5’-einde
fosfodiesterbinding
HC1
Zelfstudie (1)
Een DNA molecuul bestaat uit twee polynucleotideketens, die elk weer bestaan uit vier typen
nucleotide subunits. De twee strands (=strain; =streng) worden door waterstofbruggen
samengehouden.
Een nucleotide bestaat weer uit een stikstofbase (adenine (A), cytosine (C), guanine (G), of thymine
(T)), een 5-C suikergroep (deoxyribose), en een fosfaatgroep. 3’-einde
De nucleotide subunits worden onderling verbonden via een fosfodiesterbinding die het 5’-einde van
de suikergroep met het 3’ einde van de fosfaatgroep verbindt.
Door deze specifieke binding is een DNA-strand chemisch polair, en heeft dus een ‘richting’.
Door de H-bruggen liggen alle stikstofbasen aan de binnenkant van de
dubbele helix, en ligt de suiker-fosfaat backbone aan de buitenkant. Door
de specifieke zijgroepen van de stikstofbasen binden ze enkel met
specifieke zijgroepen van een andere stikstofbase (A met T; en C met G)
omdat dat energetisch het meest gunstig is. Twee complementaire
stikstofbasen noemt men een basepaar.
Een purine (2-ring base), is gepaard met een pyrimidine (1-ring base),
hierdoor is de DNA helix ook overal even dik.
Om de baseparen te laten ‘passen’ in elkaar, moeten de DNA-strands
antiparallel lopen, d.w.z. dat het 5’-einde van de ene strand naast het 3’-
einde van de andere strand ligt.
De helix bevat 10 baseparen per rotatie, deze rotatie is energetisch gunstiger.
De complementariteit van de twee DNA strands is cruciaal voor zowel het kopiëren van DNA als het
behouden van de DNA structuur.
De nucleotidevolgorde fungeert als ‘alfabet’ waarmee een biologische blauwdruk wordt gemaakt die
zorgt voor de juiste aminozuren in het te-coderen eiwit. Door de verschillende volgorden zijn alle
eiwitten in het lichaam op deze manier in het DNA gecodeerd.
De grote hoeveelheid genetisch materiaal wordt verpakt in chromosomen. Chromosomen kunnen
gemakkelijk verdeeld worden over dochtercellen, en maken het DNA compacter.
Een chromosoom bestaat uit een enkele lange DNA streng die is
geassocieerd met eiwitten die zorgen voor de juiste vouwing en
verpakking van het DNA. Chromatine is de benaming voor dit
DNA/eiwit-complex.
De eiwitten die met het DNA associëren worden onderverdeeld
in twee categorieën: histonen en nonhistone chromosomale
eiwitten. Histonen zijn verantwoordelijk voor het eerste niveau
van chromatine-verpakking: het vormen van een nucleosoom.
Door deze nucleosomen wordt het DNA een chromatinedraad,
die nog maar 1/3e van de originele lengte is. Er ontstaat een
‘kralen aan een draad’-structuur, waarin het DNA de draad is, en
elke kraal is een nucleosoom kerndeel, die weer bestaat uit DNA
dat om een kern van histonen gewikkeld is.
,Vragen
Goed of fout? In een DNA dubbele helix:
a. Zijn twee DNA strengen identiek; Fout, de DNA strengen zijn complementair.
b. Paren purines met purines; Fout, purines paren met pyrimidines.
c. Paren purines met pyrimidines; Goed.
d. Lopen de twee DNA strengen anti-parallel; Goed.
e. Paart thymine met cytosine. Fout, thymine paart met adenine, en cytosine paart met
guanine.
Goed of fout? Het DNA van twee verschillende diersoorten kan vaak onderscheiden wordend door een
verschil in:
f. De verhouding van (A+T) en (G+C); Goed.
g. De verhouding van (A+G) en (C+T); Fout, dit komt sowieso niet voor in ongemuteerd
DNA.
h. De verhouding van suiker- tot fosfaagroepen; Fout, de verhouding tussen deze
groepen is altijd gelijk.
i. De aanwezigheid van andere basen dan A,C,G, en T. Fout, alle plant- en diersoorten
gebruiken dezelfde 4 stikstofbasen in hun DNA.
Waarom “smelten” DNA regio’s met veel AT, sneller dan andere regio’s?
Adenine en thymine zijn onderling verbonden door twee waterstofbruggen, in tegenstelling
tot de 3 waterstofbruggen tussen cytosine en guanine. Hierdoor wordt de onderlinge
verbinding tussen de baseparen makkelijker verbroken.
Het haploïde genoom van de mens is 3×109 baseparen en een basepaar heeft een dikte van 0,34 nm.
Hoe lang zou het genoom zijn als je die 3×109 baseparen achter elkaar zou kunnen leggen?
3 × 109 × 0,34 × 10-9 × 102 = 102 cm.
Als een gedeelte van een streng van een DNA dubbele helix de sequentie ACGTAACC heeft, wat is dan
de sequentie van het complementaire gedeelde van de andere streng?
GGTTACGT
Waarom is TGCATTGG niet goed?
Bij deze ‘vertaling’ wordt geen rekening gehouden met het feit dat DNA een richting heeft en
dat de strengen in een anti-parallele configuratie liggen.
,Hoorcollege
De eenheid van DNA is de nucleotide. De nucleotide bestaat uit een suiker,
een base, en een fosfaatgroep.
Adenine en guanine zijn purines, d.w.z. dat deze basen twee
ringstructuren hebben en daardoor groter zijn dan de pyrimidines
thymine en cytosine, die maar één ringstructuur hebben.
De structuur van de nucleotiden moet je kennen.
De DNA strengen lopen antiparallel, dit is de enige configuratie
waarin de basen goed op elkaar passen.
Een DNA helix is 2 nm dik, ongeveer 1 meter lang, en bestaat uit
ongeveer 3 miljard unieke basenparen.
Nucleotides zitten onderling aan elkaar vast d.m.v. een fosfodiesterbinding.
Als de 5’- en 3’-kant niet zijn aangegeven in een tekstregel is links per conventie de 5’-kant.
De informatie in DNA is dubbel opgeslagen. Dit maakt het herstellen van fouten mogelijk & het
kopiëren gemakkelijker. Ook is de dubbele helix structuur stabiel en kan deze veel nucleotiden
bevatten.
Vaak wordt bij DNA maar één reeks DNA weergegeven. Meestal wordt de coderende streng
weergegeven.
DNA bevat informatie over de samenstelling van componenten van een cel, en de volgorde van
maken en hoeveelheid van de celcomponenten.
De informatie gaat enkel over eiwitten, RNA, en DNA → dus niet voor lipiden en suikers.
Een gen bevat de informatie voor de samenstelling en regulering van een eiwit of RNA. Een gen
bestaat uit een coderend gedeelte (→samenstelling van eiwit) en een regulerend gedeelte (→
hoeveelheid van een eiwit).
, HC2
Zelfstudie (2)
Doordat de DNA sequenties van twee DNA strengen in een helix complementair zijn, fungeert
een streng als template (=mal) voor de andere streng. Door deze eigenschap is een cel in staat
het genetische materiaal te kopiëren.
DNA replicatie is semi-conservatief doordat één van de strengen behouden blijft in het
gerepliceerde DNA, en er wordt één nieuwe aangeplakt.
De DNA synthese begint d.m.v. initiator eiwitten die aan de replication origins
binden. Hier breken de initiator eiwitten de waterstofbruggen. De replication
origins zijn vaak rijk aan AT-basecombinaties doordat deze minder energie
kosten om te breken. Opengebroken DNA bevat Y-vormige junctions, de
replication forks. In elke vork ligt een replicatie-eenheid die de strengen
openritst en elke streng gebruikt als templatestreng. De vorken bewegen dus
van de replicatievorken af: DNA replicatie is daardoor bidirectioneel.
In de kern van de replicatie-eenheid ligt het enzym DNA polymerase. Dit enzym katalyseert de
toevoeging van nucleotiden aan het 3’-einde van een groeiende DNA streng, waarbij het een van de
originele strengen als templatestreng gebruikt.
De polymerisatiereactie bevat het vormen van een fosfodiesterbinding tussen het 3’-einde van de
groeiende DNA streng, en de 5’-fosfaatgroep
van de nieuwe nucleotide, die de reactie
intreedt als deoxyribonucleoside trifosfaat. De
energie voor de polymerisatiereactie wordt
gehaald uit de hydrolyse van de
fosfaatbindingen in de deoxyribonucleoside
trifosfaat zelf.
Doordat het DNA polariteit vertoont, en de replicatievork één richting op beweegt, wordt er één
streng van 3’→5’ gerepliceerd, en de andere streng 5’→3’. Alle DNA polymerases voegen echter
enkel subunits toe aan het 3’-einde van een DNA streng (het nieuwe DNA wordt dus 5’→3’ gesyn-
thetiseerd). De DNA streng die in de 3’→5’ richting lijkt te groeien,
groeit werkelijk in fragmenten, waarbij de individuele fragmenten in
5’→3’ richting worden gesynthetiseerd. Deze zogeheten Okazaki
fragmenten heten worden later aan elkaar gekoppeld om een continue
streng te vormen. De DNA streng die in delen is gevormd heet de
lagging strand; De andere streng is de leading strand. Bewegingsrichting vork
DNA polymerase bevat twee kwaliteiten die ervoor zorgen dat kopieerfouten uiterst zeldzaam zijn.
1. Enkel als de baseparen matchen ondergaat DNA polymerase een kleine structurele
verandering die de katalyse van de additiereactie mogelijk maakt.
2. Als de verkeerde nucleotide wordt toegevoegd kan DNA polymerase dit corrigeren door
proofreading, waarbij het enzym controleert of de vorige toegevoegde nucleotide juist is
voor het de volgende eraan plakt. Als dit niet het geval is knipt het enzym de foutief
gepaarde nucleotide af, en probeert het de additie opnieuw.
Proofreading is enkel mogelijk als de DNA synthese in de 5’→3’ richting plaatsvindt. Als een
nucleotide wordt afgeknipt in de 3’→5’ richting, zou er een doodlopend einde ontstaan. Dit komt
omdat er geen hoge-energie fosfaatbinding meer aanwezig is aan het 5’-einde van de streng.
