Moleculaire biologie Prof. Dr. Van Camp
2e Ba BMW
ZSO 1: DNA REPLICATIE
Leermiddelen:
Diverse leermiddelen zijn terug te vinden op blackboard bij het vak Moleculaire biologie onder
de tab studiemateriaal en omvatten:
Tekst handboek: ‘DNA replication text’
Slides: ‘DNA replication slides’
Video-animatie: ‘DNA replication process (3D animation)’
Het aangeboden materiaal dient alvorens de zelfstudieopdracht te maken grondig doorgenomen
te worden.
Doelstellingen:
De student kan het proces van DNA replicatie beschrijven.
De student kan de functie van de verschillende proteïne en enzymen betrokken bij DNA
replicatie omschrijven.
De student kan de bijbehorende moleculair genetische terminologie verklaren en
gebruiken.
Instructie:
Algemene vragen:
Leg uit hoe DNA replicatie start en wat de functie is van de verschillende proteïnen die
bij DNA replicatie betrokken zijn.
DNA replicatie start bij de replicatie oorsprong. Daar ontstaan telkens 2 replicatievorken
doordat de DNA strengen ontwinden bij de oorsprong. De eukaryote cel heeft lange
chromosomen en om het snel te doen verlopen, zijn er meerdere replicatieoorsprongen.
DNA helicase gaat helpen bij het scheiden van de DNA strengen aan elke replicatievork
en het verplaatst zich in de 5’->3’ richting van de te vormen DNA streng. Het enzym
maakt gebruik van energie afkomstig van ATP om de DNA strengen te kunnen
ontwinden en de replicatievork voort te laten bewegen. Het scheiden (ontwinden) van
de DNA strengen leidt tot ‘supercoiling’ ( te vergelijken met de draad van de oude
huistelefoons dat sterk gaat winden) .
Het enzym DNA topoisomerase gaat dit probleem oplossen / vermijden door de drang
voor ‘supercoiling’ op te heffen.
Het is belangrijk dat de DNA strengen ontwonden / gescheiden blijven totdat de
complementaire dochterstreng volledig gevormd is. Omdat zo de streng kan dienen als
1
ZSO 1: DNA replicatie
, Moleculaire biologie Prof. Dr. Van Camp
2e Ba BMW
template en de complementaire basen kunnen zich er dan aan binden. Het enzym “
enkelstreng bindende proteïnen “ zorgt hiervoor.
Het enzym DNA polymerase, is verantwoordelijk voor het covalent aan elkaar binden
van nucleotiden zodat de DNA streng gevormd wordt. Bij de katalitische positie
verbreekt DNA polymerase de binding tussen de eerste en tweede fosfaatgroep en bindt
de resulterende nucleotide met 1 fosfaatgroep ( deoxynucleoside monofosfaat) aan de 3’
einde van de vormende dochterstreng aan de hand van fosfodiesterbinding. De energie
die nodig is om de onderlinge nucleotiden covalent met elkaar te binden, is afkomstig
van het verbreken van de covalente binding ( deoxynucleoside trifosfaat ->
deoxynucleotide monofosfaat) waarbij pyrofosfaat vrijkomt ( exothermische reactie) . De
pyrofosfaat wordt verder afgebroken tot 2 fosfaatgroepen.
DNA polymerase kan enkel zijn functie beoefenen als er al een stukje DNA of RNA streng
verbonden is aan de template. Als die template aanwezig is , zal DNA polymerase de
dochterstreng verder synthetiseren. Het enzym nodig voor de aanmaak van het stukje
DNA of RNA streng ( in geval van eukaryote cel is het een RNA streng) is “ DNA
primase”. Het stukje complementaire RNA streng van 10 à 12 nucleotiden lang wordt
een RNA primer genoemd. Eenmaal de synthese is gestart kan DNA polymerase , Dan
enkel synthetiseren in de 5’->3’ richting.
DNA ligase gaat de losse DNA strengen aan elkaar binden bij de Okazakifragmenten. Het
vult de plek van de RNA primers die eruit geknipt zijn door de DNA polymerase.
Wat wordt er bedoeld met bidirectionele replicatie?
Met bidirectionele replicatie bedoelt men dat de replicatie in 2 richtingen gebeurt ( links
en rechts). Het gebeurt bij beiden strengen. De ene is de leading en de ander is de lagging
strand.
Leg het verschil in vorming van de leading en lagging strand uit.
Leading strand:
Wordt in dezelfde richting gesynthetiseerd als de voortbewegingsrichting van de
replicatievork. Er wordt één continue streng aangemaakt.
Laggingstrand :
Wordt in de tegengestelde richting gesynthetiseerd als de voortbewegingsrichting van
de replicatievork. Er worden telkens verschillende stukjes strengen aangemaakt met
telkens een RNA primer aan de 5’ uiteinde in plaats maar van 1 RNA primer zoals bij de
leading strand. De aparte strengen worden Okazaki fragmenten genoemd. Deze worden
aan elkaar verbonden tot een continue streng wanneer eerst de RNA primers verwijdert
worden door DNA polymerase I en deze enzym zal vervolgens de lege gebied terug
opvullen met DNA. Het enzym gaat dan de opeenvolgende Okazaki fragmenten covalent
met elkaar binden zodat er een continue streng wordt gevormd.
Bespreek het mechanisme dat bepalend is voor de accuraatheid van het replicatie
proces.
Er gebeuren heel veel fouten tijdens de DNA replicatie, maar zeer weinig permanente
fouten. Dit komt doordat de DNA polymerase een proofreading uitvoert in de 3’->5’
2
ZSO 1: DNA replicatie
2e Ba BMW
ZSO 1: DNA REPLICATIE
Leermiddelen:
Diverse leermiddelen zijn terug te vinden op blackboard bij het vak Moleculaire biologie onder
de tab studiemateriaal en omvatten:
Tekst handboek: ‘DNA replication text’
Slides: ‘DNA replication slides’
Video-animatie: ‘DNA replication process (3D animation)’
Het aangeboden materiaal dient alvorens de zelfstudieopdracht te maken grondig doorgenomen
te worden.
Doelstellingen:
De student kan het proces van DNA replicatie beschrijven.
De student kan de functie van de verschillende proteïne en enzymen betrokken bij DNA
replicatie omschrijven.
De student kan de bijbehorende moleculair genetische terminologie verklaren en
gebruiken.
Instructie:
Algemene vragen:
Leg uit hoe DNA replicatie start en wat de functie is van de verschillende proteïnen die
bij DNA replicatie betrokken zijn.
DNA replicatie start bij de replicatie oorsprong. Daar ontstaan telkens 2 replicatievorken
doordat de DNA strengen ontwinden bij de oorsprong. De eukaryote cel heeft lange
chromosomen en om het snel te doen verlopen, zijn er meerdere replicatieoorsprongen.
DNA helicase gaat helpen bij het scheiden van de DNA strengen aan elke replicatievork
en het verplaatst zich in de 5’->3’ richting van de te vormen DNA streng. Het enzym
maakt gebruik van energie afkomstig van ATP om de DNA strengen te kunnen
ontwinden en de replicatievork voort te laten bewegen. Het scheiden (ontwinden) van
de DNA strengen leidt tot ‘supercoiling’ ( te vergelijken met de draad van de oude
huistelefoons dat sterk gaat winden) .
Het enzym DNA topoisomerase gaat dit probleem oplossen / vermijden door de drang
voor ‘supercoiling’ op te heffen.
Het is belangrijk dat de DNA strengen ontwonden / gescheiden blijven totdat de
complementaire dochterstreng volledig gevormd is. Omdat zo de streng kan dienen als
1
ZSO 1: DNA replicatie
, Moleculaire biologie Prof. Dr. Van Camp
2e Ba BMW
template en de complementaire basen kunnen zich er dan aan binden. Het enzym “
enkelstreng bindende proteïnen “ zorgt hiervoor.
Het enzym DNA polymerase, is verantwoordelijk voor het covalent aan elkaar binden
van nucleotiden zodat de DNA streng gevormd wordt. Bij de katalitische positie
verbreekt DNA polymerase de binding tussen de eerste en tweede fosfaatgroep en bindt
de resulterende nucleotide met 1 fosfaatgroep ( deoxynucleoside monofosfaat) aan de 3’
einde van de vormende dochterstreng aan de hand van fosfodiesterbinding. De energie
die nodig is om de onderlinge nucleotiden covalent met elkaar te binden, is afkomstig
van het verbreken van de covalente binding ( deoxynucleoside trifosfaat ->
deoxynucleotide monofosfaat) waarbij pyrofosfaat vrijkomt ( exothermische reactie) . De
pyrofosfaat wordt verder afgebroken tot 2 fosfaatgroepen.
DNA polymerase kan enkel zijn functie beoefenen als er al een stukje DNA of RNA streng
verbonden is aan de template. Als die template aanwezig is , zal DNA polymerase de
dochterstreng verder synthetiseren. Het enzym nodig voor de aanmaak van het stukje
DNA of RNA streng ( in geval van eukaryote cel is het een RNA streng) is “ DNA
primase”. Het stukje complementaire RNA streng van 10 à 12 nucleotiden lang wordt
een RNA primer genoemd. Eenmaal de synthese is gestart kan DNA polymerase , Dan
enkel synthetiseren in de 5’->3’ richting.
DNA ligase gaat de losse DNA strengen aan elkaar binden bij de Okazakifragmenten. Het
vult de plek van de RNA primers die eruit geknipt zijn door de DNA polymerase.
Wat wordt er bedoeld met bidirectionele replicatie?
Met bidirectionele replicatie bedoelt men dat de replicatie in 2 richtingen gebeurt ( links
en rechts). Het gebeurt bij beiden strengen. De ene is de leading en de ander is de lagging
strand.
Leg het verschil in vorming van de leading en lagging strand uit.
Leading strand:
Wordt in dezelfde richting gesynthetiseerd als de voortbewegingsrichting van de
replicatievork. Er wordt één continue streng aangemaakt.
Laggingstrand :
Wordt in de tegengestelde richting gesynthetiseerd als de voortbewegingsrichting van
de replicatievork. Er worden telkens verschillende stukjes strengen aangemaakt met
telkens een RNA primer aan de 5’ uiteinde in plaats maar van 1 RNA primer zoals bij de
leading strand. De aparte strengen worden Okazaki fragmenten genoemd. Deze worden
aan elkaar verbonden tot een continue streng wanneer eerst de RNA primers verwijdert
worden door DNA polymerase I en deze enzym zal vervolgens de lege gebied terug
opvullen met DNA. Het enzym gaat dan de opeenvolgende Okazaki fragmenten covalent
met elkaar binden zodat er een continue streng wordt gevormd.
Bespreek het mechanisme dat bepalend is voor de accuraatheid van het replicatie
proces.
Er gebeuren heel veel fouten tijdens de DNA replicatie, maar zeer weinig permanente
fouten. Dit komt doordat de DNA polymerase een proofreading uitvoert in de 3’->5’
2
ZSO 1: DNA replicatie
