B1.1 DNA en RNA
1 De bouw van DNA en RNA
DNA
DNA is dubbelstrenge helixstructuur (coderend en matrijs) en bestaat uit een volgorde van
nucleotiden (een fosfaatgroep, suikermolecuul en nucleïnezuur (base, ATCG, T71)), de
genetische code. De matrijsstreng is complementair aan de coderende streng, en tegenover
een A zit altijd een T, tegenover een C altijd een G: basenparing. KernDNA is op de volgende
manier georganiseerd (T70A): telkens 146 basenparen zijn gewikkeld om 8 histonen
(verpakkingseiwitten) waarbij een extra T1-histon dient als veiligheidsspeld. Zo’n complex
heet een nucleosoom en is mogelijk door binding tussen de zure fosfaatgroepen van het
DNA en de basische histonen. De nucleosomen spiraliseren om elkaar en vormen zo een
chromatinedraad, wat ook weer ‘opgevouwen’ is en zo een chromosoom vormt. Deze
structuur is alleen aanwezig tijdens de metafase, de rest van de tijd ligt het DNA als
spaghettislierten in de kern, waarbij sommige delen verder uitgerold zijn (actief DNA, lichte
gebieden) dan andere delen (altijd het kernlichaampje, donkere gebieden).
Mitochondriaal DNA (mtDNA) is een dubbelstrenge cirkel met 37 genen. Doordat
zuurstofatomen (ontstaan bij de oxidatieve fosforylering) makkelijker kunnen reageren met
mtDNA is de kans op mutatie 10x groter dan bij kernDNA. Dit DNA wordt altijd doorgegeven
van moeder op moeder, doordat alleen de eicel mitochondriën bevat.
Chloroplast DNA bevindt zich in het stroma van de chloroplast.
Plasmiden is cirkelvormig dubbelstrengs DNA in bacteriën. Deze kunnen opengeknipt
worden waarna menselijk/dierlijk DNA ingebouwd kan worden: er ontstaat een
recombinant-plasmide.
Repetitief DNA is een vaste basenvolgorde (5’-TTAGGG-3’) die duizenden keren herhaald
wordt aan het einde van chromosomen, dit deel vormt de telomeren, welke de
chromosomen beschermen tegen rafeling en verlies van genen. Bij elke celdeling wordt een
telomeer iets korter.
RNA
RNA is enkelstrengs en gebruikt een ander suikermolecuul dan DNA. Ook is de base T niet
aanwezig in RNA: deze wordt vervangen door een U.
2 De functies van DNA, mRNA, tRNA en rRNA
In DNA staan de bouwplannen voor het bouwen van eiwitten. mRNA, tRNA en rRNA spelen
een rol bij de translatie van DNA (zie B1.2).
3 De bepaling van de basenvolgorde in DNA/sequencen
PCR
Bij polymerase chain reaction (PCR, T71M2) wordt het DNA kunstmatig vermenigvuldigd
zodat er daarna miljarden kopieën zijn van óf dezelfde lengte óf elke lengte. Er zijn vier
stappen:
1. De oplossing bevat het originele dubbelstrengs DNA*, losse nucleotiden, primers
(een stukje RNA dat altijd aan een bepaalde volgorde in het DNA bindt, hieraan bindt
DNA-polymerase) en DNA-polymerase. De oplossing wordt verhit naar 94 graden,
waardoor de waterstofbruggen breken.
, 2. De temperatuur wordt gebracht naar 54 graden, waardoor de primers aan het
enkelstrengs DNA binden.
3. De temperatuur wordt gebracht naar 72 graden, waardoor DNA-polymerase vanaf de
primer nieuw DNA maakt.
Deze drie stappen worden herhaald waardoor er uiteindelijk een oplossing ontstaat met
miljarden kopieën DNA. Door aan de oplossing gemodificeerde nucleotiden toe te voegen
ontstaat er elke cyclus een DNA-molecuul van een andere lengte. Bij de gel-elektroforese
scheiden deze moleculen zich vervolgens op lengte, waarna de basenvolgorde afgelezen kan
worden.
*Dit wordt verkregen door restrictie-enzymen te gebruiken: deze knippen DNA in het niet-
coderende deel op een bepaalde vaste plek.
B1.2 Eiwitsynthese
2 Eiwitsynthese
Transcriptie
Bij de transcriptie van DNA (T71F, T71H) wordt een gen overschreven naar mRNA
(messenger RNA, kopie van de coderende streng). De transcriptie gebeurt in een aantal
stappen:
1. RNA-polymerase bindt aan de promotor (D1.1), die zich alleen bevindt op de
matrijsstreng/template.
2. De afleesrichting is 3’ -> 5’ maar het mRNA wordt gevormd van 5’ -> 3’. Het eerste
codon (drie basen die samen coderen voor een aminozuur (tripletcode)) van het
mRNA is altijd het startcodon (AUG) en het laatste codon altijd het stopcodon.
3. De transcriptie stopt bij 3’-TTATTT-5’, waarbij het pre-mRNA en RNA-polymerase
loskoppelt van de matrijsstreng. Er wordt nu een gemethyleerd guanosine molecuul
aan het pre-mRNA gekoppeld, de 5’-cap (capping): deze geeft stabiliteit. Aan de 3’-
kant wordt een levensduurbepalende hoeveelheid A’s (50-250) gekoppeld (poly-
adenylering).
4. Vervolgens worden de introns (C1.1) verwijderd uit het pre-mRNA (splicing),
waardoor de exons (C1.1) overblijven.
Vervolgens wordt het mRNA begeleid uit de kern het cytoplasma in, waarna het terecht
komt bij een ribosoom. Deze bevindt zich bij het (ruw) endoplasmatisch reticulum (ER) en
bestaat uit rRNA (ribosomaal RNA) en eiwitten. Daar vindt de translatie plaats.
Translatie
Bij de translatie van mRNA wordt mRNA ‘vertaald’ naar een aminozuurvolgorde. Dit gaat als
volgt:
1. mRNA bindt aan het kleine deel van een ribosoom, welke zich beweegt richting het
startcodon (5’ -> 3’).
2. tRNA (transport RNA) bindt een complementair anticodon aan het mRNA, tRNA
draagt ook altijd een bepaald aminozuur (afhankelijk van de tripletcode). Nadat de
eerste tRNA gekoppeld is bindt het grote deel van het ribosoom aan het kleine deel.
3. Door een verlengingseiwit wordt een nieuw tRNA gebracht, deze koppelt aan het
volgende triplet.
4. Het aminozuur wordt losgekoppeld en gebonden (peptidebinding) met het volgende
aminozuur.
, 5. Het tRNA waaraan het losse aminozuur gebonden was wordt losgekoppeld van het
mRNA door een translocatie-eiwit.
6. Het ribosoom schuift drie basen op en de stappen 3 t/m 6 worden herhaald.
7. Wanneer het ribosoom bij het stopcodon komt bindt een ontkoppelingseiwit aan het
mRNA en de polypeptideketen, waarna de polypeptideketen losgekoppeld wordt van
het laatste tRNA en het mRNA losgemaakt wordt van het ribosoom, welke in tweeën
splitst.
Vervolgens komt de keten terecht in het ER, waar het omgezet wordt tot een eiwit
(structuur wordt geregeld en koolhydraten gebonden). Daarna gaat het in een blaasje het ER
uit richting het golgi-systeem, waar het de definitieve structuur krijgt, daarna is het een
werkzaam eiwit. Een dierlijk/plantaardig eiwit heet een proteïne.
4 Bouw en werking van een eiwit
De structuur van een eiwit kent vier niveaus (T67H2):
1. Primair. De aminozuurvolgorde. Een ander aminozuur heeft andere zijgroepen,
waardoor de bouw en werking van het eiwit verschilt.
2. Secundair. De aminozuurvolgorde vormt een α-helix (spiraal) of β-plaat (golfplaat).
Deze structuur wordt bepaald door waterstofbruggen tussen N-H en C=O groepen.
3. Tertiair. De 3D-structuur van het eiwit, welke bepaald wordt door
vanderwaalskrachten, H- en S-bruggen en elektrostatische aantrekking.
4. Quaternair. Een structuur van meerdere eiwitten (eiwitcomplex).
B2.1 Homeostase (intern milieu)
1 Kenmerken van bacteriën, virussen en dierlijke/plantaardige cellen
Bacterie (T79A)
Een bacterie is een eencellig micro-organisme. Het heeft een celwand en celmembraan. Los
in het cytoplasma (vloeistof in de cel met opgeloste stoffen en organellen) liggen
cirkelvormig DNA en plasmiden. Een bacterie heeft wel ribosomen maar geen ER. Omdat een
bacterie geen celkern heeft, is het een prokaryoot. Bacteriën hebben aan de buitenkant een
flagel en ciliën/trilharen, waarmee ze zich voort kunnen bewegen.
Virus (T77A)
Een virus leeft niet. Het bestaat uit een dubbelmembraan met daarin DNA/RNA (ligt aan het
virus). Aan de buitenkant van het membraan zitten receptoreiwitten waarmee het virus kan
binden aan een cel.
Plantaardige cel (T79B)
Een plantencel is een eukaryoot, want het heeft een celkern (met kernlichaampje,
kernporiën en chromosomen) ER, golgi-systeem, mitochondriën (T79D) en chloroplasten
(een van de plastiden (bepaalt de kleur door pigmenten) met chlorofyl als pigment) (T79D).
Een plantencel heeft een celwand en celmembraan. In het grondplasma (cytoplasma-
organellen) ligt ook een vacuole (blaas gevuld met vocht en opgeloste stoffen.
Dierlijke cel (T79C)
Een dierlijke cel is een eukaryoot, want het heeft een celkern (met kernlichaampje,
kernporiën en chromosomen) ER, golgi-systeem en mitochondriën (T79D). In het
grondplasma liggen ook lysosomen (blaasje met enzymen dat versleten organellen afbreekt
en afvalstoffen afbreekt), centriolen (spelen een rol bij de celdeling) en het cytoskelet
