Samenvatting HSDR02 – Biotechnologie – 2022/2023
Leerdoelen cursus biotechnologie
- Wat is een gen? Begrijpen en kunnen uitleggen hoe een gen is opgebouwd
- Hoe transcriptie en translatie werkt
- Hoe genexpressie gereguleerd wordt
- Hoe biotechnologische technieken werken
- Verschillende toepassingen binnen de biotechnologie kunnen noemen en toelichten
Les 1 – Moleculaire basis van erfelijkheid
Biotechnologie = houdt zich bezig met de technieken om biologie te gebruiken voor praktische
doeleinden, van kaas maken tot hightech laboratoriumwerk.
- De naam komt van Griekse woorden ‘bios’ (leven) en ‘technikos’ (gebruik) en betekent dus letterlijk
‘het gebruik van het leven’
- Biotechnologie maakt gebruik van dieren, planten, bacteriën en
andere levende wezens voor de ontwikkeling van medicijnen,
voedsel of nieuwe stoffen
- Moderne biotechnologie draait vaak om DNA
DNA
- 1953 komen James Watson & Francis Crick met het dubbele
helixmodel van DNA
- DNA molecuul bestaat uit een polymeer van nucleotiden
- Deze nucleotiden bestaan uit
- Een stikstofbase
- Een suiker
- Een fosfaatgroep
Chargaff’s rules
- Dubbelstrengs DNA heeft ongeveer gelijke aantallen baseparen A
en T, en C en G. Hetzelfde geldt voor enkelstrengs DNA, dus:
- Hoeveelheid A en T nucleotiden zijn ongeveer gelijk aan elkaar
- Hoeveelheid G en C nucleotiden zijn ongeveer gelijk aan elkaar
- Regel geldt niet voor enkelstrengs viraal DNA en mitochondriaal DNA
Structurele model van DNA
- Na acceptatie van DNA als genetisch materiaal → bepalen wat structuur is
- Maurice Wilkins en Roaslind Franklin → namen foto d.m.v. röntgendiffractie
om molecuulstructuur te bestuderen
- Franklin → 2 ‘backbones’ aan buitenkant (suiker + fosfaatgroep) en
stikstofbasen in paren aan de binnenkant
- Watson en Crick
- Bouwden modellen van dubbele helix o.b.v. foto’s van Franklin
- Dubbele helix bestaat uit anti-parallelle backbones → tegenovergestelde subunits
- Stikstofbases ‘matchen’ met elkaar:
- Adenine (A) met Thymine (T) en
- Guanine (G) met Cytosine (C)
Douwe Stoffers – HSDR02 – 2022/2023
,DNA replicatie
- De 2 strengen zijn complementair → elke streng = sjabloon voor nieuwe streng tijdens replicatie
- Bij DNA replicatie:
- Oudermolecuul ontwindt
- 2 nieuwe dochterstrengen worden gebouwd
- Een gedupliceerde dubbele helix bevat een oude en een nieuwe streng
DNA replicatie
- Vindt plaats bij iedere celdeling, zowel tijdens mitose als meiose
- Zeer snel een accuraat (ca. 1 fout per 10 miljard gemaakte baseparen)
- Zijn veel verschillende enzymen en eiwitten betrokken bij de replicatie
DNA replicatie – betrokken enzymen
- Helicase ontwindt de dubbele helix en ‘ritst’ hem open tot 2 strengen, hierdoor ontstaat er een
zogenoemde replicatievork (y-vormige regio). Dit ritsen begint bij de origin of replication
- Topoisomerase stabiliseert de DNA streng voordat deze wordt opengeritst, zodat er niks breekt
- Primase bouwt korte RNA-(begin)keten = primer (5-10 baseparen lang)
- Aan het 3’ uiteinde van de primer worden vervolgens nucleotiden gevoegd door DNA polymerase
- DNA polymerases katalyseren de verlenging van nieuw DNA bij replicatievork
Douwe Stoffers – HSDR02 – 2022/2023
,Leading strand
- DNA polymerase 3 gebruikt de template strand om de leading strand te synthetiseren
- DNA polymerase 3 voeg nieuwe nucleotiden toe aan vrije 3’-eind van de groeiende streng
- DNA polymerase beweegt in de richting van de replicatievork, dus van: 5’ → 3’ richting (primer pov)
- Uitlegvideo (3min): https://youtu.be/TNKWgcFPHqw
Lagging strand
- Om de andere/lagging strand, te verlengen moet DNA polymerase 3 van de replicatievork afwerken
- De lagging strand wordt daarvoor gesynthetiseerd in segmenten, Okazaki fragments
- Deze Okazaki fragmenten worden aan elkaar gekoppeld door ligase
Douwe Stoffers – HSDR02 – 2022/2023
, Synthese lagging strand
1. Primase maakt een RNA primer
2. DNA polymerase 3 verlengt DNA aan 3’ zijde
3. Okazaki fragment wordt gevormd
4. Dit proces herhaalt zich tot de hele lagging strand af is
5. DNA polymerase 1 vervangt (primer) RNA door DNA
6. DNA Ligase ‘plakt/lijmt’ beide DNA fragmenten aan elkaar
Fouten in DNA
- DNA polymerases controleren nieuw DNA tijdens replicatieproces → zorgen
voor vervanging incorrecte nucleotiden (proofreading)
- DNA kan zijn beschadigd door blootstelling aan:
- Schadelijke chemicaliën
- Schadelijke stoffen (sigarettenrook)
- Röntgen- of Uv-straling
Reparaties
- Nuclease knipt stuk DNA met fout eruit
- Daarna wordt het ‘gat’ ingevuld door DNA polymerase en ligase
Mutaties in DNA
- Wanneer een fout niet wordt gerepareerd en voort blijft bestaan in een
delende cel, dan is deze verandering in het DNA permanent en wordt het
overgedragen aan dochtercellen
- Mutaties in het DNA hebben evolutionaire relevantie
- Fout ratio na proeflezen is laag maar ≠ 0
- Permanente veranderingen in DNA (=mutaties) → bron voor genetische
variatie → basis voor natuurlijke selectie en uiteindelijk soortvorming
Douwe Stoffers – HSDR02 – 2022/2023
Leerdoelen cursus biotechnologie
- Wat is een gen? Begrijpen en kunnen uitleggen hoe een gen is opgebouwd
- Hoe transcriptie en translatie werkt
- Hoe genexpressie gereguleerd wordt
- Hoe biotechnologische technieken werken
- Verschillende toepassingen binnen de biotechnologie kunnen noemen en toelichten
Les 1 – Moleculaire basis van erfelijkheid
Biotechnologie = houdt zich bezig met de technieken om biologie te gebruiken voor praktische
doeleinden, van kaas maken tot hightech laboratoriumwerk.
- De naam komt van Griekse woorden ‘bios’ (leven) en ‘technikos’ (gebruik) en betekent dus letterlijk
‘het gebruik van het leven’
- Biotechnologie maakt gebruik van dieren, planten, bacteriën en
andere levende wezens voor de ontwikkeling van medicijnen,
voedsel of nieuwe stoffen
- Moderne biotechnologie draait vaak om DNA
DNA
- 1953 komen James Watson & Francis Crick met het dubbele
helixmodel van DNA
- DNA molecuul bestaat uit een polymeer van nucleotiden
- Deze nucleotiden bestaan uit
- Een stikstofbase
- Een suiker
- Een fosfaatgroep
Chargaff’s rules
- Dubbelstrengs DNA heeft ongeveer gelijke aantallen baseparen A
en T, en C en G. Hetzelfde geldt voor enkelstrengs DNA, dus:
- Hoeveelheid A en T nucleotiden zijn ongeveer gelijk aan elkaar
- Hoeveelheid G en C nucleotiden zijn ongeveer gelijk aan elkaar
- Regel geldt niet voor enkelstrengs viraal DNA en mitochondriaal DNA
Structurele model van DNA
- Na acceptatie van DNA als genetisch materiaal → bepalen wat structuur is
- Maurice Wilkins en Roaslind Franklin → namen foto d.m.v. röntgendiffractie
om molecuulstructuur te bestuderen
- Franklin → 2 ‘backbones’ aan buitenkant (suiker + fosfaatgroep) en
stikstofbasen in paren aan de binnenkant
- Watson en Crick
- Bouwden modellen van dubbele helix o.b.v. foto’s van Franklin
- Dubbele helix bestaat uit anti-parallelle backbones → tegenovergestelde subunits
- Stikstofbases ‘matchen’ met elkaar:
- Adenine (A) met Thymine (T) en
- Guanine (G) met Cytosine (C)
Douwe Stoffers – HSDR02 – 2022/2023
,DNA replicatie
- De 2 strengen zijn complementair → elke streng = sjabloon voor nieuwe streng tijdens replicatie
- Bij DNA replicatie:
- Oudermolecuul ontwindt
- 2 nieuwe dochterstrengen worden gebouwd
- Een gedupliceerde dubbele helix bevat een oude en een nieuwe streng
DNA replicatie
- Vindt plaats bij iedere celdeling, zowel tijdens mitose als meiose
- Zeer snel een accuraat (ca. 1 fout per 10 miljard gemaakte baseparen)
- Zijn veel verschillende enzymen en eiwitten betrokken bij de replicatie
DNA replicatie – betrokken enzymen
- Helicase ontwindt de dubbele helix en ‘ritst’ hem open tot 2 strengen, hierdoor ontstaat er een
zogenoemde replicatievork (y-vormige regio). Dit ritsen begint bij de origin of replication
- Topoisomerase stabiliseert de DNA streng voordat deze wordt opengeritst, zodat er niks breekt
- Primase bouwt korte RNA-(begin)keten = primer (5-10 baseparen lang)
- Aan het 3’ uiteinde van de primer worden vervolgens nucleotiden gevoegd door DNA polymerase
- DNA polymerases katalyseren de verlenging van nieuw DNA bij replicatievork
Douwe Stoffers – HSDR02 – 2022/2023
,Leading strand
- DNA polymerase 3 gebruikt de template strand om de leading strand te synthetiseren
- DNA polymerase 3 voeg nieuwe nucleotiden toe aan vrije 3’-eind van de groeiende streng
- DNA polymerase beweegt in de richting van de replicatievork, dus van: 5’ → 3’ richting (primer pov)
- Uitlegvideo (3min): https://youtu.be/TNKWgcFPHqw
Lagging strand
- Om de andere/lagging strand, te verlengen moet DNA polymerase 3 van de replicatievork afwerken
- De lagging strand wordt daarvoor gesynthetiseerd in segmenten, Okazaki fragments
- Deze Okazaki fragmenten worden aan elkaar gekoppeld door ligase
Douwe Stoffers – HSDR02 – 2022/2023
, Synthese lagging strand
1. Primase maakt een RNA primer
2. DNA polymerase 3 verlengt DNA aan 3’ zijde
3. Okazaki fragment wordt gevormd
4. Dit proces herhaalt zich tot de hele lagging strand af is
5. DNA polymerase 1 vervangt (primer) RNA door DNA
6. DNA Ligase ‘plakt/lijmt’ beide DNA fragmenten aan elkaar
Fouten in DNA
- DNA polymerases controleren nieuw DNA tijdens replicatieproces → zorgen
voor vervanging incorrecte nucleotiden (proofreading)
- DNA kan zijn beschadigd door blootstelling aan:
- Schadelijke chemicaliën
- Schadelijke stoffen (sigarettenrook)
- Röntgen- of Uv-straling
Reparaties
- Nuclease knipt stuk DNA met fout eruit
- Daarna wordt het ‘gat’ ingevuld door DNA polymerase en ligase
Mutaties in DNA
- Wanneer een fout niet wordt gerepareerd en voort blijft bestaan in een
delende cel, dan is deze verandering in het DNA permanent en wordt het
overgedragen aan dochtercellen
- Mutaties in het DNA hebben evolutionaire relevantie
- Fout ratio na proeflezen is laag maar ≠ 0
- Permanente veranderingen in DNA (=mutaties) → bron voor genetische
variatie → basis voor natuurlijke selectie en uiteindelijk soortvorming
Douwe Stoffers – HSDR02 – 2022/2023
