H1: FUNDAMENTALS OF DNA, CHROMOSOMES & CELLS
STRUCTURE & FUNCTION OF NUCLEIC ACIDS
GENERAL CONCEPTS
Nucleïnezuren bevatten het genetisch materiaal voor virussen & cellen, bepalen hoe cellen functioneren etc..
Ze zijn gevoelig voor mutaties → verandering in uitgegeven instructie → werking proteïne verandert. Dit zorgt
voor genetische diversiteit.
Structuur; dubbele helix (anders bij virussen), RNA is functioneel meer “versatile” dan DNA → kan zelf-repliceren.
Genoom: verzamelnaam voor alle verschillende DNA-moleculen binnen een cel of organisme. Organismen zonder
organellen hebben meestal 1 circulair dubbelstrengige DNA-molecule.
Chromosoom: heel groot DNA-proteïne-complex.
Genen: DNA-segmenten dat de genetische informatie dragen voor proteïne productie of functionele RNA-
moleculen binnenin cellen.
UNDERLYING CHEMISTRY OF NUCLEIC ACIDS
Nucleïnezuurstreng: polymeer bestaande uit kopijen van een herhalende unit → nucleotide, bestaat uit een
suikermolecule bevestigd aan een stikstofhoudende base & een fosfaatgroep.
DNA bestaat uit desoxyribose → 5 C-atomen, sterk gelijkend aan ribose (RNA). Enige verschil is dat de hydroxyl
groep op C-2 van ribose vervangen is door een H-atoom in deoxyribose.
Individuele nucleotiden worden aan elkaar verbonden door fosfaatgroepen → suiker-fosfaatruggengraat
(asymmetrisch). Door de negatief geladen fosfaatgroepen zijn nucleïnezuren polyanionen.
Het 5’-einde heeft een suiker gelinkt aan C5-atoom , niet gelinkt aan andere nucleotiden & capped door een
fosfaatgroep.
Het 3’-einde heeft een suiker gelinkt aan C3-atoom capped door een hydroxylgroep.
Enkele ring gebaseerd op C & N-atomen → pyrimidines (cytosine & thymine)
Dubbele ringstructuur → purines (adenine & guanine).
Bij RNA wordt thymine vervangen door uracil.
BASE PAIRING AND DOUBLE HELIX
Elke base op de streng is niet-covalent gebonden aan een tegenoverstaande base op de overstaande streng →
basenpaar. (A&T samen + G&C samen, H-bruggen zijn sterker tussen G&C (3x) bij A&T (2x)).
De strengen zijn antiparallel → 1 streng 3’→5’ & de andere 5’→3’.
1
,DNA REPLICATION & DNA POLYMERASES
Voor celdeling moet DNA ontwonden worden door helicasen → enkelstrengen beschikbaar als “sjabloon” voor
complementaire strengen gesynthetiseerd in de 5’→3’ richting.
Één nieuwe streng bestaat steeds voor ½ uit de originele streng. Enkel de streng in de 5’→3’ richting kan continu
gesynthetiseerd worden de andere streng is de lagging strand → wordt gesynthetiseerd in stukjes
(=Okazakifragmenten).
GENES, TRANSCRIPTION & CENTRAL DOGMA OF MB
Genen zijn discrete segmenten van DNA.
• Coderend RNA: bevat coderende sequentie → synthese van polypeptiden aansturen (translatie). Meestal
Mrna genoemd.
• Niet-coderend RNA: alle andere mature RNAs → verschillende functies.
Reverse transcriptasen: DNA-kopij maken van een RNA-molecule.
STRUCTURE AND FUNCTION OF CHROMOSOMES
ORGANISATION
DNA wordt opgeslagen in chromatine dat verschillende fasen van coiling ondergaat.
1. Dubbele helix wordt rond complex van positief geladen histonen gewonden → nucleosoomfilament.
2. Nucleosoomfilament condenseert tot chromatinevezel die looping ondergaat & ondersteund wordt door
niet-histoneiwitten.
Losgewonden chromatine: euchromatine → diffundeert door de nucleus (wordt afgelezen) & dicht opgewonden
chromatine: heterochromatine (inactief DNA).
CHROMOSOME FUNCTION: REPLICATION ORIGINS, CENTROMERES & TELOMERES
• Centromeren: regio waar een paar proteïnencomplexen (kinetochoren) zullen binden net voor de
voorbereiding v.d. celdeling. Gezien in de metafase → scheidt lange & korte “armen”.
• Replicatie origines: voor replicatie v.e. chromosoom heeft het een of meer replicatie origines → lang &
hebben geen common base sequentie.
• Telomeren: gespecialiseerde structuren op het einde v. chromosomen om chromosoomintegriteit te
onderhouden → het bindt met uiteinden van andere gebroken chromosomen om niet in recombinatie
betrokken te zijn. 6N repeats (TTAGGG).
2
, DNA & CHROMOSOMES IN CELL D IVISION AND THE CELL CYCLE
DIFFERENCES IN DNA COPY NUMBER BETWEEN CELLS
Ploïdie: aantal kopijen van de basis chromosomenset.
Heteroplastisch: combinatie van gezond & ongezond DNA.
Humane cellen zijn meestal diploïd (2C) waar nuclei 2 kopijen bevat van elk soort chromosoom → 1 paternaal & 1
maternaal.
Haploïd (1c) → geslachtscellen, enkel 1 soort chromosoom.
Nulliploïd (0C) → geen kern, bv. bloedplaatjes & erythrocyten.
Mitochondrionaal DNA: enkel overgeërfd via maternale lijn, zoon kan een ziekte krijgen maar zal deze NIET zelf
overerven aan zijn kinderen! Geen intronen & recombinatie. Replicatie niet gekoppeld aan celcyclus, opdeling kan
ongelijk zijn.
CELL CYCLE & SEGREGATION OF REPLICATED CHROMOSOMES & DNA MOLECULES
• S-fase: DNA-replicatie, chromosomen hebben DNA dubbele helix.
• M-fase: deling → zowel nucleaire divisie (mitose) als cell divisie (cytokinese). Chromsomen worden sterk
gecondenseerd.
• G1-fase: spatie tussen M & S → eindfase voor niet delende cellen.
• G2: spatie tussen S & M
• Interfase: G1+S+G2 → chromosomen erg uitgerokken → genexpressie.
MITOSE
Dochtercellen zijn genetisch identiek aan
de moedercel. In voorbereiding tot de
celdeling condenseren & contraheren de
chromosomen → zichtbaar.
Prometafase: individuele chromosomen
kunnen gezien worden to compromise 2
zusterchromatiden die vastzitten aan het
centromeer.
Bij start anafase worden cohesins
verwijdert en kunnen de
zusterchromatiden afzonderlijke
chromosomen worden die elks naar
tegenovergestelde kanten v.d. cel
getrokken worden
3
STRUCTURE & FUNCTION OF NUCLEIC ACIDS
GENERAL CONCEPTS
Nucleïnezuren bevatten het genetisch materiaal voor virussen & cellen, bepalen hoe cellen functioneren etc..
Ze zijn gevoelig voor mutaties → verandering in uitgegeven instructie → werking proteïne verandert. Dit zorgt
voor genetische diversiteit.
Structuur; dubbele helix (anders bij virussen), RNA is functioneel meer “versatile” dan DNA → kan zelf-repliceren.
Genoom: verzamelnaam voor alle verschillende DNA-moleculen binnen een cel of organisme. Organismen zonder
organellen hebben meestal 1 circulair dubbelstrengige DNA-molecule.
Chromosoom: heel groot DNA-proteïne-complex.
Genen: DNA-segmenten dat de genetische informatie dragen voor proteïne productie of functionele RNA-
moleculen binnenin cellen.
UNDERLYING CHEMISTRY OF NUCLEIC ACIDS
Nucleïnezuurstreng: polymeer bestaande uit kopijen van een herhalende unit → nucleotide, bestaat uit een
suikermolecule bevestigd aan een stikstofhoudende base & een fosfaatgroep.
DNA bestaat uit desoxyribose → 5 C-atomen, sterk gelijkend aan ribose (RNA). Enige verschil is dat de hydroxyl
groep op C-2 van ribose vervangen is door een H-atoom in deoxyribose.
Individuele nucleotiden worden aan elkaar verbonden door fosfaatgroepen → suiker-fosfaatruggengraat
(asymmetrisch). Door de negatief geladen fosfaatgroepen zijn nucleïnezuren polyanionen.
Het 5’-einde heeft een suiker gelinkt aan C5-atoom , niet gelinkt aan andere nucleotiden & capped door een
fosfaatgroep.
Het 3’-einde heeft een suiker gelinkt aan C3-atoom capped door een hydroxylgroep.
Enkele ring gebaseerd op C & N-atomen → pyrimidines (cytosine & thymine)
Dubbele ringstructuur → purines (adenine & guanine).
Bij RNA wordt thymine vervangen door uracil.
BASE PAIRING AND DOUBLE HELIX
Elke base op de streng is niet-covalent gebonden aan een tegenoverstaande base op de overstaande streng →
basenpaar. (A&T samen + G&C samen, H-bruggen zijn sterker tussen G&C (3x) bij A&T (2x)).
De strengen zijn antiparallel → 1 streng 3’→5’ & de andere 5’→3’.
1
,DNA REPLICATION & DNA POLYMERASES
Voor celdeling moet DNA ontwonden worden door helicasen → enkelstrengen beschikbaar als “sjabloon” voor
complementaire strengen gesynthetiseerd in de 5’→3’ richting.
Één nieuwe streng bestaat steeds voor ½ uit de originele streng. Enkel de streng in de 5’→3’ richting kan continu
gesynthetiseerd worden de andere streng is de lagging strand → wordt gesynthetiseerd in stukjes
(=Okazakifragmenten).
GENES, TRANSCRIPTION & CENTRAL DOGMA OF MB
Genen zijn discrete segmenten van DNA.
• Coderend RNA: bevat coderende sequentie → synthese van polypeptiden aansturen (translatie). Meestal
Mrna genoemd.
• Niet-coderend RNA: alle andere mature RNAs → verschillende functies.
Reverse transcriptasen: DNA-kopij maken van een RNA-molecule.
STRUCTURE AND FUNCTION OF CHROMOSOMES
ORGANISATION
DNA wordt opgeslagen in chromatine dat verschillende fasen van coiling ondergaat.
1. Dubbele helix wordt rond complex van positief geladen histonen gewonden → nucleosoomfilament.
2. Nucleosoomfilament condenseert tot chromatinevezel die looping ondergaat & ondersteund wordt door
niet-histoneiwitten.
Losgewonden chromatine: euchromatine → diffundeert door de nucleus (wordt afgelezen) & dicht opgewonden
chromatine: heterochromatine (inactief DNA).
CHROMOSOME FUNCTION: REPLICATION ORIGINS, CENTROMERES & TELOMERES
• Centromeren: regio waar een paar proteïnencomplexen (kinetochoren) zullen binden net voor de
voorbereiding v.d. celdeling. Gezien in de metafase → scheidt lange & korte “armen”.
• Replicatie origines: voor replicatie v.e. chromosoom heeft het een of meer replicatie origines → lang &
hebben geen common base sequentie.
• Telomeren: gespecialiseerde structuren op het einde v. chromosomen om chromosoomintegriteit te
onderhouden → het bindt met uiteinden van andere gebroken chromosomen om niet in recombinatie
betrokken te zijn. 6N repeats (TTAGGG).
2
, DNA & CHROMOSOMES IN CELL D IVISION AND THE CELL CYCLE
DIFFERENCES IN DNA COPY NUMBER BETWEEN CELLS
Ploïdie: aantal kopijen van de basis chromosomenset.
Heteroplastisch: combinatie van gezond & ongezond DNA.
Humane cellen zijn meestal diploïd (2C) waar nuclei 2 kopijen bevat van elk soort chromosoom → 1 paternaal & 1
maternaal.
Haploïd (1c) → geslachtscellen, enkel 1 soort chromosoom.
Nulliploïd (0C) → geen kern, bv. bloedplaatjes & erythrocyten.
Mitochondrionaal DNA: enkel overgeërfd via maternale lijn, zoon kan een ziekte krijgen maar zal deze NIET zelf
overerven aan zijn kinderen! Geen intronen & recombinatie. Replicatie niet gekoppeld aan celcyclus, opdeling kan
ongelijk zijn.
CELL CYCLE & SEGREGATION OF REPLICATED CHROMOSOMES & DNA MOLECULES
• S-fase: DNA-replicatie, chromosomen hebben DNA dubbele helix.
• M-fase: deling → zowel nucleaire divisie (mitose) als cell divisie (cytokinese). Chromsomen worden sterk
gecondenseerd.
• G1-fase: spatie tussen M & S → eindfase voor niet delende cellen.
• G2: spatie tussen S & M
• Interfase: G1+S+G2 → chromosomen erg uitgerokken → genexpressie.
MITOSE
Dochtercellen zijn genetisch identiek aan
de moedercel. In voorbereiding tot de
celdeling condenseren & contraheren de
chromosomen → zichtbaar.
Prometafase: individuele chromosomen
kunnen gezien worden to compromise 2
zusterchromatiden die vastzitten aan het
centromeer.
Bij start anafase worden cohesins
verwijdert en kunnen de
zusterchromatiden afzonderlijke
chromosomen worden die elks naar
tegenovergestelde kanten v.d. cel
getrokken worden
3
