17.1: DNA in je cellen:
DNA is een dubbelstrengs, spiraalvormig molecuul, wat de genetische informatie voor het maken van eiwitten
bevat. Het is verdeeld over 46 chromosomen in de celkern, het kern DNA, en het cirkelvormige mitochondriaal
DNA(mtDNA). Elke streng van een DNA-molecuul is 50 tot 250 miljoen nucleotiden lang, samen vormen ze een
dubbele helix. Een nucleotide heeft een fosfaatgroep, suikermolecuul en een stikstofbase. Deoxyribose bestaat
uit 5 genummerde stikstofatomen. De stikstofbase bindt aan de 1’, de fosfaatgroep aan de 5’. Via de
fosfaatgroep is elke nucleotide gekoppeld aan de 3’ C van het volgende nucleotide. Er zijn 4 stikstofbasen;
Adenine, Cytosine, Guanine en Thymine. De basen binden via H-bruggen met basen van de andere streng, door
basenparen zijn beide strengen complementair, de volgorde van de een bepaald die van de ander. De 5’ kant
van de ene streng ligt naast de 3’ kant van de andere streng (met vrije OH-groep).
Het totale DNA van iemand, zijn genoom, bevat zo’n 20.000 genen. Een gen is een stuk DNA met informatie
voor de productie van een of meerdere eiwitten, afhankelijk van de functie v.d. cel zijn verschillende genen
actief. Cellen reageren op hun omgeving, dit vergroot variatie in het aanschakelen van genen. Ieder gen heeft
zijn eigen sequentie, volgorde van stikstofbasen.
Een chromosoom is opgebouwd uit een DNA-molecuul en histonen. Deze structuureiwitten beschermen en
verstevigen de DNA-moleculen. 8 histonen vormen een bolletje, waar een stukje van het DNA omheen is
gewikkeld. De histonen en het gerolde DNA heet een nucleosoom. De verschillende nucleosomen vormen een
dikke chromatinedraad. De draad spiraliseert tot chromatine, waardoor het DNA compact is opgeborgen. Er kan
door laboranten een enzym worden toegevoegd wat histonen verwijdert, waardoor het DNA vrijkomt.
Een mitochondrium heeft 5-10 cirkelvormige moleculen mtDNA, met 37 genen. 13 coderen voor eiwitten voor
aerobe dissimilatie, de rest voor rRNA(bouwstenen ribosomen) en tRNA(transport aminozuren). Het mtDNA
erft alleen over van de moeder, omdat alleen de kern van de zaadcel de eicel binnendringt.
Het niet-coderende DNA codeert niet voor eiwitten, maar produceert bijvoorbeeld rRNA of tRNA, of regelt het
aan- en uitschakelen van genen in het coderende DNA. In het DNA komen herhalingen voor van series
nucleotiden, het repetitief DNA (2/3 van het genoom). Ze komen aaneengeschakeld voor, maar ook verspreid in
het chromosoom. STR’s (short tandem repeat) van 2 tot 10 nucleotiden spelen een rol bij
verwantschapsonderzoek en forensisch onderzoek. Doordat chromosomen in paren voorkomen, heeft iedereen
van een bepaalde STR 2 exemplaren. Bij verwantschapsonderzoek vergelijkt een analist allelen van STR’s van
verschillende personen. Forensische laboratoria gebruiken bv tetranucleotide GATA voor onderzoek, ze brengen
de locaties in kaart wat een DNA-profiel oplevert.
17.2: DNA kopiëren:
Tijdens de S-fase vindt DNA-replicatie plaats. Een enzymcomplex verbreekt op 1 punt de H-bruggen tussen
DNA-strengen, en helicasen ritsen het DNA verder open waardoor replicatievorken ontstaan. Primase maakt
een primer op het startpunt vast van zo’n twintig ribonucleotiden, en vanaf daar vormt DNA-polymerase een
nieuwe streng. Het enzym leest de nucleotiden in de 3’ -> 5’ richting, de leesrichting. Het enzym vormt in de 5’-
>3’ richting een leidende streng. DNA-polymerase koppelt de nucleotiden aan elkaar tot een continue reeks. In
de andere richting wordt geen continue streng gevormd. De replicatie verloopt dan in kleine stukjes, dit levert
de volgende streng op. Primase plaatst een RNA-primer naast het startpunt, en gaat dan in de 3’->5’ richting
DNA vormen, dit gaat dus achteruit. Het stukje heet een Okazaki-fragment. Helicase ritst het verder open, en
nieuwe primers vormen op kleine afstand ernaast. Een ander type DNA-polymerase vervangt de RNA-
nucleotiden van de primers door DNA-nucleotiden. Ligase koppelt de Okazaki-fragmenten aan elkaar, en er is
een laatste check. Dit is semi-conservatief, elk molecuul heeft een oude en een nieuwe streng.
Bij DNA-analyse met de PCR-methode is replicatie het uitgangspunt. Het te kopiëren DNA, primers, speciaal
DNA-polymerase en vrije DNA-nucleotiden worden in de machine gestopt. De primers zijn complementair met
de 3’ kanten van het target DNA. Bij 95 °C verbreken de H-bruggen, dan verlaagt de temperatuur naar 52 °C en
binden de DNA-primers. De temperatuur stijgt naar 72 °C, en Taq-polymerase, hittebestendig, verlengt de
nieuwe ketens met dNTP’s van 5’ -> 3’. Daarna worden de DNA-fragmenten gescheiden op basis van grootte. Ze
worden in een elektrisch veld gebracht, van – naar +. Kleine fragmenten bewegen sneller naar de positieve
pool, en ze worden gesorteerd. Capillairelektroforese is een andere variant, een detector geeft dan een piek als
moleculen van een bepaalde grootte passeren, waardoor een grafiek ontstaat.
17.3: De vorming van polypeptideketens:
Informatie uit het DNA wordt door mRNA naar het grondplasma gebracht. RNA is een enkelstrengs
nucleïnezuur, en heeft U in plaats van T. Een mRNA-molecuul bevat de informatie van 1 gen. Transcriptie, van
DNA naar mRNA, start met aankoppelen van RNA-polymerase. Dit gebeurt zo’n 25 baseparen voor het gen bij
de promotor, regelt activeren van het gen en het startpunt van transcriptie. De koppelplaats ligt bij 3’ TATAAA
5’, de TATA-box aan het begin v.d. promotor. Transcriptie vindt door de promotor altijd plaats aan de
matrijsstreng of template. RNA-polymerase schuift na binding van 3’ ->5’ over het DNA, waarbij RNA-
, nucleotiden gekoppeld worden in de 5’ ->3’ richting. Het gevormde RNA heeft dezelfde code als de coderende
streng, alleen met U’s. Veel RNA-polymerasen gaan na elkaar, veel mRNA wordt dus geproduceerd. RNA-
polymerase stopt bij TTATTT, eiwitten koppelen de RNA-polymerase en mRNA-keten los van de template. Het
heet nu pre-mRNA. Op de uiteinden zit een niet-coderend deel, en er zijn nog bewerkingen. Het coderende
deel begint met het startcodon, AUG, en eindigt met het stopcodon. Aan de 3’-kant komt een poly-A-staart, van
50-250 A’s. Die staart slijt, en verkort de levensduur van het molecuul. Aan het 5’ begin verbinden enzymen
tijdens transcriptie een guaninenucleotide met CH3, de 5’ cap. Deze maakt het mRNA stabieler en speelt een rol
bij vervoer en starten van translatie. De introns, delen die niet coderen, worden bij eukaryoten verwijderd,
splicing. De exons koppelen aaneen en vormen met de cap en poly-A-staart het definitieve mRNA. Eén gen kan
meerdere mRNA’s opleveren, niet alle exons komen erin terecht.
Het vertalen van mRNA naar aminozuren heet translatie. Het vind plaats in de ribosomen. Ribosomen bestaan
uit twee delen, het kleine deel bindt aan mRNA en het grote deel leest het af. De genetische code van het
mRNA bepaald welke aminozuren worden gekoppeld. Drie RNA-nucleotiden (triplet), een codon, vormt de code
voor een aminozuur. Er zijn twintig aminozuren, meerdere codons beschikbaar. De 5’ cap koppelt aan het
ribosoom, en het kleine deel schuift in de 5’ ->3’ richting tot het startcodon. Dan start translatie. Voor elk
aminozuur is er minimaal 1 specifiek tRNA. Aan de bovenzijde v.d. klaverbladstructuur bindt steeds hetzelfde
aminozuur, aan de onderkant zit een anticodon waarmee het vasthecht aan mRNA. 3’UAC 5’ hoort bij AUG, en
vormt methionine. Dit wordt later vaak weer afgekoppeld. Na het aankoppelen van methionine koppelt het
grote deel van het ribosoom vast, en de translatie gaat verder. Een nieuw tRNA hecht aan het volgende triplet,
en het ribosoom verbind methionine aan het aminozuur van het 2 e tRNA. De 1e laat dan los. Het ribosoom
schuift een triplet op in de 5’ ->3’ richting, en een aminozuurketen ontstaat. Bij het stopcodon bindt een
ontkoppelingseiwit aan mRNA, en komen de polypeptideketen en het mRNA los van het ribosoom. Aan 1 mRNA
kunnen meerdere ribosomen tegelijk binden. Niet voor alle codons is een tRNA beschikbaar, de derde
stikstofbase werkt vaak als wiebelbase. tRNA kan dus koppelen aan tripletten waarvan het laatste nucleotide
verschilt. Ongeschikt voor forensisch onderzoek dus.
17.4: Het belang van de nucleotidevolgorde:
Het bepalen van de nucleotidevolgorde heet sequencen, PCR en dan elektroforese. Bij PCR gebruikt de analist
nu ook ddNTP’s, ze lijken op normale dNTP’s maar hebben geen OH-groep aan de 3’-kant. Om voldoende
sequencekopieën te vormen, moet de dNTP-concentratie ongeveer 100x groter zijn dan die van ddNTP. Na
inbouw van een ddNTP kan geen nieuwe nucleotide meer worden toegevoegd door Taq-polymerase, hydrolyse
is niet meer mogelijk. Elk ddNTP heeft een andere kleur. Er ontstaat een groot aantal fragmenten met
verschillende lengtes, en allemaal een ddNTP aan het eind. Ieder label fluoresceert met een andere kleur, zodat
bepaald wordt over welke het gaat. Sorteren kan op twee manieren, via gel- of capillairelektroforese. Voor
gelanalyse wordt de PCR-methode in viervoud gedaan, steeds met een andere ddNTP. De complementaire
nucleotiden van de ddNTP-volgorde vormen de code van het onderzochte DNA-fragment.
Door te sequencen komen mutaties ook beter aan het licht. Bij puntmutatie is er maar één nucleotide
veranderd. Bij een substitutie is een basenpaar vervangen door een ander. Bij deletie ontbreekt er één
basenpaar, bij insertie is er een paar toegevoegd. Door een onjuist gerepareerde breuk kan de bouw van een
chromosoom veranderen, een chromosoommutatie. Delen van een chromosoom verdwijnen, deletie, geven
een duplicatie(verdubbeling) of een inversie(omkering). Bij een translocatie zit een deel van het ene
chromosoom vast aan het andere. Bij genoommutaties ontstaan er cellen met afwijkend aantal chromosomen,
soms met verandering in ploïdieniveau. Mutaties kunnen spontaan optreden, maar er zijn ook mutagene
factoren die de kans op mutaties verhogen, zoals mutagene straling of stoffen. Mutaties hebben alleen effect in
het coderende deel van het DNA, en dan nog niet eens per se. Het kan in een intron gebeuren of om de
wiebelbase gaan. Leidt een mutatie tot het ontstaan van een stopcodon, dan ontstaat een verkort, misschien
niet functionerend eiwit. Een leesraamverschuiving of frame shift mutatie treedt op bij insertie of deletie
waardoor de codons verschuiven. Als het geen veelvoud van drie is, verandert de hele aminozuurvolgorde. Dit
geldt ook voor chromosoommutaties, deletie of translocatie heeft vaak wel effect, maar duplicatie niet per se.
Een mutatie in de geslachtscel komt in alle cellen terecht, maar in één of enkele cellen geeft de mutatie vaak
geen problemen. In mutaties die de celcyclus regelen is dit anders, bijvoorbeeld tumorsuppressorgenen. Dat
kan leiden tot ongecontroleerde celdeling, en daardoor tumorvorming. Ze coderen voor eiwitten die de
celdeling remmen of apoptose stimuleren. Proto-oncogenen hebben een tegengestelde functie, ze coderen
voor eiwitten die celdeling stimuleren. Een mutatie levert oncogenen op, ze stimuleren celdeling zonder
correcte regulatie. Mutaties kunnen STR’s ook aanpassen. Er is ook een DNA-repairsysteem, enzymen die
beschadigingen opzoeken en herstellen voordat ze gevolgen hebben. Nuclease knipt het beschadigde DNA
eruit, DNA-polymerase vult het gat op en ligase plakt de delen weer aan elkaar.
Bij gentherapie wil de arts een gemuteerd gen vervangen, met een virus. Het intacte gen wordt uit geïsoleerd
