Hoofdstuk 17 DNA
De bouw van DNA
- DNA is een dubbelstrengs, spiraalvormig molecuul. Het bevat de genetische informatie voor het
maken van eiwitten. Die eiwitten spelen een rol bij het tot stand komen van erfelijke
eigenschappen. Het DNA in menselijke cellen is verdeeld over de 46 chromosomen in de celkern,
het kern DNA, en het cirkelvormige mitochondriaal DNA -> mtDNA, in de mitochondriën.
- Een DNA-molecuul bestaat uit twee strengen. Samen vormen ze een dubbele helix. Een DNA-
nucleotide bestaat uit een fosfaatgroep, een suiker-molecuul -> deoxyribose en een stikstofbase.
Deoxyribose bestaat uit vijf C-atomen die in een vaste volgorde genummerd zijn. In het DNA-
nucleotide vormt het eerste C-atoom (1') van de deoxyribose een binding met de stikstofbase en
het vijfde C-atoom (5') een binding met de fosfaatgroep. Elk nucleotide in een streng is via zijn
fosfaatgroep gekoppeld aan het 3' C-atoom van de deoxyribose van het nucleotide ernaast.
- In het DNA komen vier verschillende stikstofbasen voor: adenine (A), cytosine (C), guanine (G) en
thymine (T). De stikstofbasen van de ene streng
binden via H-bruggen met de stikstofbasen van
de tegenoverliggende streng. Hierbij vormt A
altijd een binding met T via twee H-bruggen
terwijl de basen C en G verbonden zijn via drie
H-bruggen. Door deze vaste combinatie van
basenparen zijn beide strengen in een DNA-
molecuul complementair -> de volgorde in de
ene streng bepaalt de volgorde in de andere
streng en andersom. De 5' kant (met de vrije
fosfaatgroep) van de ene streng ligt naast de 3'
kant (met de vrije OH-groep) van de andere
streng.
- Een gen is een stuk DNA met informatie voor de
productie van een of meerdere eiwitten. Alle
cellen hebben hetzelfde DNA, maar afhankelijk
van hun functie zijn verschillende genen actief.
- Cellen reageren op hun omgeving, wat de variatie in het aanschakelen van genen vergroot. De
DNA-code in de genen ligt vast in de volgorde van de stikstofbasen. Ieder gen heeft zijn eigen
sequentie van afwisselend A's, C's, G's en T's. De gencode voor eiwitten beslaat slechts 1,5 tot 2%
van het totale DNA van een organisme.
De bouw van chromosomen
- Een chromosoom is opgebouwd uit een DNA-molecuul en histonen. Deze speciale
structuureiwitten verstevigen en beschermen de DNA-moleculen bij eukaryoten in de kern. Acht
histonen vormen samen een bolletje waar een deel van het DNA-molecuul omheen is gerold. Het
H1 histon houdt het als een veiligheidsspeld bij elkaar. Het geheel van de histonen en het
eromheen gerolde DNA heet een nucleosoom. De histonen van de verschillende nucleosomen
koppelen met elkaar tot een dikke chromatinedraad. Deze draad spiraliseert tot chromatine,
waardoor het DNA-molecuul compact in de celkern is opgeborgen.
, - Om zuiver DNA te krijgen voegt de laborant zouten en een eiwit verterend enzym -> protease, toe
aan het geïsoleerde DNA. Dit verwijdert de histonen en maakt het DNA geschikt om verder te
verwerken.
Overerving mitochondriaal DNA
- DNA zit niet alleen in de celkern, maar ook als cirkelvormige moleculen in de mitochondriën. Ook
bacteriën bevatten cirkelvormige DNA-moleculen. Een mitochondrium heeft 5 tot 10
cirkelvormige moleculen mitochondriaal DNA -> mtDNA. Het mtDNA bevat 37 genen, waarvan 13
coderen voor eiwitten die betrokken zijn bij de aerobe dissimilatie; de rest codeert voor RNA en
tRNA -> transporteert aminozuren. Evenals vrijwel alle cellen in je lichaam bevatten ook
zaadcellen en eicellen mitochondriën. Bij de bevruchting van een eicel dringt in het algemeen
uitsluitend de kern van de zaadcel in de eicel. De zygote bevat dus geen mitochondriën van de
zaadcel. Het mtDNA erft, via de eicel, over van moeder naar zowel zonen als dochters.
Onderzoekers gebruiken daarom mtDNA bij het bepalen van de afstamming via de moederlijke
lijn. Mitochondriale overerving kan leiden tot een ander overervingspatroon dan volgens de
wetten van Mendel.
De rol van STR's
- Het grootste deel van het DNA, het niet-coderende DNA, codeert niet voor eiwitten maar heeft
een andere functie, bijvoorbeeld het produceren van RNA of tRNA of het regelen van het aan- en
uitschakelen van de genen in het coderende DNA.
- In het DNA, meestal in het niet-coderende deel, komen herhalingen voor van series nucleotiden -
> repetitief DNA. De herhalingen komen aaneengeschakeld achter elkaar voor, maar ook
verspreid in het chromosoom. Ongeveer twee derde van het menselijk genoom bestaat uit
repetitief DNA. Het aantal nucleotiden in een herhaling varieert van twee tot enkele duizenden.
Korte repeats van twee tot tien nucleotiden, de zogeheten STR's -> short tandem repeats, spelen
bij verwantschapsonderzoek en forensisch onderzoek een rol. Er is een grote variatie aan
herhalingen. Omdat chromosomen in de cellen in paren voorkomen, heeft iedereen van een
bepaalde STR twee exemplaren, soms gelijk, meestal verschillend. Net als bij genen spreken
onderzoekers bij STR's over allelen. Bij verwantschapsonderzoek vergelijkt een analist de allelen
van STR's afkomstig van chromosomen van verschillende personen.
- Forensische laboratoria gebruiken onder andere het tetranucleotide GATA voor onderzoek. In de
meeste landen brengen de laboratoria deze STR's op 13 plaatsen in het DNA in kaart, wat een
DNA-profiel oplevert. Er is een vaste schrijfwijze.
DNA-verdubbeling in een cel
- In een celcyclus verdubbelen de DNA-moleculen zich tijdens de S-fase via DNA-replicatie. Het
proces start op veel plaatsen tegelijk, wat de totale replicatietijd sterk verkort. Een
enzymencomplex verbreekt op een startpunt de H-bruggen tussen beide DNA-strengen.
Helicasen ritsen naar beide kanten toe het DNA verder open. Zo ontstaan twee openingen, de
replicatievorken. Primase -> een RNA-polymerase, maakt op het startpunt een primer vast van
zo'n twintig ribonucleotiden -> RNA, dus met ribose en uracil; rood gekleurd. Vanaf de primer
vormt het enzym DNA-polymerase een nieuwe streng DNA. Door zijn ruimtelijke structuur kan
het enzym maar op één manier aan de DNA-streng hechten. Het enzym leest de nucleotiden van
de DNA-streng alleen in 3'-5' richting -> dit is de leesrichting. Het enzym vormt in 5'-3' richting
De bouw van DNA
- DNA is een dubbelstrengs, spiraalvormig molecuul. Het bevat de genetische informatie voor het
maken van eiwitten. Die eiwitten spelen een rol bij het tot stand komen van erfelijke
eigenschappen. Het DNA in menselijke cellen is verdeeld over de 46 chromosomen in de celkern,
het kern DNA, en het cirkelvormige mitochondriaal DNA -> mtDNA, in de mitochondriën.
- Een DNA-molecuul bestaat uit twee strengen. Samen vormen ze een dubbele helix. Een DNA-
nucleotide bestaat uit een fosfaatgroep, een suiker-molecuul -> deoxyribose en een stikstofbase.
Deoxyribose bestaat uit vijf C-atomen die in een vaste volgorde genummerd zijn. In het DNA-
nucleotide vormt het eerste C-atoom (1') van de deoxyribose een binding met de stikstofbase en
het vijfde C-atoom (5') een binding met de fosfaatgroep. Elk nucleotide in een streng is via zijn
fosfaatgroep gekoppeld aan het 3' C-atoom van de deoxyribose van het nucleotide ernaast.
- In het DNA komen vier verschillende stikstofbasen voor: adenine (A), cytosine (C), guanine (G) en
thymine (T). De stikstofbasen van de ene streng
binden via H-bruggen met de stikstofbasen van
de tegenoverliggende streng. Hierbij vormt A
altijd een binding met T via twee H-bruggen
terwijl de basen C en G verbonden zijn via drie
H-bruggen. Door deze vaste combinatie van
basenparen zijn beide strengen in een DNA-
molecuul complementair -> de volgorde in de
ene streng bepaalt de volgorde in de andere
streng en andersom. De 5' kant (met de vrije
fosfaatgroep) van de ene streng ligt naast de 3'
kant (met de vrije OH-groep) van de andere
streng.
- Een gen is een stuk DNA met informatie voor de
productie van een of meerdere eiwitten. Alle
cellen hebben hetzelfde DNA, maar afhankelijk
van hun functie zijn verschillende genen actief.
- Cellen reageren op hun omgeving, wat de variatie in het aanschakelen van genen vergroot. De
DNA-code in de genen ligt vast in de volgorde van de stikstofbasen. Ieder gen heeft zijn eigen
sequentie van afwisselend A's, C's, G's en T's. De gencode voor eiwitten beslaat slechts 1,5 tot 2%
van het totale DNA van een organisme.
De bouw van chromosomen
- Een chromosoom is opgebouwd uit een DNA-molecuul en histonen. Deze speciale
structuureiwitten verstevigen en beschermen de DNA-moleculen bij eukaryoten in de kern. Acht
histonen vormen samen een bolletje waar een deel van het DNA-molecuul omheen is gerold. Het
H1 histon houdt het als een veiligheidsspeld bij elkaar. Het geheel van de histonen en het
eromheen gerolde DNA heet een nucleosoom. De histonen van de verschillende nucleosomen
koppelen met elkaar tot een dikke chromatinedraad. Deze draad spiraliseert tot chromatine,
waardoor het DNA-molecuul compact in de celkern is opgeborgen.
, - Om zuiver DNA te krijgen voegt de laborant zouten en een eiwit verterend enzym -> protease, toe
aan het geïsoleerde DNA. Dit verwijdert de histonen en maakt het DNA geschikt om verder te
verwerken.
Overerving mitochondriaal DNA
- DNA zit niet alleen in de celkern, maar ook als cirkelvormige moleculen in de mitochondriën. Ook
bacteriën bevatten cirkelvormige DNA-moleculen. Een mitochondrium heeft 5 tot 10
cirkelvormige moleculen mitochondriaal DNA -> mtDNA. Het mtDNA bevat 37 genen, waarvan 13
coderen voor eiwitten die betrokken zijn bij de aerobe dissimilatie; de rest codeert voor RNA en
tRNA -> transporteert aminozuren. Evenals vrijwel alle cellen in je lichaam bevatten ook
zaadcellen en eicellen mitochondriën. Bij de bevruchting van een eicel dringt in het algemeen
uitsluitend de kern van de zaadcel in de eicel. De zygote bevat dus geen mitochondriën van de
zaadcel. Het mtDNA erft, via de eicel, over van moeder naar zowel zonen als dochters.
Onderzoekers gebruiken daarom mtDNA bij het bepalen van de afstamming via de moederlijke
lijn. Mitochondriale overerving kan leiden tot een ander overervingspatroon dan volgens de
wetten van Mendel.
De rol van STR's
- Het grootste deel van het DNA, het niet-coderende DNA, codeert niet voor eiwitten maar heeft
een andere functie, bijvoorbeeld het produceren van RNA of tRNA of het regelen van het aan- en
uitschakelen van de genen in het coderende DNA.
- In het DNA, meestal in het niet-coderende deel, komen herhalingen voor van series nucleotiden -
> repetitief DNA. De herhalingen komen aaneengeschakeld achter elkaar voor, maar ook
verspreid in het chromosoom. Ongeveer twee derde van het menselijk genoom bestaat uit
repetitief DNA. Het aantal nucleotiden in een herhaling varieert van twee tot enkele duizenden.
Korte repeats van twee tot tien nucleotiden, de zogeheten STR's -> short tandem repeats, spelen
bij verwantschapsonderzoek en forensisch onderzoek een rol. Er is een grote variatie aan
herhalingen. Omdat chromosomen in de cellen in paren voorkomen, heeft iedereen van een
bepaalde STR twee exemplaren, soms gelijk, meestal verschillend. Net als bij genen spreken
onderzoekers bij STR's over allelen. Bij verwantschapsonderzoek vergelijkt een analist de allelen
van STR's afkomstig van chromosomen van verschillende personen.
- Forensische laboratoria gebruiken onder andere het tetranucleotide GATA voor onderzoek. In de
meeste landen brengen de laboratoria deze STR's op 13 plaatsen in het DNA in kaart, wat een
DNA-profiel oplevert. Er is een vaste schrijfwijze.
DNA-verdubbeling in een cel
- In een celcyclus verdubbelen de DNA-moleculen zich tijdens de S-fase via DNA-replicatie. Het
proces start op veel plaatsen tegelijk, wat de totale replicatietijd sterk verkort. Een
enzymencomplex verbreekt op een startpunt de H-bruggen tussen beide DNA-strengen.
Helicasen ritsen naar beide kanten toe het DNA verder open. Zo ontstaan twee openingen, de
replicatievorken. Primase -> een RNA-polymerase, maakt op het startpunt een primer vast van
zo'n twintig ribonucleotiden -> RNA, dus met ribose en uracil; rood gekleurd. Vanaf de primer
vormt het enzym DNA-polymerase een nieuwe streng DNA. Door zijn ruimtelijke structuur kan
het enzym maar op één manier aan de DNA-streng hechten. Het enzym leest de nucleotiden van
de DNA-streng alleen in 3'-5' richting -> dit is de leesrichting. Het enzym vormt in 5'-3' richting
