Biologie samenvatting H2, H4, H5, H12, H17, H18
Hoofdstuk 17; DNA
Het genoom is al het erfelijk materiaal (DNA) in een organisme.
Dit zit in de celkern, chloroplasten en mitochondriën. Een
eukaryote cel (zoals bij mensen) heeft een celkern. In een celkern
zitten chromosomen. Dit zijn lange, dunne draden DNA die strak
om histonen (eiwitten) zijn gewikkeld, histonen zijn altijd
groepen van 8 die samen een soort bol vormen. Zo’n groep van 8
histonen met daarom heen gewikkeld DNA noem je een
nucleosoom. Meerdere nucleosomen samen noem je chromatine.
Een prokaryote cel (bacteriën en archaea) hebben geen celkern.
Zij hebben circulair DNA, dit bevat geen eiwitmoleculen, maar
plasmiden. Dit zijn stukjes DNA die coderen voor ‘extra eigenschappen’. Bijvoorbeeld de eigenschap
dat sommige bacteriën resistent zijn tegen antibiotica.
DNA heeft een dubbele helix, de deoxyribosen en fosfaatgroepen vormen samen de helix. Tussen de
helixen zitten (stikstof) basenparen. Deze stikstofbasen bevatten de daadwerkelijke erfelijke
informatie, hier zit dus het DNA als je dit steeds
verder inzoomt:
DNA: Celkern > Chromosomen > Stikstofbasen
3 stikstofbasen samen bevatten de informatie voor 1
aminozuur. Er zijn 4 verschillende stikstofbasen:
cytosine, guanine, adenine en thymine. Cytosine is
altijd gekoppeld aan guanine en adenine is altijd
gekoppeld aan thymine. Dit is zo omdat adenine en
thymine samen 2 waterstofbruggen vormen en
guanine en cytosine samen 3 waterstofbruggen
vormen. Als je bijvoorbeeld guanine met thymine zou
koppelen zou het basenpaar net iets te breed of te
smal zijn om in de dubbele helix te passen. De 2 helixen van een DNA-molecuul zitten dus aan elkaar vast door
waterstofbruggen. De volgorde van deze stikstofbasen bepaald wat voor eiwit er gemaakt wordt.
RNA heeft een enkele helix en dus ook (enkele) stikstofbasen en geen basenparen. Alle stikstofbasen zijn hier
hetzelfde, behalve thymine, dit is uraciel. De DNA-sequentie is de volgorde van de nucleotiden van een DNA-
molecuul. Een DNA-molecuul heeft heel veel DNA-sequenties, 1 zo’n stukje DNA-sequentie is een gen. Een gen is
dus een deel van een DNA-molecuul dat de sequentie bevat voor 1 of meer eiwitten. Elk gen beschrijft de code van
een kenmerk, die (mee)bepaalt hoe je er uit ziet, hoe je lichaam werkt of hoe je bent. Een allel kan je een beetje
zien als een opvulling van een gen. Het gen is de locatie (bijvoorbeeld de oogkleur, dit heeft iedereen) en een allel
zou dan kunnen zijn blauw, bruin of groen (dit kan voor iedereen anders zijn).
DNA-replicatie
Het kopiëren van DNA is ter voorbereiding van de celdeling, dit vindt plaats in de S-fase. De nucleotiden van een
DNA-streng worden altijd in 3’ -> 5’ afgelezen en het nieuwe DNA wordt gevormd in de 5’-> 3’. Energie komt
hierbij niet van ATP maar van de vrije nucleotiden, elke nucleotide heeft zijn eigen energie bij zich.
Stap 1. Helicase verbreekt de waterstofbruggen tussen de stikstofbasen, waardoor het 2 replicatievorken worden
en DNA dus tijdelijk enkelstrengs wordt. In de richting van het startpunt ontstaat de leidende streng. Deze kan
,continue blijven kopiëren, omdat hij in dezelfde richting gaat als de helicase. De andere streng, de volgende streng,
kan niet die richting op, omdat daar het 5’ eind is en DNA wordt altijd gevormd in de richting 5’ > 3’. Hier worden
steeds maar korte stukjes gekopieerd: Okazaki-fragmenten.
Stap 2. DNA-polymerase is een enzym dat DNA kopieert, maar dit kan het alleen doen als er al een stukje
dubbelstrengs DNA is. Primase (een RNA-polymerase) hecht dit kleine stukje (de primer) aan het startpunt vast,
zodat het kopiëren kan beginnen. De primer bestaat niet uit DNA-nucleotiden maar uit RNA-nucleotiden, deze
moeten vervangen worden door DNA-nucleotiden, DNA polymerase 1 doet dit.
Stap 3. Steeds vanaf een nieuw geplaatste
primer worden stukjes DNA gekopieerd.
Deze okazaki-fragmenten worden door
het enzym ligase aaneengekoppeld. De
strengen worden beide net zo snel
gekopieerd, de leidende streng gaat
alleen met de richting mee en de
volgende streng gaat tegen de richting in.
DNA wordt gekopieerd op meerdere
plekken tegelijk, zodat het sneller gaat.
PCR-Methode
Bij deze methode worden er erg veel
kopieën gemaakt van een belangrijk stuk
DNA. Deze methode wordt bijvoorbeeld gebruikt om virussen te detecteren en voor forensisch onderzoek.
Stap 1: Er gaat een DNA-fragment, primers, nucleotiden, Taq-polymerase (een hittebestendige DNA-polymerase),
een buffer en een pcr-buisje in de PCR-machine. De machine wordt verhit tot 95 *C waardoor de waterstofbruggen
verbreken, de DNA-strengen komen los van elkaar.
Stap 2: De machine koelt af tot 52* C, de DNA primers binden aan de 3’-einden van beide strengen.
Stap 3: De machine wordt verhit tot 72*C. De Taq-polymerase verlengt de nieuwe ketens van het DNA-fragment in
5’ -> 3’ richting.
Stap 4: Deze cyclus blijft zich herhalen (vaak zo’n 30 tot 40 keer) waardoor er steeds meer DNA komt van het
belangrijke stukje DNA.
Stap 5: Met deze resultaten kan je verder onderzoek doen met gelelektroforese of capillairelektroforese.
Gelelektroforese scheidt DNA-fragmenten op basis van hun grootte. De DNA-fragmenten worden op een gel, in een
elektrisch veld, aangebracht. De DNA-moleculen zijn negatief geladen (dit komt door de negatief geladen
fosfaatgroepen). De negatieve DNA-moleculen bewegen naar de positieve pool. Kleinere fragmenten ondervinden
minder weerstand en bewegen daarom sneller. Zo ontstaat er een rij van DNA-fragmenten van groot naar klein. In
forensisch onderzoek wordt dit bijv. gebruikt om te bekijken welke verdachte de misdadiger is. De fragmenten die
het meeste overeenkomt met de DNA-fragmenten die zijn gevonden op het plaats delict, is het DNA van de juiste
,verdachte. Capillairelektroforese lijkt hier erg op, alleen geeft dit pieken weer, hoe groter de piek des te groter het
fragment.
Transcriptie (DNA -> MRNA)
Stap 1: Bij eukaryoten, zoals de mens, zitten de stikstofbasen niet zo netjes naast elkaar. Het gen is opgedeeld in
kleine stukjes: de exons. Alle exons samen hebben de code om een eiwit te maken. Ze liggen niet naast elkaar, er
zitten stukken DNA tussen: de introns. Deze hebben geen coderende functie en hebben dus ook geen code voor een
eiwit. Aan de voorkant van
deze streng ligt ook een
niet-coderend eiwit: de
promoter, deze is nodig om
RNA-polymerase te wijzen
waar de transcriptie moet
starten. Het voorste stuk
van de promoter is de
TATA-box, dit is de
bindplaats van RNA-
polymerase. Deze heeft een
vaste volgorde: 3’-
TATAAA-5’. Aan het einde
heb je precies hetzelfde, als
eindsignaal van de
transcriptie, maar dat heeft de sequentie: 3’-TTATTT-5’. Ook dit is, zoals de promoter, niet coderend. Van al het
DNA is maar ongeveer 2% coderend voor eiwitten, de rest is niet coderend.
Stap 2: De dubbele helix wordt uit elkaar gehaald, waardoor er een coderende streng en een matrijsstreng
ontstaat. De coderende streng heeft de code voor het gen. De matrijsstreng is het spiegelbeeld van de coderende
streng met de complementaire stikstofbasen.
Stap 3: De RNA-polymerase bindt de juiste nucleotiden vast. Dus tegenover een T een A etc. Tegenover de A komt
hier uraciel. De nieuwe streng die over de matrijsstreng is gevormd is de pre-MRNA. Deze is exact hetzelfde als de
coderende streng, behalve dat thymine nu uraciel is.
Bewerking van pre-MRNA tot MRNA
Stap 4: Als je pre-MRNA in het cytoplasma brengt, wordt dit snel door enzymen verteerd, dus moet dit beschermd
worden. Dit wordt gedaan door een 5’-cap aan het 5’eind te plaatsen en een poly-A-staart aan het 3’-eind. Een
poly-A-staart bestaat uit erg veel adenines. Dit beschermt het pre-MRNA-molecuul van verteerd te worden, maar
ook dat het door een kernporie heen kan.
Stap 5: Als laatst vindt er splicing plaats. Dit houdt in dat alle introns worden weggehaald en dat alle exons met
elkaar verbonden worden. Nu heb je een MRNA-molecuul.
STAP 1:
, STAP 2
STAP 3
STAP 4 & 5
Translatie (MRNA ->
aminozuurketen)
Stap 1: een ribosoom schuift
in de 5’ -> 3’ richting. Hij
leest de stikstofbasen af. De
stikstofbasen vormen
woorden van 3 letters lang, bijvoorbeeld AUG, dit is een codon. AUG is een startcodon, zodra een ribosoom deze
tegenkomt begint de translatie. 3 stikstofbasen samen zijn dus een codon, elk codon duidt een aminozuur aan. Een
ribosoom is een groot complex dan enerzijds bestaat uit eiwit en
anderzijds uit rRNA (ribosomaal rna). TRNA (transport rna) is een
molecuul dat aminozuren vervoerd vanuit het cytoplasma naar het
mrna in een ribosoom. Dit gaat zich vastbinden aan het codon.
Onderaan heeft het namelijk 3 complementaire stikstofbasen voor een
codon: het anticodon
Stap 2: Zodra er 2 bindingen naast elkaar worden gevormd, laat het
aminozuur zich los en koppelt zichzelf aan het aminozuur van de
binding ernaast, dit aminozuur koppelt zich weer aan het aminozuur
van de binding daarnaast etc. Dit stopt zodra het een stopcodon tegenkomt. Het tRNA gaat na het verliezen van zijn
aminozuur, weer een nieuw aminozuur halen.
Stap 3: Zodra ze het stopcodon tegenkomen, laat alles het MRNA-molecuul los en stopt de translatie en begint het
weer opnieuw zodra het een startcodon tegenkomt. Net zolang tot het MRNA-molecuul wordt afgebroken.
De meeste organismen hebben minder dan 45 verschillende TRNA’s, dat betekent dat er niet voor elk codon (61)
een TRNA beschikbaar is met een uniek anticodon. De 3de stikstofbase in een triplet werkt als een wiebelbase. Dat
betekend dat TRNA kan koppelen aan een codon waarvan de laatste nucleotide verschilt. Je kunt uit de
aminozuurvolgorde dus niet de exacte nucleotidenvolgorde halen. Het bepalen van de nucleotidenvolgorde van
een DNA-fragment heet sequencen.
