Hoofdstuk 19: DNA

NECTAR - SAMENVATTING HOOFDSTUK 19: DNA

Binas 67 | 70 | 71 | 76 | 79

§19.1 DNA COMPACT VERPAKT IN CHROMOSOMEN

Een dubbelstrengs DNA-molecuul heeft een helixstructuur. Waterstofbruggen tussen de nucleïnebasen houden de twee strengen in een molecuul bij elkaar. De ‘leuningen’ bestaan uit deoxyribonucleotiden en de ‘trappen’ uit vier verschillende nucleïnebasen (A, T, C en G). A is complimentair aan T en G is complimentair aan T. Er zijn dus twee basenparen. De C-G combinatie is sterker, omdat deze drie H-bruggen heeft en A-T maar twee.

Een DNA-molecuul is om 8 histoneiwitten gewikkeld tot nucleosomen. De nucleosomen vormen een dikke chromatinedraad. De chromatinedraad plooit en wikkelt tot een spriaal.Samen met de spiralen van de andere chromosomen vormt dit het chromatine in de celkern. Bij een kerndeling verdubbelt het DNA in de S-fase en rolt de verdubbelde chromatinedraad nog verder op tot een compact verdubbeld chromosoom.

Telomeren: zitten aan het uiteinde van een chromatinedraad die zorgt dat de draden niet gaan rafelen (als een nestel aan een schoenveter). Telomeren zijn herhalingen, repetitief DNA, van stukjes niet-coderend DNA.

Mitochondriën bevatten mitochondriaal DNA: een aantal cirkelvormige DNA-moleculen die elkaars kopie zijn. Reactieve zuurstofmoleculen die ontstaan tijdens de oxidatieve fosforylering kunnen het mtDNA gemakkelijk beschadigen. Met de leeftijd stijgt ook het aantal mutaties dat mogelijk heeft plaatsgevonden in het mtDNA.

§19.2 DNA-VERDUBBELING

Puntmutatie: een verandering van één basenpaar in het DNA.

• Deletie: één basenpaar verdwijnt.
• Insertie: één extra basenpaar komt erbij.
• Substitutie: één base wordt vervangen door een andere base.

Mutageen: iets is mutageen wanneer het de kans op mutaties in het DNA vergroot.

Chromosoommutaties: veranderingen van grote gebieden in het DNA

• Duplicaties: de verdubbeling van hele stukken DNA.
• Inversies: wanneer stukken DNA worden omgedraaid.
• Translocaties: wanneer stukken DNA van het ene chromosoom worden overgezet naar een andere.

DNA-replicatie: de verdubbeling van DNA, dit gebeurt in de S-fase.

• helicase-enzymen verbreken de waterstofbruggen en er ontstaan replicatievorken.
• het enzym primase plaatst een RNA-primer op het DNA-molecuul. Het enzym DNA-polymerase werkt vanaf die primer van 3’ → 5’. DNA-polymerase koppelt in de 5’ → 3’ de deoxyribonucleotiden aan elkaar. Het controleert, knipt kopieerfouten eruit en herstelt de fout.

De andere streng groeit achterwaarts in stukjes, de Okazaki-fragmenten, steeds vanaf een nieuwe primer. Het enzym DNA-ligase plakt de stukjes aan elkaar.

Elk DNA-molecuul heeft één nieuwe en één oude streng. DNA-replicatie is dus semi-conservatief.

Aan het uiteinden van het DNA-molecuul koppelt het enzym helicase af. Het primase kan niet meer aan de streng binden, waardoor DNA-replicatie van het laatste Okazaki-fragment niet meer kan plaatsvinden. Hierdoor verkorten de telomeren bij elke celdeling.

§19.3 ONDERZOEK AAN DNA

Restrictie-enzymen: enzymen die een DNA/molecuul in kleinere DNA/fragmenten knipt. Elk restrictie-enzym herkent een bepaalde nucleïnebasevolgorde. Zo knippen de enzymen in niet-coderend DNA.

Transfectie: het inbrengen van vreemd DNA in een cel. Een menselijk DNA-fragment komt via een liposoom in het grondplasma (door middel van membraanfusie of endocytose). Motor- en transporteiwitten brengen het in de in de kern. Daar nestelt het fragment zich in het kernDNA.

DNA fragmenten worden meestal voorzien van een marker, zodat het fragment in de volgende stappen weer terug is te vinden.

Een gen verdubbelen kan op twee manieren:

1) Plasmiden: cirkelvormige DNA-moleculen afkomstig uit bacteriën, die door hun kleine aantal basenparen makkelijk te manipuleren zijn.

• een restrictie-enzym knipt het plasmide open.
• een restrictie-enzym knipt het in te bouwen menselijk DNA-fragment uit het kernDNA.
• het menselijk DNA-fragment wordt ingebouwd in het plasmide.
• een bacterie neemt het recombinant-plasmide op.
• deze bacterie vermeerdert en daardoor wordt het menselijk DNA ook verdubbeld.

2) PCR-techniek: een techniek gebaseerd op temperatuurgevoeligheid van DNA.

• door verhitting denatureert dubbelstrengs-DNA en ontstaat enkelstrengs-DNA.
• na afkoeling binden de complementaire DNA-primers P1 en P2 op specifieke plaatsen aan de DNA-strengen.
• Taq-polymerase vormt nieuwe DNA-strengen vanaf de primers.

In de meeste gevallen leidt een mutatie tot een incompleet en dus onwerkzaam eiwit.

Sequensen: de techniek voor het bepalen van nucleïnebasenvolgorden.

• door verhitting denatureert het dubbelstrengs-DNA en ontstaat enkelstrengs-DNA.
• na afkoeling bindt een complementaire DNA-primer op een specifieke plek aan één DNA-streng.
• Taq-polymerase verlengt de DNA-primer aan het 3’-eind met deoxyribonucleotiden (dATP, dGTP, dCTP, dTTP) complementair aan de streng. Het Taq-polymerase gebruikt ‘losse’ deoxyribonucleotiden die aanwezig zijn in het reactiemengsel.
• doordat aan di-deoxyribonucleotide geen deoxyribonucleotiden gekoppeld kan worden, stopt de DNA-synthese. Hierdoor ontstaan DNA-fragmenten met verschillende lengtes.
• een capillaire kolom sorteert de DNA-strengen op lengte.
• een detector herkent de verschillende DNA-strengen aan de fluorescerende kleur op het di-deoxyribonucleotide. Van de volgorde van die kleuren maakt de computer een vertaling met de volgorde van de nucleïnebasen.

DNA-herstelsysteem: een verzameling aan genen die allemaal coderen voor eiwitten die DNA-schade in cellen repareren.

• NER-herstelsysteem: vervangt nucleotiden.
• BER-herstelsysteem: vervangt basen.
• MMR-herstelsysteem: herstelt onjuiste basenparen.

§19.4 VORMING POLYPEPTIDEKETENS

Messenger-DNA: een molecuul dat de informatie in de celkern overbrengt naar de ribosomen in het grondplasma. Dit molecuul is enkelstrengs en bindt met uracil (U) in plaats van thymine (T). Het mRNA bevat slechts de informatie van een enkel gen.

Transcriptie: het overschrijven van een gen naar mRNA.

• de promotor bindt aan een DNA-streng. De promotor is een stukje DNA dat de expressie van een gen reguleert. Deze begint met de TATA-box (3’-TATAAA-5’). Deze zorgt er ook voor dat de transcriptie plaatsvindt aan de streng die niet-codeert, de matrijs of de template.
• het enzym RNA-polymerase koppelt aan de promotor en schuift langs de matrijsstreng in de afleesrichting, van 3’ → 5’, waarbij het pre-mRNA, het nog niet afgemaakte mRNA, groeit in de 5’ → 3’ richting. Deze is tegenovergesteld aan de matrijs en dus hetzelfde als de coderende streng, met uitzondering van de T’s die vervangen zijn door U’s.
  • elke mRNA streng krijgt een aanloop- en uitloop stukje 5’-UTR en UTR-3’.
  • het eerste DNA-triplet van een gen is altijd TAC, dus het mRNA begint altijd met AUG, het startcodon.
  • bij de start van de transcriptie bindt mRNA aan gemethyleerd guanosine, de 5’-cap, wat mRNA extra stabiliteit  geeft en een rol speelt bij het transport van mRNA uit de kern naar het grondplasma, het starten van de translate en het verwijderen van introns uit pre-mRNA.
  • het einde van de transcriptie is gemarkeerd door 3’-TTATTT-5’. Dat is een signaal voor eiwitten om het pre-mRNA en RNA-polymerase los te koppelen.
• het pre-mRNA wordt aan de 3’-kant voorzien van een staart bestaande uit 50-250 A’s.
• enzymen zorgen voor splicing: het splitsen van de exons, de coderende stukken, van de introns, de niet-coderende stukken.
  • Door splicing kan er vanuit één gen meerdere mRNA’s en dus meer eiwitten maken, door verschillende exons te gebruiken.
• de enzymen maken van deze exons het definitieve mRNA.