells, oftewel voorlopers van de geslachtscellen) dragen genetische
informatie door naar nakomelingen, somatische cellen zijn cellen die het lichaam van een
organisme vormen. Een lage mutatie rate in kiemcellen is essentieel voor behoud van soort
en een lage mutatie rate in somatische cellen is essentieel om de georganiseerde structuur
van het lichaam te behouden (om alle cellulaire processen te behouden). Wanner dit laatste
niet het geval is, kan ongecontroleerde celdeling optreden, wat kan leiden tot kanker.
Welke drie proofreading-stappen van DNA-polymerase zelf worden
beschreven in de gelezen tekst?
1. Een correct ingebouwde nucleotide heeft hogere affiniteit voor het DNA-polymerase
omdat een goede base-paring en energetisch gunstigere reactie is.
2. DNA-Polymerase doet een 'double-check' na het binden van de nucleotide, maar
voordat de nucleotide covalent gebonden is.
3. 3'->5' exonuclease-activiteit
Leg de titel van de laatst gelezen paragraaf uit (Only DNA Replication in
the 5-to-3' Direction Allows Efficient Error Correction)
'Alleen wanneer DNA gerepliceerd wordt van 5'->3', kunnen fouten efficiënt worden hersteld.
Stel dat DNA gerepliceerd zou worden van 3' tot 5, dan zit de activerende trifosfaat
verbinding aan het uiteinde van de nieuwe DNA streng, i.p.v. in de nieuwe nucleotide.
Wanneer er in deze situatie een foute nucleotide 'weg gehydrolyseerd' wordt, blijft er een
kale 5'-kant over, waaraan geen nieuwe nucleotide gekoppeld kan worden. Het repliceren
van het DNA wordt dan gestopt.
Verschil tussen topoisomerase I/II
Topoisomerase I opent een enkele streng van het DNA, waardoor het DNA vrij kan roteren.
Dit kost geen ATP (zie Figuur 5-22). Topoisomerase II maakt een tijdelijke dubbelstrengs
breuk waardoor twee dubbele helices die in elkaar zitten, van elkaar gescheiden kunnen
worden. Dit kost 2 ATP per keer (zie Figuur 5-23).
,Replication and DNA Repair (p.255)
Het principe van base-pairing zorgt ervoor dat er en template aanwezig is die voor DNA-
replicatie en DNA-schadeherstel gebruikt kan worden.
The DNA Replication Fork is Asymmetrical (p.256)
DNA-replicatie vindt plaats op en semi-conservatieve manier. DNA-polymerase kan alleen
van 5’-3’synthetiseren omdat de koppeling van de trifosfaat van het nieuwe nucleotide aan
de 3’ -OH kant van de nieuwe gesynthetiseerde streng en energetisch gunstige reactie is.
Nieuwe nucleotiden worden dus alleen aan de 3'-OH kant ingebouwd, waardoor de lagging-
strand verlengd wordt in Okazaki fragmenten. De streng die continu gesynthetiseerd wordt,
word de leading-strand genoemd. De y-vormige structuur van de replicatievork is dus
asymmetrisch.
The High Fidelity of DNA Replication Requires Several Proofreading
Mechanisms (p.258)
DNA-polymerase heeft twee mechanismen om ervoor te zorgen dat de juiste nucleotide
wordt ingebouwd. Ten eerste is in de polymerisatiereactie de affiniteit voor de juiste
nucleotide groter dan voor de verkeerde nucleotiden en gat de vereiste
conformatieverandering van het enzym ook makkelijker als de juiste nucleotide gebonden is
aan DNA-polymerase. Ten tweede heeft DNA-polymerase 3'-5' exonuclease activiteit
waarmee het verkeerd ingebouwde nucleotiden, dus zonder goed gebasepaarde 3'-OH-
kant, weghaalt.
DNA Replication in the 5'-to-3' Direction Allows Efficient Error Correction
(p.260)
Alleen wanneer DNA gerepliceerd wordt van 5' tot 3', kunnen fouten efficiënt worden
hersteld. Stel, het DNA zou van 3' tot 5' gerepliceerd worden, dan zit de activerende
trifosfaat verbinding aan het uiteinde van de nieuwe DNA streng, i.p.v. in de nieuwe
nucleotide. Wanneer er in deze situatie een foute nucleotide 'weg gehydrolyseerd' wordt,
blijft er een kale 5'-kant over, waaraan geen nieuwe nucleotide gekoppeld kan worden. Het
repliceren van het DNA wordt dan gestopt.
A Special Nucleotide-Polymerizing Enzyme Synthesizes Short RNA
Primer Molecules on the Lagging Strand (p.260)
DNA-primase maakt korte RNA-primers die als startpunt voor DNA-polymerase dienen op
de lagging-strand. DNA-primase is dus een RNA-polymerase. Als het fragment klaar is, word
de RNA-primer vervangen door DNA en plaats DNA-ligase de Okazaki-fragmenten aan
elkaar. De leading strand heeft maar 1 primer nodig, bij de start van transcriptie.
, Special Proteins Help to Open Up the DNA Double Helix in Front of the
Replication Fork (p.261)
DNA helicase open de DNA-helix, zodat de nucleotiden kunnen baseparen met de template
strand. DNA-helicase doet dit door aan een enkele streng te binden en deze af te gaan.
Wanner DNA-helicase en dubbelstrengs gedeelte tegenkomt, worden de twee strengen van
elkaar losgetroken. De enkele strengen worden gestabiliseerd door single-strand DNA-
binding (SSB) proteins, die ervoor zorgen dat er geen hairpins onstaan. De enkele,
gestabiliseerde, streng kan nog wel worden gebruikt als template omdat de basen niet
afgedekt worden door de SSB proteins.
A Sliding Ring Holds a Moving DNA Polymerase Onto the DNA (p.262)
Een 'glijdende' ring (sliding clamp) zorgt ervoor dat de bewegende DNA-polymerase op het
DNA blijft. De clamp loader is nodig om de sliding clamp op de RNA-primer te plaatsen. Dit
kost ATP. Als de sliding clamp gepositioneerd is op de RNA-primer dient deze als
"landingsplaats' voor DNA-polymerase.
The Proteins at a Replication Fork Cooperate to Form a Replication
Machine (p.263)
De eiwitten in de replicatievork vormen samen een replicatiemachine waarin zowel de
leading- als de lagging-strand verlengd worden (Figuur 5-18). De nauwe samenwerking en
nabijheid tussen/van al deze verschillende eiwitten, zorgen ervoor dat transcriptie efficiënt
kan verlopen.
DNA Replication Is Fundamentally Similar in Eukaryotes and Bacteria
(p.265)
De eukaryote replicatievork (Fig. 5-19) verschilt op een aantal punten van de prokaryote
replicatievork (Fig. 5-18). In eukaryoten bevinden zich drie verschillende polymerases in de
replicatievork. Polymerase ε synthetiseert de lange stukken DNA op de leading strand
zonder van DNA af te vallen. Polymerasen α en δ werken samen op de lagging strand.
Polymerase α beat een primase als subunit die het begin van de nieuwe keten start door
een stukje RNA te
synthetiseren. Een andere
subunit van Polymerase α
zet daar vervolgens
ongeveer 20 nucleotide
DNA aan vast, waarna het
Polymerase α loslaat.
Polymerase δ neemt het
vanaf dat punt over om het
okazaki-fragment (van
ongeveer 200 nucleotiden)
af te maken.
Daarnaast zijn veel
eiwitten en eiwitcomplexen
Mutation Rates Are Extremely Low (p.253)
In mensen komt naar schatting 1 mutatie per 10^10 nucleotiden per celdeling voor.
Veel mutaties zin silent, wat betekent dat ze geen verandering veroorzaken in het
functioneren van de cel. Dat kan bijvoorbeeld gebeuren als de mutatie zich in en niet-
functioneel gebied in het genoom bevindt. Ook mutaties in coderende sequenties kunnen
silent zijn, bijvoorbeeld als nieuwe DNA-sequentie voor hetzelfde aminozuur codeert als de
originele DNA-sequentie, of als de nieuwe DNA-sequentie wel voor een ander aminozuur
codeert, maar dit aminozuur de functie van het eiwit niet verandert.
Low Mutation Rates Are Necessary for Life as We Know It (p.254)
Kiembaancellen (germ cells, oftewel voorlopers van de geslachtscellen) dragen genetische
informatie door naar nakomelingen, somatische cellen zijn cellen die het lichaam van een
organisme vormen. Een lage mutatie rate in kiemcellen is essentieel voor behoud van soort
en een lage mutatie rate in somatische cellen is essentieel om de georganiseerde structuur
van het lichaam te behouden (om alle cellulaire processen te behouden). Wanner dit laatste
niet het geval is, kan ongecontroleerde celdeling optreden, wat kan leiden tot kanker.
Welke drie proofreading-stappen van DNA-polymerase zelf worden
beschreven in de gelezen tekst?
1. Een correct ingebouwde nucleotide heeft hogere affiniteit voor het DNA-polymerase
omdat een goede base-paring en energetisch gunstigere reactie is.
2. DNA-Polymerase doet een 'double-check' na het binden van de nucleotide, maar
voordat de nucleotide covalent gebonden is.
3. 3'->5' exonuclease-activiteit
Leg de titel van de laatst gelezen paragraaf uit (Only DNA Replication in
the 5-to-3' Direction Allows Efficient Error Correction)
'Alleen wanneer DNA gerepliceerd wordt van 5'->3', kunnen fouten efficiënt worden hersteld.
Stel dat DNA gerepliceerd zou worden van 3' tot 5, dan zit de activerende trifosfaat
verbinding aan het uiteinde van de nieuwe DNA streng, i.p.v. in de nieuwe nucleotide.
Wanneer er in deze situatie een foute nucleotide 'weg gehydrolyseerd' wordt, blijft er een
kale 5'-kant over, waaraan geen nieuwe nucleotide gekoppeld kan worden. Het repliceren
van het DNA wordt dan gestopt.
Verschil tussen topoisomerase I/II
Topoisomerase I opent een enkele streng van het DNA, waardoor het DNA vrij kan roteren.
Dit kost geen ATP (zie Figuur 5-22). Topoisomerase II maakt een tijdelijke dubbelstrengs
breuk waardoor twee dubbele helices die in elkaar zitten, van elkaar gescheiden kunnen
worden. Dit kost 2 ATP per keer (zie Figuur 5-23).
,Replication and DNA Repair (p.255)
Het principe van base-pairing zorgt ervoor dat er en template aanwezig is die voor DNA-
replicatie en DNA-schadeherstel gebruikt kan worden.
The DNA Replication Fork is Asymmetrical (p.256)
DNA-replicatie vindt plaats op en semi-conservatieve manier. DNA-polymerase kan alleen
van 5’-3’synthetiseren omdat de koppeling van de trifosfaat van het nieuwe nucleotide aan
de 3’ -OH kant van de nieuwe gesynthetiseerde streng en energetisch gunstige reactie is.
Nieuwe nucleotiden worden dus alleen aan de 3'-OH kant ingebouwd, waardoor de lagging-
strand verlengd wordt in Okazaki fragmenten. De streng die continu gesynthetiseerd wordt,
word de leading-strand genoemd. De y-vormige structuur van de replicatievork is dus
asymmetrisch.
The High Fidelity of DNA Replication Requires Several Proofreading
Mechanisms (p.258)
DNA-polymerase heeft twee mechanismen om ervoor te zorgen dat de juiste nucleotide
wordt ingebouwd. Ten eerste is in de polymerisatiereactie de affiniteit voor de juiste
nucleotide groter dan voor de verkeerde nucleotiden en gat de vereiste
conformatieverandering van het enzym ook makkelijker als de juiste nucleotide gebonden is
aan DNA-polymerase. Ten tweede heeft DNA-polymerase 3'-5' exonuclease activiteit
waarmee het verkeerd ingebouwde nucleotiden, dus zonder goed gebasepaarde 3'-OH-
kant, weghaalt.
DNA Replication in the 5'-to-3' Direction Allows Efficient Error Correction
(p.260)
Alleen wanneer DNA gerepliceerd wordt van 5' tot 3', kunnen fouten efficiënt worden
hersteld. Stel, het DNA zou van 3' tot 5' gerepliceerd worden, dan zit de activerende
trifosfaat verbinding aan het uiteinde van de nieuwe DNA streng, i.p.v. in de nieuwe
nucleotide. Wanneer er in deze situatie een foute nucleotide 'weg gehydrolyseerd' wordt,
blijft er een kale 5'-kant over, waaraan geen nieuwe nucleotide gekoppeld kan worden. Het
repliceren van het DNA wordt dan gestopt.
A Special Nucleotide-Polymerizing Enzyme Synthesizes Short RNA
Primer Molecules on the Lagging Strand (p.260)
DNA-primase maakt korte RNA-primers die als startpunt voor DNA-polymerase dienen op
de lagging-strand. DNA-primase is dus een RNA-polymerase. Als het fragment klaar is, word
de RNA-primer vervangen door DNA en plaats DNA-ligase de Okazaki-fragmenten aan
elkaar. De leading strand heeft maar 1 primer nodig, bij de start van transcriptie.
, Special Proteins Help to Open Up the DNA Double Helix in Front of the
Replication Fork (p.261)
DNA helicase open de DNA-helix, zodat de nucleotiden kunnen baseparen met de template
strand. DNA-helicase doet dit door aan een enkele streng te binden en deze af te gaan.
Wanner DNA-helicase en dubbelstrengs gedeelte tegenkomt, worden de twee strengen van
elkaar losgetroken. De enkele strengen worden gestabiliseerd door single-strand DNA-
binding (SSB) proteins, die ervoor zorgen dat er geen hairpins onstaan. De enkele,
gestabiliseerde, streng kan nog wel worden gebruikt als template omdat de basen niet
afgedekt worden door de SSB proteins.
A Sliding Ring Holds a Moving DNA Polymerase Onto the DNA (p.262)
Een 'glijdende' ring (sliding clamp) zorgt ervoor dat de bewegende DNA-polymerase op het
DNA blijft. De clamp loader is nodig om de sliding clamp op de RNA-primer te plaatsen. Dit
kost ATP. Als de sliding clamp gepositioneerd is op de RNA-primer dient deze als
"landingsplaats' voor DNA-polymerase.
The Proteins at a Replication Fork Cooperate to Form a Replication
Machine (p.263)
De eiwitten in de replicatievork vormen samen een replicatiemachine waarin zowel de
leading- als de lagging-strand verlengd worden (Figuur 5-18). De nauwe samenwerking en
nabijheid tussen/van al deze verschillende eiwitten, zorgen ervoor dat transcriptie efficiënt
kan verlopen.
DNA Replication Is Fundamentally Similar in Eukaryotes and Bacteria
(p.265)
De eukaryote replicatievork (Fig. 5-19) verschilt op een aantal punten van de prokaryote
replicatievork (Fig. 5-18). In eukaryoten bevinden zich drie verschillende polymerases in de
replicatievork. Polymerase ε synthetiseert de lange stukken DNA op de leading strand
zonder van DNA af te vallen. Polymerasen α en δ werken samen op de lagging strand.
Polymerase α beat een primase als subunit die het begin van de nieuwe keten start door
een stukje RNA te
synthetiseren. Een andere
subunit van Polymerase α
zet daar vervolgens
ongeveer 20 nucleotide
DNA aan vast, waarna het
Polymerase α loslaat.
Polymerase δ neemt het
vanaf dat punt over om het
okazaki-fragment (van
ongeveer 200 nucleotiden)
af te maken.
Daarnaast zijn veel
eiwitten en eiwitcomplexen
