DNA 5 V

• Biologie
• Middelbare school
• vwo
• Leerjaar 5

DNA

Genoom

DNA bevat genen: coderend DNA.

Elk gen codeert voor 1 eiwit mbv de volgorde van ATC en G.

Daarnaast bevat DNA veel niet-coderend DNA.

Functie: template voor het maken van rRNA of tRNA aan/ uitzetten van genen.

DNA

enkelstrengs DNA

dubbelstrengs DNA

DNA sequensen

www.bing.com

bst 2 DNA replicatie

ontdekking DNA

• In 1953 ontdekten James Watson, Francis Crick, Rosalind Franklin en Maurice Wilkins de structuur van DNA. 
• In 1962 kregen Watson, Crick en Wilkins hiervoor een Nobelprijs voor Geneeskunde.
• In 1987 voor het eerst DNA gebruikt als daderbewijs

Rosalind Franklin

Vaak ongenoemd: Rosalind Franklin, röntgendiffractie 

37-jarige leeftijd overleden eierstokkanker

DNA-replicatie

1. De replicatie start bij een replicatie startpunt
2. Helicase verbreekt de waterstofbruggen --> DNA strengen uit elkaar. Er ontstaat een replicatiebel. 
3. single strand binding proteins (SSBP's) voorkomen dat het DNA weer dubbelstrengs wordt.
4. Primase maakt korte RNA primers die functioneren als startpunt van DNA polymerase
5. DNA polymerase bindt een primer en verlengd deze aan de 3' uiteinde. Langs de leidende streng kan de replicatie onafgebroken doorgaan. Langs de volgende streng worden telkens korte stukken DNA gemaakt, de Okazaki-fragmenten.
6. RNA primers worden vervangen door DNA nucleotiden
7. Ligase verbindt alle Okazaki-fragmenten aan elkaar.

DNA replicatie

1. De replicatie start bij een replicatie startpunt

2. Helicase verbreekt de waterstofbruggen --> DNA strengen uit elkaar. Er ontstaat een replicatiebel. 

3. single strand binding proteins (SSBP's) voorkomen dat het DNA weer dubbelstrengs wordt.

4. Primase maakt korte RNA primers die functioneren als startpunt van DNA polymerase

5. DNA polymerase bindt een primer en verlengd deze aan de 3' uiteinde. Leesrichting 3' --> 5'. Maak richting van 5' --> 3'.

5. DNA polymerase bindt een primer en verlengd deze aan de 3' uiteinde. 

- Langs de leidende streng kan de replicatie onafgebroken doorgaan. 

- Langs de volgende streng worden telkens korte stukken DNA gemaakt, de Okazaki-fragmenten.

6. RNA primers worden vervangen door DNA nucleotiden

7. Ligase verbindt alle DNA fragmenten aan elkaar.

Telomeren

Aan het uiteinde van een chromosoom zitten de telomeren.

  

Telomeren bestaan uit repetitief DNA, dus herhalingen van TTAGGG

DNA polymerase kan telomeren niet goed kopiëren.

Bij elke celdeling zullen de telomeren dus ook steeds korter worden

Wanneer de telomeren te kort worden zal de cel doodgaan (apoptose).

Apoptose noemen ook geprogrammeerde celdood.

telomeer

Telomerase

Telomerase verlengt het telomeer met RNA

DNA-polymerase vult streng aan

In meeste cellen is de expressie van telomerase onderdrukt

DNA Technieken (1)

PCR = Polymerase Chain Reaction

Doel = van weinig DNA, veel DNA maken

Nabootsen natuurlijke DNA-replicatie

1. Denaturatie (enkelstrengs DNA)
2. Aanhechting RNA primers
3. Replicatie door DNA-polymerase

www.bioplek.org

DNA technieken (2)

Sequencing en gelectroforese

Sequencen door verschillen in fragmentlengte (Sanger methode)

DNA-sequencing

• DNA-sequentie: volgorde van de basen in het DNA    (A, T, C, G)
• DNA-sequencing: volgorde basen in kaart brengen
• Hoe meer overeenkomst DNA, hoe meer verwant

DNA sequencen

Onderzoek naar DNA sequentie

variatie in sequentie: 

verwantschap

risico op ziekten

reactie op medicijnen

erfelijke ziekten

DNA fingerprinting

Tandemrepeats  in niet coderend DNA (zie module forensisch onderzoek NLT)

bv CACACACACACACA

DNA Technieken (3)

DNA-fingerprinting

Vergelijken DNA van personen d.m.v. gelelektroforese.

Restrictie-enzym: herkent en knipt een specifieke nucleotidenvolgorde

Fragmenten worden door gelelektroforese gescheiden en vergeleken.

DNA fingerprinting

Restrictie-enzymen

- DNA profielen van organismen vergelijken om zo afkomst te kunnen bepalen of organismen te kunnen identificeren 

- enzymen die specifieke DNA sequentie herkennen en hier op een unieke manier het DNA knippen

bst 3 transcriptie

kopie van het DNA dat gebruikt wordt als template voor het maken van eiwitten.

Gen-expressie

BINAS!!

Verschillende soorten RNA

pre-messenger RNA (pre-mRNA) 

messenger RNA (mRNA) 

ribosomaal RNA (rRNA) 

transfer-RNA (tRNA)

Ribosomen

opgebouwd uit rRNA-moleculen en eiwitten;

• Klein deel: mRNA-bindingsplaats
• Groot deel: drie tRNA-bindingsplaatsen (E, P en A)

koppelen aminozuren aan elkaar tot eiwitten (polypeptideketens)

RNA 

rRNA

ribosomal RNA

Transcriptie

• Met informatie op DNA kunnen ribosomen in cel eiwitten synthetiseren
• DNA-sequentie van een gen overgeschreven naar RNA
• messengerRNA (mRNA) brengt informatie voor synthese eiwit naar ribosoom

RNA-polymerase 

• Verbreekt waterstofbruggen tussen twee DNA-ketens
• Keten met promotor is template-streng (ook wel matrijs, of anti-sense)
• RNA-polymerase bindt vrije RNA-nucleotiden langs DNA-streng in richting 3' naar 5' (RNA gevormd van 5' naar 3')

mRNA en pre-mRNA

Bij eukaryoten wordt eerst pre-mRNA gevormt. 

Het RNA moet nog worden bewerkt  tot het echt mRNA is.

RNA-processing

Waarom introns en exons?

Door verwijderen introns kunnen exons in verschillende volgorde in mRNA teruggeplaatst worden. 

Er kunnen dus meerdere versie van een eiwit gemaakt worden!

BINAS 71H

Spliceosoom knipt introns uit pre-mRNA

Het deel van een mRNA molecuul dat codeert voor de eerste zes aminozuren van een bepaalde polypeptide is:
UAU AAG UGU UAA UCG GUA
Wat is de '5 kant?

1. GUA
2. UAU

Welke uitspraak is waar?

1. Tussen A en T zitten 2 waterstofbruggen. Tussen C en G zitten 2 waterstofbruggen.
2. Tussen A en T zitten 2 waterstofbruggen. Tussen C en G zitten 3 waterstofbruggen.
3. Tussen A en T zitten 3 waterstofbruggen. Tussen C en G zitten 2 waterstofbruggen.
4. Tussen A en T zitten 3 waterstofbruggen. Tussen C en G zitten 3 waterstofbruggen.

Basisstof 4

- Je kunt beschrijven hoe translatie plaatsvindt

- Je kunt beschrijven hoe eiwitsynthese plaatsvindt

Codons

• Codon: drie opeenvolgende nucleotiden mRNA coderen voor één aminozuur
• Startcodon: AUG, methionine (met)
• Stopcodons: UAA, UAG, UGA

Genetische code

• Tabel aflezen om codons om te zetten naar aminozuren
• Eiwit bestaat uit aminozuren (20 verschillende)

Translatie

• Voorraad aminozuren in cytoplasma
• tRNA-moleculen binden aminozuren en vervoeren ze naar ribosoom
• Ribosomen koppelen aminozuren aan elkaar tot eiwitten, starten bij 5'-uiteinde
• Eindigt bij stopcodon

tRNA

• Enkelstrengs RNA-molecuul
• CCA aan 3'-uiteinde kan aminozuur binden
• Drie nucleotiden vormen anticodon, binden aan  codon mRNA

Ribosoom

• tRNA complementair aan codon A-plaats bindt daar
• Aminozuurketen P-plaats bindt aan aminozuur A-plaats
• Ribosoom schuift richting 3'-uiteinde, tRNA schuift op naar P-plaats
• Volgende stap laat tRNA los vanaf E-plaats

Eiwitsynthese

• Polyribosomen: meerdere ribosomen vertalen mRNA
• Vrijgekomen eiwitten in cytoplasma of vanaf endoplasmatisch reticulum naar Golgisysteem
• Proteasen breken verkeerd gebouwde eiwitten af

Op een bepaald moment wordt ergens in een een cel de nucleotide GAT gepaard aan de nucleotide CUA. Deze paring treedt op

1. als een mRNA codon paart met een tRNA anticodon
2. tijdens translatie (aflezen mRNA in ribosoom)
3. in een dubbelstreng DNA molecuul
4. tijdens transcriptie (omzetten DNA-code in RNA-code)

De nucleotide volgorde van een bepaald DNA codon is GTA. Een mRNA molecuul met de complementaire streng ontstaat via transcriptie van dat DNA codon. Bij de eiwitsynthese paart een tRNA codon met het mRNA codon.
Wat is de nucleotide volgorde van dit tRNA anticodon?

1. GTA
2. GUA
3. CAU
4. CAT

Basisstof 5

- Je kunt verschillende manieren van genregulatie beschrijven bij prokaryoten

- Je kunt verschillende manieren van genregulatie beschrijven bij eukaryoten

- Je kunt beschrijven wat het belang is van genexpressie voor zelfregulatie en zelforganisatie van een organisme

Genregulatie prokaryoot (gen staat uit)

• Regulatorgen codeert voor repressor
• Repressor bindt aan operator
• RNA-polymerase gebonden aan promoter, maar kan niet verder
• Operon (structuurgenen z, y en a) wordt niet afgelezen

Genregulatie prokaryoot (gen staat aan)

• Inductor (lactose) bindt aan repressor
• Repressor laat los van operator
• RNA-polymerase kan operon aflezen
• 1 mRNA-streng wordt gevormd, dat door ribosomen wordt omgezet naar 3 enzymen voor afbraak lactose

Stamcellen

• Genexpressie belangrijk bij specialisatie cellen
• Totipotent: kunnen zich ontwikkelen tot elk celtype
• Pluripotent: alleen embryonale celtypen
• Multipotent: Beperkt aantal celtypen

Telomerase

• Zaadcelmoedercellen, eicelmoedercellen, stamcellen en kankercellen kunnen blijven delen
• Telomerase maakt telomeer weer lang
• Gebruikt RNA-deel om DNA te vormen
• In meeste cellen onderdrukt

www.bing.com

stamcellen

omnipotent/ totipotent

pluripotent

multioptent

Apoptose

Genregulatie eukaryoot

• DNA regulatorgenen coderen voor transcriptiefactoren
• RNA-polymerase kan alleen aan promotor binden als daar transcriptiefactoren aanwezig zijn
• Regulatorgenen en transcriptiefactoren kunnen elkaar beïnvloeden
• Cellen specialiseren

Genregulatie eukaryoten

• Activators binden aan enhancers, DNA buigt, transcriptiefactoren en RNA-polymerase binden aan promotor
• Respressors binden en blokkeren transcriptie
• Als DNA compact gemaakt wordt kunnen transcriptiefactoren en RNA-polymerase niet binden

RNAi

RNA-interferentie

miRNA

microRNA bindt aan een eiwitcomplex en zorgt ervoor dat het mRNA niet kan worden afgelezen. 

www.bing.com

Epigenetica

• DNA-methylering zorgt dat genen uitgezet worden
• Methylering wordt doorgegeven na celdeling en aan nageslacht

micro-RNA

• Blokkeert mRNA-moleculen of breekt deze af
• RNA-interferentie (RNAi)
• RNA-keten als dubbelstrengs lus, dicer knipt deze in miRNA
• Streng complementair aan doel-mRNA
• miRNA bindt aan eiwitcomplex en dan samen aan doel-RNA

Wat is geen overeenkomst tussen genregulatie van eukaryoten en prokaryoten?

1. Beide maken gebruik van RNA-polymerase
2. Beide maken gebruik van een promotor
3. Beide maken gebruik van transcriptiefactoren
4. Beide maken gebruik van een repressor

Welke vorm van genregulatie kan niet voorkomen dat een gen wordt afgelezen?

1. Transcriptiefactoren
2. Methylering
3. micro-RNA

Basisstof 6

- Je kunt de verschillende typen en uitwerkingen van mutaties beschrijven

Puntmutaties tijdens DNA-replicatie

Geen mutatie: TAC CAA GAA

Substitutie:      TAC CAT GAA

Insertie:             TAC CAC AGA A

Deletie:              TAC CAG AA

Genoommutatie: Non-disjunctie tijdens meiose I of II

fout in de meiose

• XXY: syndroom van Klinefelter
• X: syndroom van Turner
• Trisomie 21: syndroom van Down

afwijkend karyogram trisomie --> Klinefelter syndroom  met karyotype: 47, XXY

Trisomie en mozaiek

Trisomy 21 (Down syndrome)

Trisomy 18 (Edwards syndrome)

Trisomy 13 (Patau syndrome)

Trisomy 9

Trisomy 8 (Warkany syndrome 2)

XXX (Triple X syndrome)

XXY (Klinefelter syndrome)

XYY (Jacobs syndrome)

Inactivatie X-chromosoom 

Opgaven

61 t/m 65

Chimaera

Chimaera... Eén individu, 2 verschillende soorten DNA.

• Voor het ontstaan van chimaerae binnen eenzelfde soort is geen duidelijke
   oorzaak aan te wijzen; mogelijk vindt er een toevallige versmelting tussen embryo's.
  
• De cellen van verschillende herkomst vormen zeker geen gelijkmatig mengsel,
    maar eerder een lappendeken (bijv. Lever met het ene DNA nieren met het andere DNA).
  
• Het is onbekend hoe die verdeling tot stand komt.
  
• Er zijn ten minste drie gevallen bekend van chimerisme in mensen;
    Lydia Fairchild, Karen Keegan en Taylor Muhl.
  
  

Kat Venus:

• De kat heeft twee verschillende vachten in één door een afwijking in het DNA. 
• Door het samensmelten van twee embryo’s heeft Venus niet één,
    maar twee typen DNA door elkaar heen.
  

Mutagenen

DNA-repairsysteem

oorzaken van mutaties

veel mutaties hebben geen effect: 

genen staan uit
mutatie slechts in enkele cellen

ontstaan van kanker

meerdere genen zijn gemuteerd: proto-oncogenen en supressorgenen

Oncogenen

• Mutatie op suppressorgen verwijdert rem op celcyclus
• Proto-oncogen stimuleert celgroei, door mutatie verandert deze in oncogen
• Abnormaal snelle groei of celdeling, als suppressorgen niet voor apoptose zorgt, ontstaan tumor

Suppressorgenen

• Voorkomen dat een cel zich deelt voordat DNA-reparatie is afgerond
• Te veel of onherstelbare DNA-schade leidt tot apoptose

Kanker

Recombinatie tijdens meiose

Crossing over tijdens meiose

Stel dat er bij de replicatie van het DNA in een cel een fout wordt gemaakt waardoor er ergens in een gen in plaats van een A een T wordt ingebouwd.
Welk effect verwacht je op de cel?

1. Elk nieuw gevormd eiwit zal een verkeerd aminozuur bevatten
2. Een bepaald eiwit kan een verkeerd aminozuur bevatten.
3. Een bepaald eiwit kan een totaal verkeerde aminozuurvolgorde bevatten
4. Een bepaald eiwit kan een aminozuur missen

Welke vorm van mutaties wordt niet gerepareerd of voorkomen in ons lichaam?

1. Puntmutaties
2. Chromosoommutaties (crossing over)
3. Genoommutaties

Basisstof 7

- Je kunt verschillende technieken en toepassingen van biotechnologie beschrijven

Polyploïde planten

• Ontstaan door fout in mitose of meiose
• Door colchicine toevoeging, chromatiden splitsen wel, maar cel deelt niet

Klonen: embryosplitsing

Klonen: celkerntransplantatie

Recombinant-DNA-techniek

• DNA van ander individu ingebracht
• Cisgenese: organisme van dezelfde soort
• Transgenese: organisme van andere soort
• Restrictie-enzymen, DNA-ligase

Genetische modificatie

GGO = genetisch gemodificeerd organisme

transgeen

virussen

hebben geen intronen

mRNA lijkt dus op DNA

Met reverse-transctiptase kan langs mRNA cDNA gevormd worden.

Genen uitschakelen

• Kopie maken van DNA met gen dat uitgeschakeld moet worden, met stikstofbasen in omgekeerde positie (antisense-DNA)
• Zowel originele gen als kopie hebben transcriptie
• mRNA moleculen zijn complementair en binden aan elkaar, waardoor geen translatie

Genen isoleren

• mRNA isoleren uit cellen die veel van het eiwit maken
• Reverse-transcriptase vormt langs mRNA een enkelstrengs DNA-keten
• DNA-polymerase maakt langs enkelstrengs keten complementair DNA (copyDNA)
• cDNA ingebracht in plasmide

geninactivering dmv antisense-DNA

knock-out gen

Welk van de hierboven beschreven processen kan niet natuurlijk plaatsvinden?

1. Polyploïde planten
2. Klonen
3. Recombinant-DNA

• Bouw DNA-molecuul, DNA-sequentie
• DNA-replicatie, telomeren
• PCR, sequencen, DNA-fingerprinting
• Transcriptie en translatie
• Genregulatie prokaryoot en eukaryoot, epigenetica, RNAi
• Mutaties, DNA-repairsysteem, oncogenen
• Klonen, recombinant-DNA-techniek, antisense-DNA