Thema 4 DNA
Paragraaf 4.1 De bouw en functie van DNA
Bijna elke cel heeft een celkern met daarin DNA. DNA is een nucleïnezuur dat bestaat uit
nucleotiden. Een nucleotide bestaat uit een fosfaatgroep, desoxyribose (suiker) en een stikstofbase
(A, T, C of G). Het DNA bepaalt de functie van een cel en levert de instructies waarmee ribosomen in
de cel verschillende soorten eiwitten kunnen synthetiseren. De bouw van een eiwit bepaalt de
functie van het eiwit. Het genoom staat voor al het DNA in een cel van een organisme. Alle cellen van
een organisme hebben hetzelfde genoom. De omvatting van het genoom bij eukaryoten en
prokaryoten verschilt:
Prokaryoten Eukaryoten
(bacteriën en archaea) (rijken: dieren, planten en schimmels)
o Groot circulair DNA-molecuul, los o Een kern die kernDNA bevat.
in het cytoplasma o Mitochondriën die mtDNA bevat. Dit mtDNA erft
o Het DNA bevat 'huishoudgenen' over via 'de vrouwelijke lijn'; iedereen erft het van
om te kunnen leven en zijn of haar moeder. Bij bevruchting gaat namelijk
voortplanten. alleen de kop van de zaadcel in de eicel, en de
o Sommigen hebben plasmiden in mitochondriën in de zaadcel zitten achter de kop.
het cytoplasma: korte stukjes o Sommigen hebben chloroplasten met daarin korte
circulair DNA met extra stukjes circulair DNA.
eigenschappen, zoals b.v. o Mitochondriën en chloroplasten kunnen zich m.b.v.
resistentie tegen antibiotica. hun eigen circulaire DNA zelfstandig
vermenigvuldigen.
De bouw van DNA
DNA is een nucleïnezuur dat bestaat twee aan
elkaar gekoppelde ketens van nucleotiden. Een
nucleotide bestaat uit een fosfaatgroep,
desoxyribose (suiker) en een stikstofbase (A, T, C
of G). Desoxyribose bestaat uit vijf C-atomen. De
stikstofbase zit aan het eerste C-atoom en de
fosfaatgroep zit aan het vijfde C-atoom
gebonden. Beide uiteinden van een enkelstrengs
DNA-molecuul zijn verschillend. Aan het 5’-
uiteinde bevindt zich een fosfaatgroep, aan het
3’-uiteinde bevindt zich desoxyribose. Hierdoor wordt DNA altijd in de richting van het 3’-uiteinde
naar het 5’-uiteinde afgelezen en gekopieerd. De stikstofbasen kunnen door basenparing twee DNA-
nucleotideketens met elkaar verbinden. Adenine + thymine en cytosine + guanine zijn vaste paren.
Door deze vaste basenparing zijn de twee nucleotideketens complementair. Basenparing komt tot
stand door waterstofbruggen. Dat zijn zwakke bindingen, maar door hun grote aantal houden ze de
twee nucleotideketens aan elkaar. In een dubbelstrengs DNA-molecuul hebben de ketens een
helixstructuur (spiraalvorm). De ketens lopen in tegengestelde richting; de ene keten van 3’ naar 5’
en de andere van 5’ naar 3’.
,Bij eukaryoten is het kernDNA verdeeld over de chromosomen. Elk chromosoom bestaat uit een
enkel, zeer lang dubbelstrengs DNA-molecuul. Afhankelijk van de fase in de celcyclus is een DNA-
molecuul strakker of losser opgerold. De celcyclus verloopt als volgt:
G1-fase: rustfase, de chromosomen zijn niet zichtbaar
S-fase: synthesefase, DNA-replicatie vindt plaats
G2-fase: de chromosomen spiraliseren, de chromosomen zijn zichtbaar
M-fase: mitose vindt plaats, het DNA wordt verdeeld en door insnoering ontstaan er twee
dochtercellen. Fases van mitose:
o Het DNA in de celkern wordt gekopieerd en het DNA gaat het spiraliseren.
o Het kernmembraan verdwijnt.
o De chromatiden van de chromosomen worden uit elkaar getrokken en gaan ieder naar
één kant van de cel.
o De cel snoert in en er worden twee nieuwe kernmembranen gevormd voor de twee
dochtercellen.
o D.m.v. plasmagroei wordt er cytoplasma bij gevormd in de dochtercellen.
DNA is eerst rond een aantal histonen (eiwitten) gewikkeld. Een aantal histonen samen vormt met
het eromheen gewikkelde DNA een nucleosoom. Het DNA tussen twee opeenvolgende nucleosomen
heet koppelings-DNA. Door de afwisseling van koppelings-DNA en nucleosomen krijgt het DNA-
molecuul de vorm van een kralenketting. Voorafgaand aan de M-fase wordt deze ketting opgerold
(spiraliseren) tot een dikke draad.
DNA-sequentie
De volgorde waarin nucleotiden in een DNA-molecuul zijn gerangschikt noemen we de DNA-
sequentie. Een gen is een deel van een DNA-molecuul dat de code (DNA-sequentie) bevat waarmee
ribosomen één of meer eiwitten kunnen synthetiseren voor één of meerdere erfelijke
eigenschappen.
, Niet-coderend DNA
Coderend DNA (slechts 1,5% van al ons DNA) is DNA waar de genen op liggen die de 'code' voor een
eiwit. Niet-coderend DNA codeert niet voor eiwitten. In het niet-coderende DNA (ca. 98,5% van ons
DNA) komen repeats of repetitief DNA voor. Dit zijn herhalingen van DNA-sequenties. Het niet-
coderend DNA werd vroeger 'junk'-DNA genoemd, omdat er vanuit werd gegaan dat dit DNA geen
functie had. Inmiddels weten we dat niet-coderend DNA meerdere functies heeft.
Paragraaf 4.2 DNA-replicatie
Replicatiestartpunt en replicatiebel
DNA-replicatie vindt plaats tijdens de S-fase van de celcyclus. In het kernplasma bevinden zich o.a.
vrije nucleotiden dATP, dTTP, dGTP en dCTP. Ze bestaan elk uit desoxyribose (d), een base (A, T, G, C)
en drie fosfaatgroepen (TP = three phosphorus). De bindingen tussen de fosfaatgroepen bevatten
veel chemische energie, en door deze twee fosfaatgroepen af te splitsen komt energie vrij:
dATP + H2O dAMP + energie (MP = mono phosphorus, er zijn twee fosfaatgroepen afgesplitst).
DNA-replicatie begint bij het replicatiestartpunt. In twee richtingen worden de waterstofbruggen
tussen de basenparen verbroken door het enzym helicase. De helixstructuur verdwijnt en de twee
strengen gaan uit elkaar. Hierdoor ontstaat een replicatiebel. Bij eukaryote organismen bevat een
DNA-molecuul meerdere replicatiestartpunten, bij prokaryote organismen is er maar één van.
Constante en onderbroken replicatie
Op de plaats waar de basenparing is verbroken, binden single-strand DNA-binding proteins (SSBP’s)
aan de strengen. Hiermee wordt voorkomen dat de basen in de replicatiebel opnieuw
waterstofbruggen gaan vormen met de basen van de andere streng. De replicatie begint met een
(RNA-)primer, een kort stukje RNA dat wordt gesynthetiseerd (aan de bestaande nucleotideketen
wordt ‘geplakt’) door het enzym primase. De RNA-primer is complementair aan een deel van de
DNA-sequentie.
DNA-polymerase kan alleen nucleotiden vastplakken aan het 3’-uiteinde van een bestaande streng.
Vanaf een RNA-primer kan DNA-polymerase langs de enkelstrengs ketens schuiven en vrije
nucleotiden aan de vrijgekomen stikstofbasen binden. Hiervoor wordt de energie gebruikt die
vrijkomt bij het afsplitsen van twee fosfaatgroepen van een vrije nucleotide. Zo ontstaan er twee
dubbelstrengs DNA-moleculen die elk uit een oude en een nieuwe keten bestaan.
Doordat DNA-polymerase een DNA-streng van het 3’-uiteinde naar het 5’-uiteinde afleest (de
afleesrichting), wordt de nieuwe streng in omgekeerde richting gesynthetiseerd.
Replicatie in een replicatiebel vindt dus in twee richtingen plaats.
o In de ene richting kan DNA-polymerase ongestoord vanaf het replicatiestartpunt helicase volgen
die de ketens uit elkaar haalt om de leidende streng te synthetiseren.
o In de andere richting kan DNA-polymerase telkens maar korte stukjes DNA synthetiseren
(Okazaki-fragmenten) vanaf een RNA-primer, omdat dit tegen de afleesrichting in gebeurt. Het
enzym DNA-ligase koppelt de Okazaki-fragmenten vervolgens aan elkaar, waardoor de volgende
streng wordt gevormd. Als laatste worden de RNA-primers door nucleotiden vervangen.
Op plaatsen waar een nieuwe complementaire nucleotideketen langs de oude keten is gevormd,
neemt het DNA weer de helixstructuur aan. Het chromosoom bestaat nu dus uit twee chromatiden.
Op de plaats van het centromeer worden de chromatiden door waterstofbruggen bijeen gehouden.
Tijdens mitose gaan de chromatiden uit elkaar en komen elk in een dochtercel. Elk DNA-molecuul
bestaat dan uit een nieuwe en een oude keten.
