Biologie
H17 DNA
17.1 DNA in je cellen
DNA bevat informatie voor het maken van eiwitten. Het is verdeeld over 46 chromosomen in de
celkern en het cirkelvormig DNA in de mitochondriën.
Een DNA-molecuul bestaat uit twee strengen, bestaande uit nucleotiden. Samen vormen ze een
dubbele helix. DNA-nucleotiden bestaan uit een fosfaatgroep, een suikermolecuul (deoxyribose) en
een stikstofbase. Deoxyribose heeft 5 C-atomen die op een vaste manier genummerd zijn. Het eerste
C-atoom (1’) vormt een binding met de stikstofbase en het vijfde (5’) met de fosfaatgroep. Elke
nucleotide in een streng is via zijn fosfaatgroep gekoppeld aan het 3’ C-atoom van het deoxyribose
van het nucleotide ernaast.
Er zijn vier stikstofbasen: adenine, cytosine, guanine en thymine. De stikstofbasen binden via H-
bruggen met die van de tegenoverliggende streng. Hierbij komt A in verbinding met T en C met G.
Door deze vaste combinatie van basenparen zijn beide strengen complementair: de volgorde in de
ene streng (leidende streng) bepaalt die in de andere (volgende streng) en andersom. Het 5’-einde (met
de vrije fosfaatgroep) van de ene streng ligt naast het 3’-einde (met de vrije OH-groep) van de andere.
Speciale eiwitten, histonen, verstevigen en beschermen de DNA-moleculen bij eukaryoten in de kern.
8 histonen vormen samen een bolletje waar een deel van het DNA-molecuul omheen is gerold. Het
histon H1 houdt het als een veiligheidsspeld bij elkaar. Nucleosoom = het geheel van de histonen en
het eromheen gerolde DNA. De histonen van de verschillende nucleosomen koppelen met elkaar
waardoor een dikke chromatinedraad ontstaat. Deze spiraliseert tot chromatine waardoor het DNA-
molecuul heel compact in de celkern ligt. (Om zuiver DNA te krijgen gebruik je protease
(eiwitverterend enzym) om de histonen te verwijderen.))
Een mitochrondrium heeft 5-10 cirkelvormige moleculen mitochondriaal DNA, afgekort mtDNA. Het
mtDNA bevat 37 genen, waarvan 13 coderen voor eiwitten die betrokken zijn bij aerobe dissimilatie;
de rest codeert voor rRNA (bouwstenen voor ribosomen) en tRNA (transporteert aminozuren). Het
mtDNA erft, via de eicel, over van moeder naar zowel zonen als dochters. Daarom gebruiken
onderzoekers mtDNA om de afstamming van de moeder te bepalen.
Genoom = het totale DNA van een persoon (19.000 genen). Een gen is een stuk DNA met informatie
voor de productie van een of meerdere eiwitten. Alle cellen hebben hetzelfde DNA, maar afhankelijk
van hun functie zijn verschillende genen actief. Cellen reageren namelijk op hun omgeving, wat de
variatie in het aanschakelen van genen vergroot.
De DNA-code in de genen ligt vast in de volgorde van de stikstofbasen. Ieder gen heeft zijn eigen
sequentie van afwisselende basen. Genen die coderen voor eiwitten bestaan slechts 1,5-2% van het
totale DNA. Het grootste deel, het niet-coderend DNA, heeft een andere functie, bijv het produceren
van tRNA, of regelt het aan- en uitzetten van de genen in het coderende DNA.
, In het DNA, meestal in het niet-coderende deel, komen herhalingen voor van series nucleotiden,
zogeheten repetitief DNA. De herhalingen komen aaneengeschakeld achter elkaar voor, maar ook
verspreid. Ongeveer 2/3 van het genoom is repetitief DNA. Meestal zijn ze heel lang. Korte repeats
van ongeveer 2 tot 10 nucleotiden, STR’s, spelen bij verwantschapsonderzoek en forensisch
onderzoek een rol. Het verschilt namelijk per persoon. Omdat chromosomen in paren voorkomen,
heeft iedereen van een bepaalde STR 2 exemplaren (soms gelijk, soms verschillend). We spreken bij
STR’s over allelen. Bij verwantschapsonderzoek analist vergelijkt de allelen van STR’s afkomstig
van chromosomen van verschillende personen. Forensisch onderzoek tetranucleotide GATA =
In de meeste landen brengen laboratoria de STR’s van 13 loci (plaatsen in het DNA) in kaart, wat een
DNA-profiel oplevert. Er is een vaste opschrijfwijze. Zo geeft D7S280 8/10 aan dat er in het DNA op
het STR D7S280-locus twee allelen zijn, een met 8 en een met 10 repeats van GATA.
17.2 DNA kopiëren
Tijdens de S-fase verdubbelen de DNA-moleculen via DNA-replicatie. Het proces start op veel
plaatsen tegelijk, wat de totale replicatietijd sterk verkort. Een enzymencomplex verbreekt zo’n
startpunt de H-bruggen tussen beide strengen. Helicasen ritsen naar beide kanten toe het DNA verder
open. Zo ontstaan twee openingen, de replicatievorken. Het RNA-polymerase primase maakt op het
startpunt een primer vast van zo’n twintig ribonucleotiden (RNA). Vanaf de primer vormt het enzym
DNA-polymerase een nieuwe streng. Door de ruimtelijke structuur kan het enzym maar op één
manier aan de DNA-streng hechten. Het enzym leest de nucleotiden van de DNA-streng daardoor
alleen in 3 5 richting en vormt in 5 3 een zogeheten ‘leidende streng’. Het DNA-polymerase
maakt DNA-nucleotiden vast in de juiste combinaties en koppelt ze zijwaarts aan elkaar tot een
continue reeks op beide DNA-strengen.
In de andere richting van het startpunt kan het DNA-polymerase geen continue streng vormen, omdat
dit tegen zijn leesrichting gaat. Daar verloopt de replicatie in kleine stukjes, wat een zogeheten
‘volgende streng’ oplevert. Primase plaatst op korte afstand van het startpunt een RNA-primer, waar
vanaf DNA-polymerase in de 3 5 richting een stukje DNA kan vormen. In vergelijking met de
leidende streng is dit dus achterwaarts kopiëren. Het nieuwe stukje heet een Okazaki-fragment.
Helicase maakt dat de replicatievork opschuift, primase voegt een nieuwe RNA-primer toe en er groet
een volgend Okazaki-fragment. Een ander type DNA-polymerase vervangt alle RNA-nucleotiden uit
de primers door DNA-nucleotiden. Het enzym ligase koppelt de Okazaki-fragmenten aan elkaar tot
een complete streng. Enzymen controleren ten slotte of de replicatie foutenvrij is.
Dit proces van DNA-verdubbeling is semi-conservatief; elk nieuw molecuul bestaat uit een
oorspronkelijke en een nieuwe streng.
De DNA-replicatie is het uitgangspunt voor de PCR-methode. De PCR vindt plaats in een machine
die steeds snel en nauwkeurig van temperatuur wisselt. Een analist brengt in de machine een mengsel
van het te kopiëren DNA-fragment, twee verschillende DNA-primers, een speciaal type DNA-
polymerase en de benodigde nucleotiden. De DNA-primers van ong 20 deoxyribosenucleotiden, zijn
zo ontworpen dat ze complementair zijn aan beide 3’-uiteinden van het doel-DNA: het deel van het
DNA wat een onderzoeker wil vermeerderen.
Bij 95 graden verbreken de H-bruggen en opent het dubbelstrengs DNA-molecuul. De machine
verlaagt dan de temperatuur naar 52 graden en beide primers binden aan 1 van beide DNA-strengen.
Dan stijgt de temperatuur weer naar 72 graden en een hittebestendig DNA-polymerase verlengt de
nieuwe ketens van 5 3 met complementaire DNA-nucleotiden. Na zo’n 30-40 herhalingen bestaat
het mengsel uit DNA-kopieën, genoeg materiaal voor verder onderzoek via gelelektroforese. Dit
scheidt DNA-fragmenten op basis van hun grootte: De negatief geladen DNA-moleculen bewegen
naar de positieve pool en kleine DNA-moleculen ondervinden minder weerstand. Zo ontstaat een rij
van groot naar klein. Capillairelektroforese (variant) heeft hetzelfde principe. Een referentiemonster
met stukjes DNA van een bekende lengte is hierbij nodig om de grootte van de fragmenten te bepalen.
