Hoofdstuk 5
H .5.5
Genen bestaan uit DNA, dat behoort tot de klasse van verbindingen die nucleïnezuren
worden genoemd. Nucleïnezur en zijn polymeren die zijn gemaakt van monomeren die
nucleotiden worden genoemd.
De twee typen nucleïnezuren, desoxyr ibon ucleïn ezuur (DNA) en r ibon ucleïn ezuur
(RNA), stellen levende organismen in staat hun complexe componenten van de ene generatie
op de andere te reproduceren. DNA geeft richtingen voor zijn eigen replicatie. DNA stuurt
ook RNA-synthese aan en, via RNA, reguleert het de eiwitsynthese; dit proces heet
genexpr essie.
DNA is het genetisch materiaal dat organismen van hun ouders erven. Elk chromosoom
bevat één lang DNA-molecuul dat meestal honderden genen bevat. De informatie die alle
activiteiten van de cel programmeert, is gecodeerd in de structuur van het DNA.
Het DNA is echter niet direct betrokken bij het uitvoeren van de handelingen van de cel, om
genetische programma's uit te voeren zijn eiwitten nodig.
RNA speelt een cruciale rol in genexpressie, het proces waarbij genetische informatie van
DNA wordt omgezet in eiwitten. Een gen in het DNA kan de aanmaak van messenger RNA
(mRNA) sturen, dat de genetische instructie van de celkern naar het cytoplasma
transporteert. In het cytoplasma interageert het mRNA met ribosomen, waar de
eiwitsynthese plaatsvindt. Hier wordt de genetische code van het mRNA vertaald in een
polypeptide, dat uiteindelijk een functioneel eiwit vormt. Dit proces van DNA-> RNA ->
eiwit is essentieel voor de werking van zowel eukaryote als prokaryote.
De componenten van nucleïnezuren
Nucleïnezuren zijn macromoleculen die bestaan uit polynucleotiden. Elk polynucleotide
bestaat uit monomeren genaamd nucleotiden . Een nucleotide bestaat over het algemeen
uit drie delen:
1. Een suiker met vijf koolstofatomen (pentose)
2. Een stikstofbevattende base
3. Één tot drie fosfaatgroepen
Het beginmonomeer dat wordt gebruikt om een polynucleotide te
bouwen, heeft 3 fosfaatgroepen, maar er gaan 2 verloren tijdens
het polymerisatieproces. Het deel van een nucleotide zonder
fosfaatgroepen wordt een nucleoside genoemd.
,Hoofdstuk 16
H .16.1
Bewijs dat DNA bacteriën kan transformeren
Frederick Griffith was een Britse arts die een vaccin tegen longontsteking probeerde te
ontwikkelen. Hij bestudeerde Streptococcus pneumoniae, een bacterie die longontsteking
veroorzaakt bij zoogdieren. Griffith had twee stammen van de bacterie, één pathogeen
(ziekteverwekkend) en één niet-pathogeen (onschadelijk). Nadat hij de resten van een door
hitte gedode pathogene stam mixte met levende cellen van een niet-pathogene stam, werden
sommige cellen pathogeen. Hij noemde dit tr an sfor m atie , de verandering van het
genotype en fenotype als gevolg van het opnemen en integreren van vreemd DNA.
Later onderzoek van Oswald Avery, Maclyn McCarty en Colin
MacLeod gaf aan dat DNA en niet eiwit, de transformerende stof was.
Bewijs dat viraal DNA cellen kan programmeren
Aanvullend bewijs dat DNA het genetische materiaal was, kwam uit
studies van virussen die bacteriën infecteren. Deze virussen worden
bacter iofagen (of fagen) genoemd. Virussen zijn veel eenvoudiger
dan cellen en is niet meer dan DNA (of soms RNA) omgeven door een
beschermende mantel, die vaak alleen uit eiwit bestaat. Om meer
virussen te produceren, moet een vir us een cel infecteren en de metabolische machinerie
van de cel overnemen.
In 1952 voerden Alfred Hershey en Martha Chase experimenten uit die
aantoonden dat DNA het genetische materiaal is van een fage die bekendstaat als
T2. Het was bekend dat net als veel andere fagen de T2 bijna volledig uit DNA en
eiwit bestond. Hershey en Chase onderzochten welk onderdeel van het T2-virus
verantwoordelijk was voor het herprogrammeren van een gastheercel om virussen
te produceren, was het eiwit of DNA. Om antwoord te krijgen op deze vraag
bedachten ze een experiment dat aantoonde dat slechts één van de twee
componenten van T2 daadwerkelijk de E.coli-cel binnenkomt tijdens de infectie.
Ze infecteerden de E. doli-cellen met de gelabelde virussen en ontdekten dat alleen
het DNA de cellen binnendringt en ze herprogrammeren wat aangetoond dat DNA
de genetische informatie draagt, niet het eiwit.
Extra bewijs dat DNA het genetische materiaal is
,Verder bewijs dat DNA het genetische materiaal is, kwam van biochemicus Erwin Chargaff.
DNA is een polymeer van nucleotiden, elk met drie componenten:
1. Stikstofhoudende basen
2. Deoxyribose (Pentosesuiker)
3. Fosfaatgroep
De base kan adenine (A), thymine (T), guanine (G) of cytosine (C) zijn. Chargaff ontdekte dat
de basissamenstelling van DNA van soort tot soort verschilt. Chargaff merkte dat in het DNA
van elke soort het aantal adenines ongeveer gelijk aan het aantal thymines, en het aantal
guanines aan het aantal cytosines.
Deze twee bevindingen noem je Chargaffs regels:
1. DNA-basen samenstelling varieert tussen soorten.
2. Voor elk soort zijn de percentages van A- en T-basen ongeveer gelijk, net als die van
G- en C-basen.
Een structureel model van DNA bouwen
DNA heeft een helixvorm en bestaat uit twee strengen (dubbele helix). Watson
construeerde een model, waarin de twee suiker-fosfaat ruggengraten an tiparallel zijn, dus
hun subeenheden in tegengestelde richting lopen. Twee type DNA basen:
1. Purines: Stikstofbasen met twee organische ringen
● Adenine
● Guanine
2. Pyrimidines: Stikstofbasen met enkele ring
● Cytosine
● Thymine
Basenparen zijn alleen mogelijk als een purine koppelt met een pyrimidine.
Het suikermolecuul bevat 5 koolstofatomen, bij het 3´- einde is er een -OH gebonden aan het
derde koolstofatoom en bij het 5´- einde is er een fosfaat molecuul
gebonden aan het vijfde koolstofatoom van het suikermolecuul.
H .16.2
Doordat de twee DNA strengen complementair zijn, kan elk streng een
template zijn voor een nieuwe streng door middel van replicatie. Tijdens
DNA replicatie despiraliseert de ouder molecuul en ontstaan er twee
dochter strengen op basis van de basenpaar regels. DNA-replicatie
model van Watson en Crick genaamd sem i con ser vatieve m odel,
voorspelt dat wanneer een dubbele helix repliceert, elk van de twee
dochtermoleculen één oude streng zal hebben en één nieuw gemaakte
streng. Er zijn ook nog twee andere replicatie modellen:
1. Conservatief model: Twee ouders strengen komen weer bij elkaar na het proces.
, 2. Dispersive model: Alle vier de strengen DNA hebben na replicatie
een mengsel van oud en nieuw DNA.
DNA-replicatie: een nadere blik
Het kopiëren/repliceren van DNA is opvallend snel en nauwkeurig,
waarbij vele enzymen en andere eiwitten de DNA replicatie ondersteunen.
De basisstappen van replicatie gaat als volgt bij prokaryoten:
1. Replicatie van chromosomaal DNA begint op specifi ek e plaatsen genaamd
oorsprongen van replicatie (origins of replication), korte stukken DNA met specifieke
sequentie van nucleotiden. Prokaryoten hebben één oor spr on g van replicatie.
2. Eiwitten die DNA-replicatie initiëren, herkennen deze sequentie en hechten zich aan
het DNA, waardoor de twee strengen worden gescheiden en een replicatie-bubbel
ontstaat.
3. Replicatie van DNA gaat dan in beide richtingen door totdat hele molecuul is
gekopieerd.
De basisstappen van replicatie bij eukaryoten:
1. Eukaryotisch chromosoom kan honderden of duizend replicatie oorsprongen hebben.
2. Er vormen zich meerdere replicatie bubbels die uiteindelijk samensmelten, waardoor
het kopiëren van de lange DNA-moleculen wordt versneld.
3. Replicatie verloopt ook in beide richtingen vanaf elke oorsprong.
Aan elk uiteinde van een replicatie bubbel bevindt zich een r eplicatievor k , een Y-vormig
gebied waar de ouderlijk strengen van DNA worden afgewikkeld. Verschillende soorten
eiwitten nemen deel aan het afwikkelen. Helicasen zijn enzymen die de dubbele helix bij de
replicatievorken afwikkelen, waardoor de twee ouderlijke strengen worden gescheiden en
kunnen dienen als template strengen. Vervolgens binden enk elstr en gs bin den de
eiw itten zich aan de ongepaarde DNA-strengen, waardoor ze niet opnieuw kunnen paren.
Topoisom er ase is een enzym dat DNA-strengen breekt, draait en weer samenvoegt om de
spanning te verlichten die ontstaat bij het afwikkelen van de dubbele helix. Het afwikkelen
van de dubbele helix veroorzaakt een strakkere draaiing en spanning voor de replicatievork.
Het synthetiseren van een nieuwe DNA-streng
De afgewikkelde delen van ouder-DNA dienen als sjablonen voor de synthese van nieuwe
complementaire DNA-strengen. De enzymen die DNA-synthetiseren, kunnen de synthese
van polynucleotide niet initiëren, ze kunnen alleen DNA-nucleotiden toevoegen aan het
einde van een reeds bestaande keten die basenpaar vorming vertoont met de template
streng. Tijdens de DNA-synthese wordt een pr im er (korte RNA-keten) gesynthetiseerd
door het enzym primase. Pr im ase start een complementaire RNA-keten met een enkele
RNA-nucleotide en voegt RNA-nucleotiden één voor één toe, waarbij de ouderlijk DNA-
streng als template wordt gebruikt. Deze primer, meestal 5 tot 10 nucleotiden lang
basenpaart met de template streng en vormt het startpunt voor de nieuwe DNA-streng, die
begint aan het 3´- einde van de RNA-primer.
H .5.5
Genen bestaan uit DNA, dat behoort tot de klasse van verbindingen die nucleïnezuren
worden genoemd. Nucleïnezur en zijn polymeren die zijn gemaakt van monomeren die
nucleotiden worden genoemd.
De twee typen nucleïnezuren, desoxyr ibon ucleïn ezuur (DNA) en r ibon ucleïn ezuur
(RNA), stellen levende organismen in staat hun complexe componenten van de ene generatie
op de andere te reproduceren. DNA geeft richtingen voor zijn eigen replicatie. DNA stuurt
ook RNA-synthese aan en, via RNA, reguleert het de eiwitsynthese; dit proces heet
genexpr essie.
DNA is het genetisch materiaal dat organismen van hun ouders erven. Elk chromosoom
bevat één lang DNA-molecuul dat meestal honderden genen bevat. De informatie die alle
activiteiten van de cel programmeert, is gecodeerd in de structuur van het DNA.
Het DNA is echter niet direct betrokken bij het uitvoeren van de handelingen van de cel, om
genetische programma's uit te voeren zijn eiwitten nodig.
RNA speelt een cruciale rol in genexpressie, het proces waarbij genetische informatie van
DNA wordt omgezet in eiwitten. Een gen in het DNA kan de aanmaak van messenger RNA
(mRNA) sturen, dat de genetische instructie van de celkern naar het cytoplasma
transporteert. In het cytoplasma interageert het mRNA met ribosomen, waar de
eiwitsynthese plaatsvindt. Hier wordt de genetische code van het mRNA vertaald in een
polypeptide, dat uiteindelijk een functioneel eiwit vormt. Dit proces van DNA-> RNA ->
eiwit is essentieel voor de werking van zowel eukaryote als prokaryote.
De componenten van nucleïnezuren
Nucleïnezuren zijn macromoleculen die bestaan uit polynucleotiden. Elk polynucleotide
bestaat uit monomeren genaamd nucleotiden . Een nucleotide bestaat over het algemeen
uit drie delen:
1. Een suiker met vijf koolstofatomen (pentose)
2. Een stikstofbevattende base
3. Één tot drie fosfaatgroepen
Het beginmonomeer dat wordt gebruikt om een polynucleotide te
bouwen, heeft 3 fosfaatgroepen, maar er gaan 2 verloren tijdens
het polymerisatieproces. Het deel van een nucleotide zonder
fosfaatgroepen wordt een nucleoside genoemd.
,Hoofdstuk 16
H .16.1
Bewijs dat DNA bacteriën kan transformeren
Frederick Griffith was een Britse arts die een vaccin tegen longontsteking probeerde te
ontwikkelen. Hij bestudeerde Streptococcus pneumoniae, een bacterie die longontsteking
veroorzaakt bij zoogdieren. Griffith had twee stammen van de bacterie, één pathogeen
(ziekteverwekkend) en één niet-pathogeen (onschadelijk). Nadat hij de resten van een door
hitte gedode pathogene stam mixte met levende cellen van een niet-pathogene stam, werden
sommige cellen pathogeen. Hij noemde dit tr an sfor m atie , de verandering van het
genotype en fenotype als gevolg van het opnemen en integreren van vreemd DNA.
Later onderzoek van Oswald Avery, Maclyn McCarty en Colin
MacLeod gaf aan dat DNA en niet eiwit, de transformerende stof was.
Bewijs dat viraal DNA cellen kan programmeren
Aanvullend bewijs dat DNA het genetische materiaal was, kwam uit
studies van virussen die bacteriën infecteren. Deze virussen worden
bacter iofagen (of fagen) genoemd. Virussen zijn veel eenvoudiger
dan cellen en is niet meer dan DNA (of soms RNA) omgeven door een
beschermende mantel, die vaak alleen uit eiwit bestaat. Om meer
virussen te produceren, moet een vir us een cel infecteren en de metabolische machinerie
van de cel overnemen.
In 1952 voerden Alfred Hershey en Martha Chase experimenten uit die
aantoonden dat DNA het genetische materiaal is van een fage die bekendstaat als
T2. Het was bekend dat net als veel andere fagen de T2 bijna volledig uit DNA en
eiwit bestond. Hershey en Chase onderzochten welk onderdeel van het T2-virus
verantwoordelijk was voor het herprogrammeren van een gastheercel om virussen
te produceren, was het eiwit of DNA. Om antwoord te krijgen op deze vraag
bedachten ze een experiment dat aantoonde dat slechts één van de twee
componenten van T2 daadwerkelijk de E.coli-cel binnenkomt tijdens de infectie.
Ze infecteerden de E. doli-cellen met de gelabelde virussen en ontdekten dat alleen
het DNA de cellen binnendringt en ze herprogrammeren wat aangetoond dat DNA
de genetische informatie draagt, niet het eiwit.
Extra bewijs dat DNA het genetische materiaal is
,Verder bewijs dat DNA het genetische materiaal is, kwam van biochemicus Erwin Chargaff.
DNA is een polymeer van nucleotiden, elk met drie componenten:
1. Stikstofhoudende basen
2. Deoxyribose (Pentosesuiker)
3. Fosfaatgroep
De base kan adenine (A), thymine (T), guanine (G) of cytosine (C) zijn. Chargaff ontdekte dat
de basissamenstelling van DNA van soort tot soort verschilt. Chargaff merkte dat in het DNA
van elke soort het aantal adenines ongeveer gelijk aan het aantal thymines, en het aantal
guanines aan het aantal cytosines.
Deze twee bevindingen noem je Chargaffs regels:
1. DNA-basen samenstelling varieert tussen soorten.
2. Voor elk soort zijn de percentages van A- en T-basen ongeveer gelijk, net als die van
G- en C-basen.
Een structureel model van DNA bouwen
DNA heeft een helixvorm en bestaat uit twee strengen (dubbele helix). Watson
construeerde een model, waarin de twee suiker-fosfaat ruggengraten an tiparallel zijn, dus
hun subeenheden in tegengestelde richting lopen. Twee type DNA basen:
1. Purines: Stikstofbasen met twee organische ringen
● Adenine
● Guanine
2. Pyrimidines: Stikstofbasen met enkele ring
● Cytosine
● Thymine
Basenparen zijn alleen mogelijk als een purine koppelt met een pyrimidine.
Het suikermolecuul bevat 5 koolstofatomen, bij het 3´- einde is er een -OH gebonden aan het
derde koolstofatoom en bij het 5´- einde is er een fosfaat molecuul
gebonden aan het vijfde koolstofatoom van het suikermolecuul.
H .16.2
Doordat de twee DNA strengen complementair zijn, kan elk streng een
template zijn voor een nieuwe streng door middel van replicatie. Tijdens
DNA replicatie despiraliseert de ouder molecuul en ontstaan er twee
dochter strengen op basis van de basenpaar regels. DNA-replicatie
model van Watson en Crick genaamd sem i con ser vatieve m odel,
voorspelt dat wanneer een dubbele helix repliceert, elk van de twee
dochtermoleculen één oude streng zal hebben en één nieuw gemaakte
streng. Er zijn ook nog twee andere replicatie modellen:
1. Conservatief model: Twee ouders strengen komen weer bij elkaar na het proces.
, 2. Dispersive model: Alle vier de strengen DNA hebben na replicatie
een mengsel van oud en nieuw DNA.
DNA-replicatie: een nadere blik
Het kopiëren/repliceren van DNA is opvallend snel en nauwkeurig,
waarbij vele enzymen en andere eiwitten de DNA replicatie ondersteunen.
De basisstappen van replicatie gaat als volgt bij prokaryoten:
1. Replicatie van chromosomaal DNA begint op specifi ek e plaatsen genaamd
oorsprongen van replicatie (origins of replication), korte stukken DNA met specifieke
sequentie van nucleotiden. Prokaryoten hebben één oor spr on g van replicatie.
2. Eiwitten die DNA-replicatie initiëren, herkennen deze sequentie en hechten zich aan
het DNA, waardoor de twee strengen worden gescheiden en een replicatie-bubbel
ontstaat.
3. Replicatie van DNA gaat dan in beide richtingen door totdat hele molecuul is
gekopieerd.
De basisstappen van replicatie bij eukaryoten:
1. Eukaryotisch chromosoom kan honderden of duizend replicatie oorsprongen hebben.
2. Er vormen zich meerdere replicatie bubbels die uiteindelijk samensmelten, waardoor
het kopiëren van de lange DNA-moleculen wordt versneld.
3. Replicatie verloopt ook in beide richtingen vanaf elke oorsprong.
Aan elk uiteinde van een replicatie bubbel bevindt zich een r eplicatievor k , een Y-vormig
gebied waar de ouderlijk strengen van DNA worden afgewikkeld. Verschillende soorten
eiwitten nemen deel aan het afwikkelen. Helicasen zijn enzymen die de dubbele helix bij de
replicatievorken afwikkelen, waardoor de twee ouderlijke strengen worden gescheiden en
kunnen dienen als template strengen. Vervolgens binden enk elstr en gs bin den de
eiw itten zich aan de ongepaarde DNA-strengen, waardoor ze niet opnieuw kunnen paren.
Topoisom er ase is een enzym dat DNA-strengen breekt, draait en weer samenvoegt om de
spanning te verlichten die ontstaat bij het afwikkelen van de dubbele helix. Het afwikkelen
van de dubbele helix veroorzaakt een strakkere draaiing en spanning voor de replicatievork.
Het synthetiseren van een nieuwe DNA-streng
De afgewikkelde delen van ouder-DNA dienen als sjablonen voor de synthese van nieuwe
complementaire DNA-strengen. De enzymen die DNA-synthetiseren, kunnen de synthese
van polynucleotide niet initiëren, ze kunnen alleen DNA-nucleotiden toevoegen aan het
einde van een reeds bestaande keten die basenpaar vorming vertoont met de template
streng. Tijdens de DNA-synthese wordt een pr im er (korte RNA-keten) gesynthetiseerd
door het enzym primase. Pr im ase start een complementaire RNA-keten met een enkele
RNA-nucleotide en voegt RNA-nucleotiden één voor één toe, waarbij de ouderlijk DNA-
streng als template wordt gebruikt. Deze primer, meestal 5 tot 10 nucleotiden lang
basenpaart met de template streng en vormt het startpunt voor de nieuwe DNA-streng, die
begint aan het 3´- einde van de RNA-primer.
