Leerdoelen Biotechnologie en maatschappij
Les 1: DNA structuur, replicatie en cloning.
Verschillen kunnen noemen tussen een prokaryote en een eukaryote cel qua celstructuur,
organisatie genetisch materiaal en transcriptie en translatie.
Celstructuur
Prokaryote cellen zijn kleiner dan eukaryote cellen. Eukaryote cellen hebben een kern, prokaryote
cellen hebben geen kern. Prokaryoten kunnen een celwand hebben, eukaryote cellen hebben geen
celwand. Wel hebben beide soorten cellen een plasmamembraan. Eukaryote cellen hebben in het
cytoplasma veel organellen, prokaryoten hebben relatief weinig organellen.
Bij eukaryote cellen zit het genetische materiaal in de kern. Het DNA van eukaryoten is gebonden
door eiwitten, histonen, tot compacte structuren. Het chromatine is het DNA en de eiwitten samen.
Na replicatie zijn de chromosomen aanwezig als zusterchromatides, de chromatides zitten aan elkaar
vast bij het centromeer. Aan beide kanten van het centromeer zitten twee armen, de korte arm (p-
arm) en de lange arm (q-arm). Eukaryoten zijn vaak diploïd, van elk chromosoom zijn er 2
exemplaren aanwezig (2n).
Organisatie genetisch materiaal
Prokaryoten hebben geen kern dus het genetische materiaal zit in het cytoplasma. DNA van
prokaryoten is vaak circulair. Prokaryoten kunnen daarnaast ook nog plasmiden hebben, extra
circulair DNA dat vaak eigenschappen bevat die niet essentieel zijn voor het overleven van de
prokaryoot. Prokaryoten zijn altijd haploïd, ze hebben van elk chromosoom één exemplaar.
Transcriptie
Prokaryoten hebben circulair DNA en daarom één origin of replication. Eukuaryoten hebben lineair
DNA, ze hebben meerdere origins of replication. Hierdoor kunnen grote genomen sneller
gerepliceerd worden.
Omdat prokaryoten geen kern hebben, vindt de transcriptie plaats in het cytoplasma en zijn de
transcriptie en translatie aan elkaar gekoppeld; de translatie van het eiwit kan al beginnen als het
RNA nog wordt gesynthetiseerd. Prokaryoten hebben geen algemene transcriptie factoren. De
transcriptie start bij de Pribnow box (TATAAT) en stopt bij een terminatie sequentie. Daarnaast
maken prokaryoten gebruik van een operon structuur.
Eukaryoten hebben wel een kern, waardoor transcriptie en translatie gescheiden processen zijn;
transcriptie vindt plaats in de kern en translatie in het cytoplasma. Hierbij zijn algemene transcriptie
factoren betrokken. Eukaryoten hebben daarnaast andere startsequenties, de TATA box (TATAAA) en
de CAAT box (GGCCAATCT). De transcriptie stopt bij een polyadenylatie sequentie. Eukaryoten
maken geen gebruik van een operon structuur.
,Translatie
Translatie bestaat uit de drie stappen van initiatie, elongatie en terminatie. Er zijn verschillen in deze
stappen tussen prokaryoten en eukaryoten.
De translatie wordt uitgevoerd door ribosomen; de kleine ribosomale subeenheid en de grote
ribosomale subeenheid. Deze zijn opgebouwd uit RNA en eiwitten; ribonucleoproteïne complexen. Er
is ook initiator tRNA nodig dat is gebonden aan een methionine aminozuur.
Initiatie van translatie.
Eukaryoten hebben monocystronisch mRNA, dat wil zeggen dat elk gen een eigen promoter heeft;
één mRNA codeert voor één eiwit. Prokaryoten hebben polycystronisch mRNA, één mRNA met één
promoter bevat meerdere genen.
Bij eukaryoten wordt de 5’cap structuur herkend door de kleine ribosomale subeenheid. De
ribosomale subeenheid bindt dan en scant het mRNA tot het een startcodon (AUG) tegenkomt. Bij
prokaryoten herkent de kleine ribosomale subeenheid de Shine Dalgarno sequentie (GGAGGA; G en
A rijke sequentie). De kleine ribosomale subeenheid bindt de sequentie, vervolgens bindt het
initiator tRNA en tot slot de grote ribosomale subeenheid.
De structuur van DNA en de bouwstenen kunnen beschrijven en de soorten bindingen tussen deze
bouwstenen kunnen noemen.
DNA is een polymeer en bestaat uit nucleotiden. Nucleotiden bestaan uit een pentose suiker;
deoxyribose (5-koolstofatomen), een fosfaatmolecuul en een stikstofbase. De suikergroep is een
verschil met RNA; in DNA mist de suikergroep een zuurstofatoom op de 2’ positie. De stikstofbases
zijn de variabelen, het kan Adenine, Thymine, Cytosine of Guanine zijn. Er is altijd evenveel Adenine
als Thymine aanwezig, en evenveel Cytosine als Guanine. De basen zijn op te delen in twee groepen,
purines met een dubbele ringstructuur (adenine en guanine) en pyrimidines met een enkele
ringstructuur (thymine en cytosine). Ook de basen zijn een verschil met RNA, RNA heeft geen
thymine maar een uracil groep. Uracil heeft geen methyl groep, thymine wel.
DNA heeft een helix structuur. De nucleotiden vormen lange strengen van DNA en elk DNA molecuul
bestaat uit twee strengen die samen komen en om elkaar heen draaien. Eén enkele streng van
nucleotiden wordt bij elkaar gehouden door fosfodiester bindingen. Twee strengen nucleotiden (één
DNA molecuul) worden bij elkaar gehouden door waterstofbruggen tussen de basen.
Elke streng van nucleotiden heeft een polariteit, ze hebben een 5’uiteinde (fosfaatgroep) en een
3’uiteinde. Aan het 5’uiteinde zit de 5’fosfaatgroep niet gebonden aan een andere nucleotide, maar
de 3’koolstof zit in een fosfodiëster binding. Aan het 3’uiteinde zit de 5’fosfaat gebonden aan een
andere nucleotide, maar de 3’koolstof niet. De twee strengen van nucleotiden in een dubbele helix
liggen antiparallel; de polariteit van elke streng is omgekeerd ten opzichte van de polariteit van de
andere streng.
,Kunnen uitleggen wat een karyotype is en de structuur en functie van de onderdelen van een
menselijk chromosoom kunnen beschrijven.
Een karyotype is een afbeelding van de chromosomen van een organisme, zoals deze tijdens een
bepaald stadium van de celdeling te zien zijn onder de microscoop.
Mensen zijn diploïd en hebben van elk chromosoom 2 exemplaren (2n). Er zijn 22 paar autosomale
chromosomen en 1 paar geslachtschromosomen. Bij vrouwtjes wordt willekeurig één X chromosoom
blijvend geïnactiveerd zodat mannetjes en vrouwtjes zelfde eigenschappen hebben omdat ze beide
één actief X-chromosoom hebben.
Chromosomen zijn opgebouwd uit opgerold DNA en histonen. Na replicatie zijn de chromosomen
aanwezig als zusterchromatides. De chromatides zitten aan elkaar vast bij het centromeer. Aan beide
kanten van het centromeer zitten twee armen; de korte arm, de p-arm, en de lange arm, de q-arm.
De structuur van het chromosoom bepaald of een bepaald gen kan worden afgeschreven of niet. Zijn
de histonen van het chromosoom gemethyleerd, is er een compactere structuur en is het
chromosoom niet meer actief.
, De stappen van DNA replicatie kunnen aangeven van zowel de ‘leading’ als de ‘lagging’ streng met
de daarbij behorende enzymen en hun functies.
Replicatie is het maken van een kopie van het DNA. Dit is nodig als een cel gaat delen. Een oude
streng wordt gebruikt als template voor een nieuwe; de replicatie is semiconservatief. Replicatie
begint op de Origin of Replication (ORI), een specifieke DNA sequentie in het chromosoom waar aan
eiwitten binden die betrokken zijn bij het begin van de replicatie.
Enzymen betrokken bij replicatie;
• Helicase = haalt de twee DNA strengen uit elkaar.
• Single stranded binding proteins = binden aan het DNA om te voorkomen dat de strengen
weer aan elkaar gaan binden.
• Primase = maakt een RNA primer (10-15 nucleotiden), waaraan het enzym DNA polymerase
nieuwe nucleotiden kan inbouwen.
• DNA polymerase III = kan nieuwe nucleotiden inbouwen aan de RNA primer. Kan alleen aan
de 3’kant van de primer en de nieuwe streng bouwen.
• DNA polymerase I = verwijdert RNA primers en vervangt ze voor DNA nucleotiden.
• Ligase = zorgt ervoor dat de Okazaki fragmenten met covalente bindingen aan elkaar worden
verbonden.
Deze eiwitten vormen samen een complex waardoor de leading en lagging strand tegelijkertijd
worden gerepliceerd.
Bij de leading strand kan het inbouwen van nucleotiden door DNA polymerase in één keer
plaatsvinden. Bij de lagging strand moet dit in stukjes gebeuren, omdat DNA polymerase alleen aan
de 3’kant kan bouwen. Er worden meerdere primers ingebouwd en er ontstaan meerdere stukjes
DNA, de Okazaki fragmenten. Deze worden aan elkaar geplakt met het enzym ligase.
