Samenvatting - Cel IV : Moleculaire biologie en genetica

Moleculaire biologie
Hoofdstuk 2: De structuur van DNA
2.1 de primaire structuur

DNA = polymeer van nucleotiden

Nucleotide = suiker met 5 koolstoffen (desoxyribose), fosfaatgroep en
stikstofhoudende base

Nummering met accenten

 5’ C: esterbonding met fosfaatgroep
 3’ C: koppeling van base

Purines  adenine en guanine

- 2 koolstof-stikstof ringen
- Gekoppeld met 9-N aan de 1’ C op het pentose

Pyrimidines  Cytosine en thymine

- Enkele ringstructuur
- Gekoppeld met 1-N aan de 1’ C op het pentose

(RNA  Ook OH-groep op 2’ C  invloed op stabiliteit)

Fosfaatgroep  zure karakter

 Negatieve lading van DNA doordat fosfaatgroep dissocieert bij
fysiologische PH

NOMENCLATUUR

- Base + pentose = nucleoside
- Base + pentose+ fosfaat = nucleotide
 + 1 fosfaat = nucleoside monofosfaat
 + 2 fosfaat = nucleoside difosfaat
 + 3 fosfaat = nucleoside trifosfaat

VORMING FOSFODIËSTERBINDING

Nucleotiden polymeriseren door condestatierecties

 OH-groep op 3’C van pentose reageert met fosfaatgroep op 5’C van
pentose ander nucleotide
 Vorming fosfodiësterbinding (covalente binding  zeer stabiel)
 Eliminatie van 1 molecule water en 2 fosfaatgroepen (pyrofosfaat)
 5’-3’ polariteit
 Na vorming binding: 1 zuurstof van de fosfaatgroep is nog negatief
geladen

,Maat voor lengte van dubbelstrengig DNA = aantal basenparen (bp)

Korte enkelstrengige DNA moleculen = oligonucleotiden



2.2 Secundaire structuur

Zwakke krachten

- Waterstofbruggen tussen basen van 2 complementaire DNA
strengen
 H atoom wordt gedeeld door 2 elektronegatieve atomen
 Dragen bij aan stabiliteit dubbele helix
 Basenparing tussen A-T en C-G = ‘watson-Crick’ of
complementaire basenparing
 Tussen A-T  2 H-bruggen
 Tussen C-G  3 H-bruggen

Basen zijn apolair  slecht oplosbaar in water

 Eens basen zijn ingebouwd in nucleotide, wel polair

DNA-helix: gepaarde, relatief vlakke basen hebben de neiging om zich op
elkaar te stapelen = base stacking

 Verdrijven van watermoleculen uit binnenste van de dubbele helix
 Hydrofobe basen zijn dicht op elkaar gestapeld  stabilisatie door
elektrostatische interacties (VdW)

Zwakke krachten ontstaan doordat elektronen constant in beweging zijn
en de atomen kleine asymmetrie in lading bezorgen

 Lading fluctueert doorheen tijd

Glycosidische bindingen  verbinden de basenpaar met deoxyribose
suikers

 Liggen niet perfect tegenover elkaar
 Suiker-fosfaatruggengraten liggen niet op gelijke afstanden van
elkaar liggen
 Grote groeve van de helix: rol in sequentiespecifieke interacties
tussen DNA en eiwitten
 eiwitten lezen chemische informatie in de groeve af
 N- en O-atomen van de basen in de grote groeve kunnen H-
bruggen aangaan met de zijketens van de AZ van DNA-
bindende eiwitten
 kleine groeve van de helix: minder chemische informatie; minder
vaak specifieke eiwit-DNA interacties

,KENMERKEN SECUNDAIRE DNA (Watson en Crick)

- DNA = dubbelstrengige helix (door H-bruggen samengehouden) A –
T en C – G
- DNA helix is rechtshandig
- Helix is anti-parallel = 5’ uiteinde ene streng is gepaard met 3’ van
complementaire streng
- Basenparen en buitenranden van de basen zijn betrokken in H-
bruggen
 Zodat DNA interacties kan aangaan met ander moleculen
(voor transcriptie en translatie)

2.3 Denaturatie en renaturatie

Denaturatie = DNA strengscheiding

 DNA verwarmen: H-bruggen verbroken tussen basenparen
 Fosfodiësterbindingen blijven intact
 Wordt spectrofotometrisch gemeten
o Basen absorberen UV licht bij λ = 260 nm
o Absorptie bij enkelstrengig DNA is 2 maal sterker dan bij
dubbelstrengig DNA
o Tijdens smelten neemt capaciteit om UV licht te absorberen
toe = hyperchromiciteit
 Smelttemperatuur (Tm) = waarbij de helft van de basenparen in een
dubbelstrengige DNA gedenatureerd zijn
o Bepaald door G – C gehalte
 Ook door zoutconcentratie te verlagen: minder kationen aanwezig
om de negatieve lading van de fosfaatgroep te neutraliseren
o Ruggengraten van de 2 DNA stengen gaan elkaar afstoten
o DNA kan bij lage temperatuur denatureren
 Hoge PH
 Organische solventen

Renaturatie = annealing

 Afkoelen: complementaire DNA strengen zullen elkaar terug vinden
en nieuwe dubbele helix vormen
 2 complementaire DNA strengen van verschillende oorsprong laten
basenparen = hybridisatie
 Snelheid is afhankelijk van de oorspronkelijke DNA concentratie
 Renaturatiesnelheden vergelijken: ‘cot’curves
o Humaan DNA  verschillende buigpunten want mengsel van
verschillende types DNA
 Hoog repetitief
 Gemiddeld repetitief

,  Uniek DNA
o Bacterie (E. Coli)  geen repeterende sequenties
o Sequenties die verschillende keren voorkomen in DNA mengsel
 meer kans op terugvinden complement  lagere Cot-
waarde



2.4 tertiaire structuur

Lange DNA moleculen  makkelijk omwentelingen bijkrijgen of verliezen

 Door lokaal ontwinden van DNA dubbele helix tijdens replicatie
 Door binding van DNA aan bepaalde eiwitten
 Indien de uiteinden van de eiwitten niet vrij kunnen bewegen:
torsionele stress en extra windingen
= supercoiling

Circulair DNA = 2 cirkels enkelstrenig DNA die om elkaar gedraaid zijn

 Positieve vs negatieve supercoiling

DNA eukaryoten  dubbele helix is 2x in linkshandige spiraal rond
nucleosoom gewonden = negatieve supercoiling DNA

 Gestabiliseerd door zwakke interacties tussen DNA en DNA-bindende
eiwitten