Cellen en Weefsels
Deel tentamen 1
Hoofdstuk 5: DNA replicatie
Mutaties zijn nodig voor de overleving van een soort op lange termijn, voor de overleving van
het individu moet de mutatie frequentie laag zijn. Als een cel deelt muteren er daarom geen
of maar een paar nucleotiden.
70 nieuwe mutatie in elk nageslacht. Eiwit coderende sequentie zijn maar een klein deel van
het genoom, de meeste mutaties hebben geen gevolgen.
Mutaties hebben effect op de grootte van coderende sequenties: hoe preciezer de replicatie,
hoe groter je genoom met essentiële genen kan zijn.
5’ 1e fosfaat van deoxyribonucleoside trifosfaat wordt gekoppeld aan 3’ OH groep tijdens
DNA synthese, daarom vindt replicatie altijd van 5’ naar 3’ plaats (op de nieuw
gesynthetiseerde streng).
Leading strand wordt aan één stuk gesynthetiseerd. Lagging strand wordt gesynthetiseerd
m.b.v. Okazaki fragmenten.
Proeflezen door DNA polymerase
1. Voordat de nieuwe nucleotide covalent wordt gebonden aan de groeiende streng
a. De correcte nucleotide heeft een hogere affiniteit voor de bewegende
polymerase dan een incorrecte, omdat de binding energetisch gunstiger is
b. Voordat de nucleotide covalent bindt moet het enzym een conformatie
verandering ondergaan waardoor zijn grip strakker wordt bij de active site;
deze verandering gebeurt sneller bij een correcte base. Incorrecte nucleotiden
zijn moeilijker om toe te voegen en zullen eerder weg diffunderen.
2. Exonucleolytisch proeflezen vindt plaats na covalente binding. De proeflezende
exonuclease bevindt zich op een apart katalytische site in DNA polymerase en haalt
nucleotiden weg totdat een correcte base weer kan paren.
RNA polymerase kan niet proeflezen. Fouten in RNA worden niet doorgegeven aan de
volgende generatie, en defectieve RNA moleculen hebben geen langetermijn significantie.
DNA synthese van 3’ naar 5’
staat proeflezen toe maar
andersom niet. Als een foute
base dan verwijderd zou
worden, zal DNA synthese
meteen getermineerd worden,
omdat de hoge-energie fosfaten
met de foutieve base mee
worden verwijderd. Er is nu geen
hoge-energie binding die de
binding van de goede base kan
katalyseren.
,RNA primers zijn nodig omdat DNA niet zelf een keten kan starten omdat het de mogelijk tot
zelfcorrectie heeft.
De clamp loader is een ATPase en maakt gebruikt van ATP om de clamp om DNA te zetten.
Energie om DNA polymerase te laten voortbewegen komt uit de hydrolyse van nucleotide
trifosfaten (2 difosfaten = 2 monofosfaten).
Eiwitten voor replicatie bevinden zich in replicatie complex.
Bij strand-directed mismatch repair is het belangrijk dat de base van de nieuw
gesynthetiseerde streng vervangen wordt. Prokaryoten: De A van een GATC sequentie
wordt gemethyleerd, maar pas een tijdje nadat de A geïncorporeerd is. Hierdoor hebben
alleen nieuw gesynthetiseerde sequenties achter de replicatie vork geen methylering. Enzym
herkent dit en maakt nicks in de nieuwe streng. Repair mechanismen kunnen deze streng
herkennen en foute basen vervangen. Eukaryoten: nieuw gesynthetiseerde streng bevat nog
nicks: enkelstrengs breuken die nog niet verbonden zijn door DNA ligase.
MutS bindt aan mismatch, MutL (dat aan MutS vast zit) scant voor
nick. Als MutL de nick gevonden heeft triggert het degradatie van de
nick terug naar de mismatch. In prokaryoten maakt MutH een nick in
GATC.
Een verkeerde basepaar zorgt dat het DNA iets meer buigzaam is,
hierdoor te herkennen.
, Topoisomerase I maakt een
enkelstrengs breuk om spanning op één
dubbel helix op te heffen. Bindt met
tyrosine. Gebruikt geen ATP.
Topoisomerase II maakt een dubbelstrengsbreuk op
plekken op het chromosom waar twee dubbele
helixen elkaar kruisen. Het maakt een breuk in één
helix waar de andere dan doorheen kan, vervolgens
wordt de breuk herstelt. Per reactie twee ATP nodig.
ORI bevat specifieke sequenties die initiator eiwitten aantrekken en veel A-T baseparen,
omdat deze uit 2 H-bruggen bestaan (t.o.v. 3 in G-C) en daardoor makkelijker te openen zijn.
DNA replicatie initiatie bij prokaryoten. Initiatie vindt alleen plaats
als er genoeg grondstoffen zijn. Nieuw gesynthetiseerde DNA is
nog niet gemethyleerd waardoor er niet gelijk weer initiatie van de
nieuw gevormde ORI plaatsvindt.
, DNA replicatie eukaryoten. DNA replicatie vindt alleen plaats tijdens de S
fase. Niet alle ORIs worden gelijktijdig geactiveerd.
Menselijk genoom 30.000-50.000 ORIs.
ORIs bevatten een bindingssite voor ORC (origin recognition complex),
sequentie met veel A-T, bindingssite voor eiwitten die de binding van
ORC faciliteren door de chromatine structuur aan te passen. Gedurende
de G1 fase worden de replicatieve helicases op het DNA geload naast
het ORC: samen vormen ze het prereplicatieve complex. Bij de overgang
van de G1 naar de S fase worden de helicases geactiveerd. Door de
opening van het DNA kunnen andere replicatie eiwitten (zoals DNA
polymerase) binden.
Kinases voorkomen de vorming van een nieuw preprelicatief complex
door de fosforylatie van ORC waardoor geen nieuwe helicases kunnen
binden.
Mcm helicase → gefosforyleerd en actief. ORC → gefosforyleerd en
inactief, moet gedefosforyleerd worden om geactiveerd te worden in
volgende G1 fase.
Veel eukaryoten bevatten meerdere kopieën van het gen voor histonen omdat alle histonen
ook verdubbeld moeten worden tijdens de replicatie.
Histon chaperones plaatsen onderdelen van de oude histonen (H3-H4 tetrameren en H2A-
H2B dimeren) in de nieuwe nucleosomen. H3-H4 tetrameren blijven losjes aan het DNA
hangen en worden verdeeld over de dochter strengen, H2A-H2B komen los en worden later
weer vastgekoppeld. Chaperones binden losjes aan sliding clamp. CAF1 laat H3-H4
tetrameren, NAP1 laat H2A-H2B dimeren.
Deel tentamen 1
Hoofdstuk 5: DNA replicatie
Mutaties zijn nodig voor de overleving van een soort op lange termijn, voor de overleving van
het individu moet de mutatie frequentie laag zijn. Als een cel deelt muteren er daarom geen
of maar een paar nucleotiden.
70 nieuwe mutatie in elk nageslacht. Eiwit coderende sequentie zijn maar een klein deel van
het genoom, de meeste mutaties hebben geen gevolgen.
Mutaties hebben effect op de grootte van coderende sequenties: hoe preciezer de replicatie,
hoe groter je genoom met essentiële genen kan zijn.
5’ 1e fosfaat van deoxyribonucleoside trifosfaat wordt gekoppeld aan 3’ OH groep tijdens
DNA synthese, daarom vindt replicatie altijd van 5’ naar 3’ plaats (op de nieuw
gesynthetiseerde streng).
Leading strand wordt aan één stuk gesynthetiseerd. Lagging strand wordt gesynthetiseerd
m.b.v. Okazaki fragmenten.
Proeflezen door DNA polymerase
1. Voordat de nieuwe nucleotide covalent wordt gebonden aan de groeiende streng
a. De correcte nucleotide heeft een hogere affiniteit voor de bewegende
polymerase dan een incorrecte, omdat de binding energetisch gunstiger is
b. Voordat de nucleotide covalent bindt moet het enzym een conformatie
verandering ondergaan waardoor zijn grip strakker wordt bij de active site;
deze verandering gebeurt sneller bij een correcte base. Incorrecte nucleotiden
zijn moeilijker om toe te voegen en zullen eerder weg diffunderen.
2. Exonucleolytisch proeflezen vindt plaats na covalente binding. De proeflezende
exonuclease bevindt zich op een apart katalytische site in DNA polymerase en haalt
nucleotiden weg totdat een correcte base weer kan paren.
RNA polymerase kan niet proeflezen. Fouten in RNA worden niet doorgegeven aan de
volgende generatie, en defectieve RNA moleculen hebben geen langetermijn significantie.
DNA synthese van 3’ naar 5’
staat proeflezen toe maar
andersom niet. Als een foute
base dan verwijderd zou
worden, zal DNA synthese
meteen getermineerd worden,
omdat de hoge-energie fosfaten
met de foutieve base mee
worden verwijderd. Er is nu geen
hoge-energie binding die de
binding van de goede base kan
katalyseren.
,RNA primers zijn nodig omdat DNA niet zelf een keten kan starten omdat het de mogelijk tot
zelfcorrectie heeft.
De clamp loader is een ATPase en maakt gebruikt van ATP om de clamp om DNA te zetten.
Energie om DNA polymerase te laten voortbewegen komt uit de hydrolyse van nucleotide
trifosfaten (2 difosfaten = 2 monofosfaten).
Eiwitten voor replicatie bevinden zich in replicatie complex.
Bij strand-directed mismatch repair is het belangrijk dat de base van de nieuw
gesynthetiseerde streng vervangen wordt. Prokaryoten: De A van een GATC sequentie
wordt gemethyleerd, maar pas een tijdje nadat de A geïncorporeerd is. Hierdoor hebben
alleen nieuw gesynthetiseerde sequenties achter de replicatie vork geen methylering. Enzym
herkent dit en maakt nicks in de nieuwe streng. Repair mechanismen kunnen deze streng
herkennen en foute basen vervangen. Eukaryoten: nieuw gesynthetiseerde streng bevat nog
nicks: enkelstrengs breuken die nog niet verbonden zijn door DNA ligase.
MutS bindt aan mismatch, MutL (dat aan MutS vast zit) scant voor
nick. Als MutL de nick gevonden heeft triggert het degradatie van de
nick terug naar de mismatch. In prokaryoten maakt MutH een nick in
GATC.
Een verkeerde basepaar zorgt dat het DNA iets meer buigzaam is,
hierdoor te herkennen.
, Topoisomerase I maakt een
enkelstrengs breuk om spanning op één
dubbel helix op te heffen. Bindt met
tyrosine. Gebruikt geen ATP.
Topoisomerase II maakt een dubbelstrengsbreuk op
plekken op het chromosom waar twee dubbele
helixen elkaar kruisen. Het maakt een breuk in één
helix waar de andere dan doorheen kan, vervolgens
wordt de breuk herstelt. Per reactie twee ATP nodig.
ORI bevat specifieke sequenties die initiator eiwitten aantrekken en veel A-T baseparen,
omdat deze uit 2 H-bruggen bestaan (t.o.v. 3 in G-C) en daardoor makkelijker te openen zijn.
DNA replicatie initiatie bij prokaryoten. Initiatie vindt alleen plaats
als er genoeg grondstoffen zijn. Nieuw gesynthetiseerde DNA is
nog niet gemethyleerd waardoor er niet gelijk weer initiatie van de
nieuw gevormde ORI plaatsvindt.
, DNA replicatie eukaryoten. DNA replicatie vindt alleen plaats tijdens de S
fase. Niet alle ORIs worden gelijktijdig geactiveerd.
Menselijk genoom 30.000-50.000 ORIs.
ORIs bevatten een bindingssite voor ORC (origin recognition complex),
sequentie met veel A-T, bindingssite voor eiwitten die de binding van
ORC faciliteren door de chromatine structuur aan te passen. Gedurende
de G1 fase worden de replicatieve helicases op het DNA geload naast
het ORC: samen vormen ze het prereplicatieve complex. Bij de overgang
van de G1 naar de S fase worden de helicases geactiveerd. Door de
opening van het DNA kunnen andere replicatie eiwitten (zoals DNA
polymerase) binden.
Kinases voorkomen de vorming van een nieuw preprelicatief complex
door de fosforylatie van ORC waardoor geen nieuwe helicases kunnen
binden.
Mcm helicase → gefosforyleerd en actief. ORC → gefosforyleerd en
inactief, moet gedefosforyleerd worden om geactiveerd te worden in
volgende G1 fase.
Veel eukaryoten bevatten meerdere kopieën van het gen voor histonen omdat alle histonen
ook verdubbeld moeten worden tijdens de replicatie.
Histon chaperones plaatsen onderdelen van de oude histonen (H3-H4 tetrameren en H2A-
H2B dimeren) in de nieuwe nucleosomen. H3-H4 tetrameren blijven losjes aan het DNA
hangen en worden verdeeld over de dochter strengen, H2A-H2B komen los en worden later
weer vastgekoppeld. Chaperones binden losjes aan sliding clamp. CAF1 laat H3-H4
tetrameren, NAP1 laat H2A-H2B dimeren.
