Daantje Lange
H2: De structuur van het genoom
1.1 Inleiding – historiek
In de celkern zit een zwakzure substantie: nucleïnezuur. Dit bestaat uit ribonucleïnezuur RNA en
deoxyribonucleïnezuur DNA.
Chromosomen bestaan uit ongeveer gelijke hoeveelheden eiwit en DNA (deoxyribonucleic acid), plus
een kleine hoeveelheid RNA (ribonucleic acid) die te verwaarlozen is.
DNA is opgebouwd uit een relatief beperkt aantal bouwstenen (4) en eiwitten kunnen een complexe
samenstelling en structuur hebben (opgebouwd uit 20 aminozuren).
RNA werd uitgesloten als drager van erfelijke informatie omdat het slechts in geringe hoeveelheid
voorkomt in de chromosomen en de relatief eenvoudige samenstelling van het DNA leek aan te
wijzen dat dit enkel een structureel element van het chromosoom was. Men dacht dat DNA het skelet
vormt waarop de erfelijke dragers, de eiwitten, zich in lineaire volgorde organiseren en aldus de
genen vormen.
Bij experimenten met Streptococcus pneumoniae ontdekte Fred Griffith het principe van de
bacteriële transformatie. Hij isoleerde 2 stammen: de S-stam die virulent was en de R-stam die niet
virulent was. Het verschil tussen R en S is dat S een polysaccharidecapsule had die de bacterie
beschermde tegen het immuunsysteem van de gastheer. Er werd vastgesteld dat de S-vorm soms
spontaan werd omgzet in de R-vorm wat aanwees dat de polysaccharidecapsule werd gecodeerd
door 1 gen.
Bij het inspuiten van levende R bleven de muizen leven. Dit was ook het geval bij hitte gedode S. Als
muizen levende S ingespoten kregen gingen ze dood. Dit was ook het geval bij levende R + hitte
gedode S samen.
Hij had 3 verklaringen hiervoor:
1. Niet alle S-bacteriën waren gedood > kon uitgesloten worden omdat in het controle
experiment met de hitte gedode S geen pneumonie werd ontwikkeld.
2. Enkele R-bacteriën gemuteerd tot S-bacteriën > kon uitgesloten worden omdat je dit bij enkel
R dan ook zou verwachten en er zouden dan zoveel verschillende mutaties tegelijk gedaan
moeten worden dat dit zo goed als onmogelijk was.
3. Aantal R-bacteriën omgezet tot S-bacteriën > kan, wordt bacteriële transformatie genoemd.
Een onderdeel van de dode S-bacteriën had de R-bacteriën getransformeerd door het aanbrengen
van een permanente genetische verandering. De substantie die de transformatie had veroorzaakt
moest het genetische materiaal zijn.
Proteasen, die eiwitten gaan afbreken, hadden geen effect op het transformerend vermogen.
Ribonuclease (RNase), dat RNA afbreekt, had ook geen effect op het transformerend vermogen.
Deoxyribonuclease (DNase) vernietigde het transformerend vermogen.
Dit impliceerde niet alleen dat DNA het transformerende bestanddeel was, maar ook dat DNA het
erfelijke materiaal was en niet de eiwitten. R-bacteriën namen DNA op van de dode S-bacteriën
waardoor ze het gen voor de aanmaak van het polysaccharidecapsule verkregen.
Pagina 1 van 27
, Daantje Lange
Later waren er nog experimenten met een bacteriofaag waarin opnieuw werd bevestigd dat DNA het
genetische materiaal was en niet de eiwitten. Ze gingen deze bacteriofagen vermeerderen en keken
naar de chemische structuur van DNA en eiwitten. DNA bevat behoorlijk wat fosfor (P) maar geen
zwavel (S), terwijl dit net omgekeerd is bij eiwitten. DNA en eiwitten werden radioactief gemaakt
door toediening van isotopen. Daarna werden nakomelingen gemaakt en gekeken naar de
radioactiviteit. Hieruit bleek dat er weinig tot niks van de zwavel in de nakomelingen terecht was
gekomen, maar wel veel van het fosfor. Met andere woorden: het DNA werd doorgegeven aan de
nakomelingen maar niet de eiwitten.
1.2 Het genoom
Het genoom is de volledige DNA chromosoominhoud van een (somaticsche) cel. Ook wel: de
volledige DNA sequentie van een haploïde chromosoomset.
Het cytoplasmatisch gesitueerde mitochondriale chromosoom wordt hier dus niet bij gerekend en de
inhoud ervan wordt aangeduid als het mitochondriale genoom.
1.2.1 DNA n chromosomen
1.2.1.1 De primaire structuur van DNA
DNA is opgebouwd uit een lineaire opeenvolging van
(deoxy)nucleotiden bestaande uit een heterocyclische base, 2’
deoxyribose als suikergroep en fosforzuur.
De combinatie pentosesuiker + base wordt een nucleoside
genoemd.
De deoxy zegt dat de 2’ C geen OH-groep bevat, terwijl dat wel
het geval is in RNA.
De fosfaatgroep is negatief geladen wat DNA zijn lichtzure karakter geeft.
DNA bevat 4 stikstofhoudende basen: adenine (A), cytosine (C), thymine (T) en guanine (G). Dit zijn
heterocyclische basen. C en T zijn pyrimidines, A en G zijn purines.
Pagina 2 van 27
, Daantje Lange
Deze basen vormen in combinatie met ribose 4 nucleosiden:
De 4 (deoxy)nucleosiden vormen na verbinding met
fosfaat de 4 (deoxy)nucleotiden: deoxyadenylaat,
deoxycytidylaat, deoxyguanylaat en deoxythymidylaat.
Hiernaast is dAMP als voorbeeld gegeven:
De afzonderlijke nucleotiden worden in lineaire orde aan elkaar gehecht door middel van een
fosfodiësterverbinding tussen de 3’ OH-groep van de voorste nucleotide en de 5’-fosfaatgroep van de
navolgende nucleotide.
Het uiteinde van het polymeer met de vrije 5’ fosfaat wordt conventioneel aangeduid als het begin
van de keten en het uiteinde met de vrije 3’ OH als het einde. Deze bevinden zich, tenzij anders
aangegeven, respectievelijk aan het linker- en rechteruiteinde.
Pagina 3 van 27
H2: De structuur van het genoom
1.1 Inleiding – historiek
In de celkern zit een zwakzure substantie: nucleïnezuur. Dit bestaat uit ribonucleïnezuur RNA en
deoxyribonucleïnezuur DNA.
Chromosomen bestaan uit ongeveer gelijke hoeveelheden eiwit en DNA (deoxyribonucleic acid), plus
een kleine hoeveelheid RNA (ribonucleic acid) die te verwaarlozen is.
DNA is opgebouwd uit een relatief beperkt aantal bouwstenen (4) en eiwitten kunnen een complexe
samenstelling en structuur hebben (opgebouwd uit 20 aminozuren).
RNA werd uitgesloten als drager van erfelijke informatie omdat het slechts in geringe hoeveelheid
voorkomt in de chromosomen en de relatief eenvoudige samenstelling van het DNA leek aan te
wijzen dat dit enkel een structureel element van het chromosoom was. Men dacht dat DNA het skelet
vormt waarop de erfelijke dragers, de eiwitten, zich in lineaire volgorde organiseren en aldus de
genen vormen.
Bij experimenten met Streptococcus pneumoniae ontdekte Fred Griffith het principe van de
bacteriële transformatie. Hij isoleerde 2 stammen: de S-stam die virulent was en de R-stam die niet
virulent was. Het verschil tussen R en S is dat S een polysaccharidecapsule had die de bacterie
beschermde tegen het immuunsysteem van de gastheer. Er werd vastgesteld dat de S-vorm soms
spontaan werd omgzet in de R-vorm wat aanwees dat de polysaccharidecapsule werd gecodeerd
door 1 gen.
Bij het inspuiten van levende R bleven de muizen leven. Dit was ook het geval bij hitte gedode S. Als
muizen levende S ingespoten kregen gingen ze dood. Dit was ook het geval bij levende R + hitte
gedode S samen.
Hij had 3 verklaringen hiervoor:
1. Niet alle S-bacteriën waren gedood > kon uitgesloten worden omdat in het controle
experiment met de hitte gedode S geen pneumonie werd ontwikkeld.
2. Enkele R-bacteriën gemuteerd tot S-bacteriën > kon uitgesloten worden omdat je dit bij enkel
R dan ook zou verwachten en er zouden dan zoveel verschillende mutaties tegelijk gedaan
moeten worden dat dit zo goed als onmogelijk was.
3. Aantal R-bacteriën omgezet tot S-bacteriën > kan, wordt bacteriële transformatie genoemd.
Een onderdeel van de dode S-bacteriën had de R-bacteriën getransformeerd door het aanbrengen
van een permanente genetische verandering. De substantie die de transformatie had veroorzaakt
moest het genetische materiaal zijn.
Proteasen, die eiwitten gaan afbreken, hadden geen effect op het transformerend vermogen.
Ribonuclease (RNase), dat RNA afbreekt, had ook geen effect op het transformerend vermogen.
Deoxyribonuclease (DNase) vernietigde het transformerend vermogen.
Dit impliceerde niet alleen dat DNA het transformerende bestanddeel was, maar ook dat DNA het
erfelijke materiaal was en niet de eiwitten. R-bacteriën namen DNA op van de dode S-bacteriën
waardoor ze het gen voor de aanmaak van het polysaccharidecapsule verkregen.
Pagina 1 van 27
, Daantje Lange
Later waren er nog experimenten met een bacteriofaag waarin opnieuw werd bevestigd dat DNA het
genetische materiaal was en niet de eiwitten. Ze gingen deze bacteriofagen vermeerderen en keken
naar de chemische structuur van DNA en eiwitten. DNA bevat behoorlijk wat fosfor (P) maar geen
zwavel (S), terwijl dit net omgekeerd is bij eiwitten. DNA en eiwitten werden radioactief gemaakt
door toediening van isotopen. Daarna werden nakomelingen gemaakt en gekeken naar de
radioactiviteit. Hieruit bleek dat er weinig tot niks van de zwavel in de nakomelingen terecht was
gekomen, maar wel veel van het fosfor. Met andere woorden: het DNA werd doorgegeven aan de
nakomelingen maar niet de eiwitten.
1.2 Het genoom
Het genoom is de volledige DNA chromosoominhoud van een (somaticsche) cel. Ook wel: de
volledige DNA sequentie van een haploïde chromosoomset.
Het cytoplasmatisch gesitueerde mitochondriale chromosoom wordt hier dus niet bij gerekend en de
inhoud ervan wordt aangeduid als het mitochondriale genoom.
1.2.1 DNA n chromosomen
1.2.1.1 De primaire structuur van DNA
DNA is opgebouwd uit een lineaire opeenvolging van
(deoxy)nucleotiden bestaande uit een heterocyclische base, 2’
deoxyribose als suikergroep en fosforzuur.
De combinatie pentosesuiker + base wordt een nucleoside
genoemd.
De deoxy zegt dat de 2’ C geen OH-groep bevat, terwijl dat wel
het geval is in RNA.
De fosfaatgroep is negatief geladen wat DNA zijn lichtzure karakter geeft.
DNA bevat 4 stikstofhoudende basen: adenine (A), cytosine (C), thymine (T) en guanine (G). Dit zijn
heterocyclische basen. C en T zijn pyrimidines, A en G zijn purines.
Pagina 2 van 27
, Daantje Lange
Deze basen vormen in combinatie met ribose 4 nucleosiden:
De 4 (deoxy)nucleosiden vormen na verbinding met
fosfaat de 4 (deoxy)nucleotiden: deoxyadenylaat,
deoxycytidylaat, deoxyguanylaat en deoxythymidylaat.
Hiernaast is dAMP als voorbeeld gegeven:
De afzonderlijke nucleotiden worden in lineaire orde aan elkaar gehecht door middel van een
fosfodiësterverbinding tussen de 3’ OH-groep van de voorste nucleotide en de 5’-fosfaatgroep van de
navolgende nucleotide.
Het uiteinde van het polymeer met de vrije 5’ fosfaat wordt conventioneel aangeduid als het begin
van de keten en het uiteinde met de vrije 3’ OH als het einde. Deze bevinden zich, tenzij anders
aangegeven, respectievelijk aan het linker- en rechteruiteinde.
Pagina 3 van 27
