8.1 De structuur van DNA
Het erfelijk materiaal is opgeslagen in de vorm van chromatine. Chromatine
bestaat uit nucleosomen, dit zijn de plaatsen waar de DNA-streng zich om
bepaalde eiwitten (histonen) windt. De nucleosomen zijn met elkaar
verbonden door stukjes los DNA. Ze liggen als een spiraal opgewonden.
Nucleosomen dienen twee doelen. Ten eerste zorgen ze ervoor dat het 2
meter lange DNA-molecuul in de celkern past. Ten tweede is de code in het
DNA rond de nucleosomen afgeschermd, waardoor deze delen van het DNA niet gebruikt worden als
ze niet nodig zijn in cellen. Bepaalde enzymen kunnen een nucleosoom verschuiven.
Tussen twee celdelingen in is chromatine zichtbaar als een korrelige structuur. Dat komt doordat op
sommige plaatsen het chromatine heel dicht opeengepakt is en inactief (heterochromatine) en op
andere plaatsen veel minder compact en actief (euchromatine).
DNA is een polymeer van een lange keten nucleotiden. Elke
nucleotide bestaat uit een suiker (desoxyribose), een
fosfaatgroep en een stikstofbase. Er zijn vier stikstofbasen:
adenine, thymine, guanine en cytosine. Aan elke desoxyribose is
een stikstofbase verbonden. De desoxyribosemoleculen zijn met
elkaar verbonden door fosfaatgroepen.
A - T en G - C zijn complementaire basen. De basen worden onderling verbonden door H-bruggen. Bij
de lange zijde (de desoxyribose-fosfaatketen) is de oriëntatie van de desoxyriboses precies
omgekeerd aan die van de tegenover elkaar liggende ketens. Dit heeft te maken met hoe de
nucleotiden bij de vorming van het DNA aan elkaar gekoppeld worden (altijd van het 5'C-atoom naar
het 3'C-atoom van desoxyribose).
In de volgorde van de basen is de erfelijke informatie van een bepaald organisme vastgelegd. Een
stukje DNA dat de erfelijke code bevat om eiwitten te synthetiseren heet een gen. Een gen levert de
instructie voor een opbouw van een eiwit (vaak enzym) en daarmee voor een erfelijke eigenschap. In
het HUGO-project (‘Human Genome Organisation’) werden de genen van de mens in kaart gebracht.
Het aantal genen is geen maat voor complexiteit. De wijze waarop de erfelijke informatie is
vastgelegd, is universeel. Chloroplasten en mitochondria bezitten ook een DNA-molecuul.
Replicatie: verdubbeling van het DNA
De kant van de fosfaatgroep noemen we de 5’-kant van de nucleotide; de kant van de desoxyribose
is de 3’-kant. In de dubbele helix is de richting van de ene streng altijd tegengesteld aan de andere.
In de interfase verdubbelt het DNA zich. Bij eukaryoten wordt de DNA-dubbelspiraal op verschillende
plaatsen opengeritst door helicase. Dit enzym verbreekt de waterstofbruggen. De plaats waar het
openritsen begint, ziet eruit als een Y-vormige structuur en wordt de replicatievork genoemd. Langs
de gedeelten DNA die nu enkelstrengs zijn, komen complementaire nucleotiden te liggen.
DNA-polymerase koppelt nucleotiden aan elkaar. Dit enzym gaat in de 3'-5'-richting. Dus de nieuwe
keten wordt in de 5'-3'-richting gevormd. Omdat complementaire DNA-ketens een tegengestelde
richting hebben, wordt langs de 'leidende streng' ('leading strand') continu nieuw DNA gevormd.
Langs de 'volgende streng' ('lagging strand') worden de Okazaki-fragmenten (stukjes nieuwe DNA)
aan elkaar geplakt. De Okazaki-fragmenten worden aan elkaar gekoppeld door het enzym ligase.
, Polymerase-kettingreactie
De polymerase-kettingreactie, PCR, is een methode om kleine stukjes DNA
te kopiëren tot er genoeg is om het DNA te bouwen en te analyseren. Voor
deze methode is nodig:
• DNA-polymerase
• het stuk DNA dat gekopieerd moet worden
• heel veel nucleotiden (A, C, G en T)
• Primers (twee stukjes enkelstrengs DNA dat op de begin- of
eindnucleotide past)
De ingrediënten worden in een container in de PCR-machine geplaatst.
Tijdens de PCR-cyclus wordt het stukje DNA één keer gekopieerd. De PCR-
cyclus bestaat uit drie stappen:
Stap 1: DNA denatureert bij 95°C en de strengen gaan uit elkaar. (30 sec)
Stap 2: de temperatuur wordt verlaagd; de primers binden. (30 sec)
Stap 3: DNA-polymerase en de nucleotiden worden toegevoegd bij 72°C.
Vanuit de primers worden nieuwe strengen gevormd (verlenging). (1 min.)
Het hier gebruikte DNA-polymerase is afkomstig van bacteriën die in hete bronnen leven. Na 30 cycli
is er genoeg DNA om te gebruiken bij gelelektroforese. Hoe meer G-C, des te langer het duurt, G en C
zitten steviger aan elkaar. Ook de totale lengte van de keten heeft invloed op de tijd.
Het belangrijkste principe in genetica: binding A - T en C - G (complementariteit), vormt de grondslag
van de celdeling en de voortplanting. Hierop is de PCR-methode gebaseerd. Doelen PCR-methode:
• Kloneren van DNA om van ene naar andere organisme te brengen (genetische modificatie).
• Analyseren van DNA-monsters bij forensisch onderzoek.
• Verwantschap nagaan
• Bij infectieziekten de ziekteverwekker aantonen
Moderne PCR-machines zijn sterk geautomatiseerd. Vanaf het starten
tot het aflezen van de uitkomst zit twee uur.
Sequensen
DNA-sequensen is het vaststellen van de nucleotidenvolgorde van DNA.
Voorafgaand wordt het stuk DNA miljoenen malen gekopieerd. Bij het
sequensen worden er veel nucleotiden en een kleiner aantal
dideoxynucleotiden toegevoegd. Dit lijkt op een normaal nucleotide,
maar heeft een H-groep in plaats van een OH-groep aan het 3‘-eind.
Zodra een dideoxynucleotide wordt ingebouwd, stopt de replicatie.
Als er een ddT, ddA, ddC of ddG wordt ingebouwd, stopt de replicatie.
Alle ketens zijn op dezelfde plaats begonnen. Er ontstaat een
verzameling van miljoenen DNA-fragmenten van alle mogelijke lengtes.
Met gelelektroforese worden de DNA-fragmenten op grootte
gescheiden. Er is aan de ddnucleotides een fluorescerende groep gehecht. De kleinste fragmenten
zakken het verst naar beneden. De plaats en afstand tonen de grootte. Door de plaats te bepalen
krijg je de hele DNA-sequentie in beeld. Als de kortste keten eindigt met een ddT, zit daar dus een T
in de DNA-keten. Zo kun je de totale nucleotidenvolgorde achterhalen.
De meeste ziekten zijn multifactorieel overerfbaar. Genen, levensstijl en omgevingsfactoren spelen
een rol.
Het erfelijk materiaal is opgeslagen in de vorm van chromatine. Chromatine
bestaat uit nucleosomen, dit zijn de plaatsen waar de DNA-streng zich om
bepaalde eiwitten (histonen) windt. De nucleosomen zijn met elkaar
verbonden door stukjes los DNA. Ze liggen als een spiraal opgewonden.
Nucleosomen dienen twee doelen. Ten eerste zorgen ze ervoor dat het 2
meter lange DNA-molecuul in de celkern past. Ten tweede is de code in het
DNA rond de nucleosomen afgeschermd, waardoor deze delen van het DNA niet gebruikt worden als
ze niet nodig zijn in cellen. Bepaalde enzymen kunnen een nucleosoom verschuiven.
Tussen twee celdelingen in is chromatine zichtbaar als een korrelige structuur. Dat komt doordat op
sommige plaatsen het chromatine heel dicht opeengepakt is en inactief (heterochromatine) en op
andere plaatsen veel minder compact en actief (euchromatine).
DNA is een polymeer van een lange keten nucleotiden. Elke
nucleotide bestaat uit een suiker (desoxyribose), een
fosfaatgroep en een stikstofbase. Er zijn vier stikstofbasen:
adenine, thymine, guanine en cytosine. Aan elke desoxyribose is
een stikstofbase verbonden. De desoxyribosemoleculen zijn met
elkaar verbonden door fosfaatgroepen.
A - T en G - C zijn complementaire basen. De basen worden onderling verbonden door H-bruggen. Bij
de lange zijde (de desoxyribose-fosfaatketen) is de oriëntatie van de desoxyriboses precies
omgekeerd aan die van de tegenover elkaar liggende ketens. Dit heeft te maken met hoe de
nucleotiden bij de vorming van het DNA aan elkaar gekoppeld worden (altijd van het 5'C-atoom naar
het 3'C-atoom van desoxyribose).
In de volgorde van de basen is de erfelijke informatie van een bepaald organisme vastgelegd. Een
stukje DNA dat de erfelijke code bevat om eiwitten te synthetiseren heet een gen. Een gen levert de
instructie voor een opbouw van een eiwit (vaak enzym) en daarmee voor een erfelijke eigenschap. In
het HUGO-project (‘Human Genome Organisation’) werden de genen van de mens in kaart gebracht.
Het aantal genen is geen maat voor complexiteit. De wijze waarop de erfelijke informatie is
vastgelegd, is universeel. Chloroplasten en mitochondria bezitten ook een DNA-molecuul.
Replicatie: verdubbeling van het DNA
De kant van de fosfaatgroep noemen we de 5’-kant van de nucleotide; de kant van de desoxyribose
is de 3’-kant. In de dubbele helix is de richting van de ene streng altijd tegengesteld aan de andere.
In de interfase verdubbelt het DNA zich. Bij eukaryoten wordt de DNA-dubbelspiraal op verschillende
plaatsen opengeritst door helicase. Dit enzym verbreekt de waterstofbruggen. De plaats waar het
openritsen begint, ziet eruit als een Y-vormige structuur en wordt de replicatievork genoemd. Langs
de gedeelten DNA die nu enkelstrengs zijn, komen complementaire nucleotiden te liggen.
DNA-polymerase koppelt nucleotiden aan elkaar. Dit enzym gaat in de 3'-5'-richting. Dus de nieuwe
keten wordt in de 5'-3'-richting gevormd. Omdat complementaire DNA-ketens een tegengestelde
richting hebben, wordt langs de 'leidende streng' ('leading strand') continu nieuw DNA gevormd.
Langs de 'volgende streng' ('lagging strand') worden de Okazaki-fragmenten (stukjes nieuwe DNA)
aan elkaar geplakt. De Okazaki-fragmenten worden aan elkaar gekoppeld door het enzym ligase.
, Polymerase-kettingreactie
De polymerase-kettingreactie, PCR, is een methode om kleine stukjes DNA
te kopiëren tot er genoeg is om het DNA te bouwen en te analyseren. Voor
deze methode is nodig:
• DNA-polymerase
• het stuk DNA dat gekopieerd moet worden
• heel veel nucleotiden (A, C, G en T)
• Primers (twee stukjes enkelstrengs DNA dat op de begin- of
eindnucleotide past)
De ingrediënten worden in een container in de PCR-machine geplaatst.
Tijdens de PCR-cyclus wordt het stukje DNA één keer gekopieerd. De PCR-
cyclus bestaat uit drie stappen:
Stap 1: DNA denatureert bij 95°C en de strengen gaan uit elkaar. (30 sec)
Stap 2: de temperatuur wordt verlaagd; de primers binden. (30 sec)
Stap 3: DNA-polymerase en de nucleotiden worden toegevoegd bij 72°C.
Vanuit de primers worden nieuwe strengen gevormd (verlenging). (1 min.)
Het hier gebruikte DNA-polymerase is afkomstig van bacteriën die in hete bronnen leven. Na 30 cycli
is er genoeg DNA om te gebruiken bij gelelektroforese. Hoe meer G-C, des te langer het duurt, G en C
zitten steviger aan elkaar. Ook de totale lengte van de keten heeft invloed op de tijd.
Het belangrijkste principe in genetica: binding A - T en C - G (complementariteit), vormt de grondslag
van de celdeling en de voortplanting. Hierop is de PCR-methode gebaseerd. Doelen PCR-methode:
• Kloneren van DNA om van ene naar andere organisme te brengen (genetische modificatie).
• Analyseren van DNA-monsters bij forensisch onderzoek.
• Verwantschap nagaan
• Bij infectieziekten de ziekteverwekker aantonen
Moderne PCR-machines zijn sterk geautomatiseerd. Vanaf het starten
tot het aflezen van de uitkomst zit twee uur.
Sequensen
DNA-sequensen is het vaststellen van de nucleotidenvolgorde van DNA.
Voorafgaand wordt het stuk DNA miljoenen malen gekopieerd. Bij het
sequensen worden er veel nucleotiden en een kleiner aantal
dideoxynucleotiden toegevoegd. Dit lijkt op een normaal nucleotide,
maar heeft een H-groep in plaats van een OH-groep aan het 3‘-eind.
Zodra een dideoxynucleotide wordt ingebouwd, stopt de replicatie.
Als er een ddT, ddA, ddC of ddG wordt ingebouwd, stopt de replicatie.
Alle ketens zijn op dezelfde plaats begonnen. Er ontstaat een
verzameling van miljoenen DNA-fragmenten van alle mogelijke lengtes.
Met gelelektroforese worden de DNA-fragmenten op grootte
gescheiden. Er is aan de ddnucleotides een fluorescerende groep gehecht. De kleinste fragmenten
zakken het verst naar beneden. De plaats en afstand tonen de grootte. Door de plaats te bepalen
krijg je de hele DNA-sequentie in beeld. Als de kortste keten eindigt met een ddT, zit daar dus een T
in de DNA-keten. Zo kun je de totale nucleotidenvolgorde achterhalen.
De meeste ziekten zijn multifactorieel overerfbaar. Genen, levensstijl en omgevingsfactoren spelen
een rol.
