Hoofdstuk 5 DNA en chromosomen
Onderzoek, in het begin van de 20e eeuw kwam genetica op als wetenschap en dat leverde veel
vragen op. In 1940 werd ontdekt aan de hand van een schimmel dat genetische informatie met name
bestaat uit instructies voor het maken van eiwitten. Een andere belangrijke ontdekking die toen
gedaan werd, was dat DNA de drager is van informatie. In 1953 werd de structuur van DNA echter
pas achterhaald door Watson en Crick. De structuur gaf meteen inzichten over de manier waarop
DNA gebruikt wordt als code voor het leven en hoe deze instructies gekopieerd en doorgegeven
kunnen worden.
Genen, de informatie bevattende elementen die de eigenschappen van een soort bepalen en van de
individuen binnen de soort.
De structuur van DNA
Chromosomen, zijn in de 19e eeuw ontdekt als draadachtige structuren in de kern van eukaryote
cellen die zichtbaar werden bij deling. Chromosomen bevatten zowel DNA als eiwitten. Deze eiwitten
zorgen dat DNA goed opgerold kan
worden.
DNA, deoxyribonucleïnezuur, bestaat uit
twee lange polynucleotide ketens. Elke
keten bestaat uit 4 verschillende
nucleotide subunits en de ketens worden
bij elkaar gehouden door H-bruggen.
Nucleotiden zijn opgebouwd uit:
- Een 5-C suiker
- Een stikstof bevattende base (A,
G, C of T)
- Een of meer fosfaatgroepen
De nucleotiden worden covalent aan
elkaar gebonden door bindingen tussen
de suikergroepen en fosfaten (fosfodiester binding), waardoor een suikerfosfaat backbone ontstaat.
Polariteit, de manier waarop de nucleotide subunits aan elkaar verbonden worden geeft elke streng
een chemische polariteit. Als je ervan uitgaat dat elke nucleotide een knop en een holte bevat, kan
elke streng gevormd worden door de knoppen en holtes te verbinden. De subunits worden dus altijd
op dezelfde manier verbonden. In de werkelijkheid kan je een knop zien als een fosfaatgroep (5’) en
een holte als een carboxylgroep, -OH (3’). Deze polariteit geven we aan met 3’ en 5’. Dat
weerspiegelt de positie van de suikergroep waaraan de OH of fosfaatgroep gebonden is.
Dubbele helix, wordt gevormd door de H-bruggen tussen de basen, waarbij A altijd met T vormt en
G-C. Dit is dus elke keer een binding tussen een purine (twee ringen) en een pyrimidine (1 ring).
Base paar, elk purine-pyrimidine paar noemen we een basepaar en deze complementaire baseparing
zorgt dat de basen in de energetisch meest voordelige structuur gerangschikt zitten met altijd een
gelijke afstand tot elkaar.
Antiparallel, DNA is antiparallel wat wil zeggen dat ene streng in een 3’ naar 5’ richting loopt, terwijl
de andere streng in een 5’ naar 3’ richting loopt. De antiparallele strengen draaien ook nog om elkaar
heen waarbij de dubbele helix elke 10 baseparen weer een nieuwe draai maakt. Deze draaiing draagt
bij aan een energetisch meest voordelige conformatie van de dubbele helix en levert een minor en
major groove.
Nucleotidesequentie, informatie ligt gecodeerd in de volgorde of sequentie van nucleotiden.
Genetische code, de nucleotidevolgorde van DNA wordt m.b.v. de genetische vertaald tot een
aminozuurvolgorde
Genexpressie, is het proces waarbij de nucleotidesequentie van een gen getranscribeerd wordt tot
een nucleotidesequentie van RNA wat dan weer getransleerd wordt tot een aminozuursequentie.
De structuur van eukaryote chromosomen
Chromosomen, elke menselijke cel bevat 2 meter DNA wat opgerold ligt in een kern van 5-8 µm in
diameter. In eukaryote cellen zit dit lange dubbelstrengs DNA verpakt in chromosomen. Deze
, moleculen passen niet alleen gemakkelijk in de kern, maar zijn ook gemakkelijk te verdelen over
dochtercellen na deling. De complexe taak van het verpakken van DNA wordt gedaan door
gespecialiseerde eiwitten die aan het DNA binden en het vouwen, waarbij een serie van spiralen en
loops gegenereerd wordt die steeds een hoger level van organisatie bereiken.
Bacteriën, de genen van bacteriën liggen meestal op een enkel circulair DNA molecuul. Ook dit
molecuul omvat eiwitten die het DNA condenseren, maar deze verschillen van de eukaryote eiwitten.
Meerdere chromosomen, bij eukaryoten is het DNA verdeeld over een set van verschillende
chromosomen. De mens bevat 23 of 24 verschillende chromosomen (mannen XY, vrouwen XX). Elk
chromosoom bestaat uit 1 lineair DNA molecuul dat geassocieerd is met eiwitten die het tot een
compacte structuur vouwen.
Chromatine, het complex van DNA en eiwitten noemen we chromatine.
Homologe chromosomen, op een paar soorten cellen na (geslachtscellen & rode bloedcellen) bevat
elke cel in ons lichaam 2 kopieën van een chromosoom. Hierbij is één chromosoom afkomstig van de
vader en één van de moeder. Het enige niet homologe paar is het geslachtschromosoom paar bij
mannen.
DNA hybridisatie, is een techniek waarbij je elk chromosoom een andere kleur kan geven om de
chromosoomparen te onderscheiden. Deze techniek maakt gebruikt van complementaire paring.
Verven, een andere manier om de paren te onderscheiden is door ‘verf’ te gebruiken die aan
bepaalde DNA sequenties hecht, zoals delen met veel A-T paren of juist veel C-G paren. Hieruit volgt
een voorspelbaar patroon van banden wat voor elk chromosoom anders is.
Karyotype, is een geordende weergave van chromosomen.
Gen, de belangrijkste functie van chromosomen is het dragen van genen. Een gen is een segment van
het DNA dat de instructie voor het maken van een specifieke eiwit of RNA molecuul bevat.
Genoom, is alle genetische informatie die door de chromosomen gedragen wordt.
Complexiteit, er is een correlatie tussen het aantal genen van een organisme en zijn complexiteit,
maar dat is dus niet hetzelfde als een correlatie tussen de hoeveelheid DNA en complexiteit. De
correlatie van aantal genen en complexiteit houdt echter ook niet altijd stand. Daarnaast kan je niks
zeggen over het aantal chromosomen in correlatie met complexiteit.
Junk DNA, is een term voor niet-coderend DNA, omdat we eerst dachten dat dit geen functie had.
Het blijkt echter dat sommige stukken niet-coderend DNA goed geconserveerd zijn gebleven in de
loop van evolutie, waardoor we de term junk-DNA eigenlijk niet meer gebruiken.
Celcyclus, tijdens de celcyclus wordt het DNA gerepliceerd en eerlijk verdeeld over de dochtercellen.
Twee belangrijke fases hierbij zijn:
- Interfase, hier wordt het DNA verdubbeld.
- Mitose, hier wordt het DNA eerlijk verdeeld over de dochtercellen.
Interfase chromosomen, tijdens de interfase zijn de chromosomen uitgerekte lange draden die lastig
waar te nemen zijn met een lichtmicroscoop. In de kern zijn de interfase chromosomen
georganiseerd op een manier zodat elk chromosoom een bepaalde regio omslaat en ze niet met
elkaar in de knoop raken. Sommige chromosomen zijn zelfs gebonden aan de kern enveloppe of het
kern lamina.
Replication origin, ook wel ORI, hier begint de replicatie van DNA. Eukaryoten bevatten veel ORI’s
om er zeker van te zijn dat de replicatie snel verloopt.
Telomeren, aan elk van de twee uiteindes van een chromosoom zit een telomeer. Telomeren
bevatten repeterende sequenties die nodig zijn om het uiteinde van een chromosoom te repliceren.
Daarnaast ‘cappen’ ze het einde van het DNA molecuul om te voorkomen dat het DNA als gebroken
DNA gezien wordt dat gerepareerd moet worden.
Centromeer, een derde gespecialiseerde sequentie is de centromeer sequentie. Deze maakt het
mogelijk dat gedupliceerde chromosomen tijdens de M fase gescheiden kunnen worden.
Mitotische chromosomen, tijdens de mitose spiraliseert het DNA steeds verder tot een compacte
structuur. Als de chromosomen eenmaal gecondenseerd zijn, hechten de centromeren aan de
mitotische spillen, zodat ze van elkaar gescheiden kunnen worden. Tijden de interfase zijn de
