Biologie hoofdstuk 17
Biologie §17.1
DNA bevat de informatie voor het maken van eiwitten. DNA is verdeeld over de 46
chromosomen in de celkern en het cirkelvormig DNA in de mitochondriën. Een DNA-
molecuul bestaat uit twee strengen, bestaande uit vele nucleotiden, die samen een helix
vormen. DNA-nucleotiden bestaan uit een fosfaatgroep, een suikermolecuul en
een stikstofbase. De vijf C-atomen (in deoxyribose) zijn op een vaste manier
genummerd. In een DNA-nucleotide vormt het eerste C-atoom (1’) een binding
met de stikstofbase en het vijfde (5’) met de fosfaatgroep. Elk nucleotide in een
streng is via zijn fosfaatgroep gekoppeld aan het 3’ C-atoom van het nucleotide
ernaast.
In DNA komen vier stikstofbasen voor: A, C, G, T. Stikstofbasen binden via H-
bruggen van de ene streng met die van de tegenoverliggende streng. A met T
(via 2 H-bruggen) en C met G (via 3 H-bruggen). Door de vaste combinatie van basenparen
zijn beide strengen in een DNA-molecuul complementair: de volgorde in de ene streng
(leidende streng) bepaald die in de andere (volgende streng) en andersom. Het 5’-einde
(met vrije fosfaatgroep) van de ene streng ligt naast het 3’-einde (met vrije OH-groep) van
de andere.
Histonen verstevigen en beschermen DNA-moleculen, DNA ligt om 8 (tot bolletje gevormde)
histonen. Het geheel van de histonen en het eromheen gerolde DNA heet een nucleosoom.
Histonen van verschillende nucleosomen koppelen, hierdoor ontstaat een chromatinedraad.
DNA zit niet alleen in de celkern, maar ook in de mitochondriën. Een mitochondrium heeft 5-
10 cirkelvormige moleculen mitochondriaal DNA, mtDNA. Het mtDNA erft via de eicel
(moeder op kind).
Het totale DNA van een persoon is het genoom. Een gen is een stuk DNA met informatie
voor de productie van een of meerdere eiwitten. De eiwitten helpen bij het tot stand komen
van een erfelijke eigenschap. Alle cellen hebben hetzelfde DNA, afhankelijk van hun functie
zijn verschillende genen actief.
De DNA-code in de genen ligt vast in de volgorde van de stikstofbasen. Ieder gen heeft zijn
eigen sequentie van afwisselend A’s, C’s, G’s en T’s.
Functie genen:
- Genen coderen voor eiwitten (slechts 1,5-2% van het totale DNA)
- Niet-coderend DNA: productie van rRNA of tRNA, of het regelt het aan- en
uitschakelen van de genen in het coderende DNA.
In het DNA komen herhalingen voor van series nucleotiden, repetitief DNA
(aaneengeschakeld, maar ook verspreid in het chromosoom). Korte herhalingen van twee tot
tien nucleotiden, STR’s, spelen bij verwantschapsonderzoek en forensisch onderzoek een
rol. In de meeste landen brengen de laboratoria de STR’s van 13 loci (plaatsen in het DNA)
in kaart, wat en DNA-profiel oplevert.
Biologie §17.2
In een celcyclus verdubbelen de DNA-moleculen zich via DNA-replicatie:
- Enzymencomplex verbreekt de H-bruggen tussen beide DNA-strengen.
- Helicasen ‘ritsen’ naar beide kanten toe het DNA verder open →
ontstaan van twee openingen, de replicatievorken.
- Het RNA-polymerase primase maakt op het startpunt een
primer vast van zo’n 20 ribonucleotiden.
- Vanaf primer vormt het enzym DNA-polymerase een
nieuwe streng. Het enzym leest de nucleotiden alleen in 3’ →
5’ richting en vormt in 5’ → 3’ richting een leidende streng
(leading) strand (volgens de juiste combinaties (C-G, A-T)).
In de nadere richting van het startpunt kan het DNA-polymerase geen continue streng
vormen, omdat dit tegen de leesrichting in gaat. Daar verloopt de replicatie in kleine stukjes,
wat een ‘volgende streng’ (legging strand) oplevert.
- Primase plaatst op korte afstand van het startpunt een RNA-primer, waar vanaf DNA-
polymerase in de 3’ → 5’ richting (naar startpunt) een stukje DNA kan vormen. Dit is
, Biologie hoofdstuk 17
dus achterwaarts kopiëren in vergelijking met de leidende streng. Het nieuwe stukje
heet een Okazaki-fragment.
- De replicatievork schuift op, primase voegt een nieuwe RNA-primer toe en er groeit
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 één streng.
- Enzymen controleren of replicatie foutenvrij is.
Dit proces van DNA-verdubbeling is semi-conservatief; elk nieuw molecuul bestaat uit een
oorspronkelijke en een nieuwe streng.
Met de PCR-methode kan je DNA kopiëren (B.71M2):
- Bij hoge temperatuur verbreken de H-bruggen
- Bij 52º binden beide DNA-primers elk aan een van beide DNA-strengen
- DNA-polymerase reactie: nieuwe strengen maken met taq-polymerase (dNTP’s (d
staat voor deoxyribose, N staat voor A, C, T of G)
- Na zo’n 30-40 herhalingen bestaat het mengsel voor het grootste deel uit DNA-
kopieën, genoeg materiaal voor verder onderzoek via gelelektroforese. Deze
techniek scheidt DNA-fragmenten op basis van hun grootte (DNA-fragmenten op gel
in een elektrisch veld, deeltjes bewegen d.m.v. lading, de kleine deeltjes ondervinden
minder weerstand en bewegen daardoor sneller).
Capillaireelektroforese is hierop een variant. Een detector geeft een piek als
moleculen van een bepaalde grootte passeren.
Biologie §17.3
Voordat een cel een eiwit kan maken, is het nodig informatie uit het DNA naar de ribosomen
in het cytoplasma te brengen. Dit gebeurt door middel van mRNA. RNA heeft als suiker
ribose in plaats van deoxyribose en in plaats van thymine (T), de stikstofbase uracil (U).
mRNA is enkelstrengs. Een mRNA-molecuul bevat de informatie van één gen, op basis
waarvan ribosomen een of meerdere eiwitten kunnen vormen.
De transcriptie; het overschrijven van een gen naar mRNA:
- Aankoppelen van RNA-polymerase, dit gebeurt op zo’n 25 baseparen voor het gen
bij de promotor, het stukje DNA dat het activeren van het gen regelt en het startpunt
is voor transcriptie.
- De koppelplaats van het RNA-polymerase ligt bij de volgorde 3’-TATAAA-5’, de TATA-
box, aan het begin van de promotor. Door de promotor vindt transcriptie altijd aan
dezelfde DNA-streng plaats, de matrijsstreng óf de template plaats.
- Na binding aan de promotor schuift het RNA-polymerase langs het DNA in de
afleesrichting 3’ → 5’, waarbij RNA-nucleotiden aan elkaar koppelt in 5’ → 3’. Veel
moleculen RNA-polymerase gaan langs de matrijsstreng en zorgen voor hoge
productie van mRNA.
- mRNA codeert vanaf de matrijsstreng (net zoals RNA), alleen de T’s zijn U’s
geworden in het RNA. Deze DNA-streng heet de coderende streng.
- RNA-polymerase stopt bij het eindsignaal van de transcriptie: de sequentie 3’-
TTATTT-5’. Eiwitten koppelen daar het RNA-polymerase en de mRNA-keten los van
de matrijsstreng.
Het complete gen is omgeschreven naar mRNA. Beide einden van het mRNA hebben nog
een deel dat niet coderend is: een UTR. Het coderende deel in een mRNA begint altijd met
AUG, het startcodon. Een stopcodon (UAA, UAG of AGA) geeft het einde van het
coderende deel aan.
Het gevormde mRNA verlaat nog niet de celkern en heet dan ook nog pre-mRNA. Bij het
mRNA van eukaryoten volgt ten slotte nog het verwijderen van introns: delen die niet
coderen voor een eiwit. Dit proces heet splicing. De overblijvende exons koppelen aaneen
en vormen samen met de cap en de poly-A-staart (3’einde) het definitieve mRNA dat naar
het grondplasma gaat.
