Thema 4 DNA - Herhaling BS 1, 2, 3, 4

• Biologie
• Middelbare school
• vwo
• Leerjaar 5

Thema 4 DNA

Basisstof 1 De bouw en functie van DNA

Basisstof 2 DNA-replicatie

Basisstof 3 Transcriptie

Basisstof 4 Translatie en eiwitsynthese

(Basisstof 5 Genexpressie

Basisstof 6 Genetische variatie

Basisstof 7 Biotechnologie)

Herhaling

Het is niet bedoeld om totaal volledig te zijn, vooral om je weer even de stof te laten oprakelen.

Herhaling Basisstof 1 (1)

Bouw & functie 

DNA bevat de informatie voor onze erfelijke eigenschappen. Bijna elke cel heeft een celkern met daarin DNA. Het geheel aan erfelijke informatie in de cellen noem je het genoom.

Eukaryoten: alle DNA in de kern en de mitochondrien: kernDNA en mtDNA, evt DNA in chloroplasten.

Prokaryoten: circulair DNA-molecuul, evt

Herhaling Basisstof 1 (2)

Bouw van DNA:

Twee ketens van aan elkaar gekoppelde nucleotiden. Nucleotide: desoxyribose, fosfaatgroep, stikstofbase. 

Stikstofbasen: Adenine, Thymine, Cytosine, Guanine.

Dubbelstrengs DNA molecuul - basenparing. Helixstructuur (spiraalvorm).

Aan ene kant fosfaatgroep: 5' uiteinde.

Andere kantOH-groep aan 3e C atoom van desoxyribose:  3' 

Herhaling Basisstof 1 (3)

Een DNA-molecuul past in een celkern door de compacte vorm: het is rond histonen gewikkeld. Een aantal histonen met DNA eromheen = nucleosoom.De volgorde waarin nucleotiden in een DNA-molecuul zijn gerangschikt: de sequentie. 

Bij de mens bestaat ongeveer 98,5% van het genoom uit niet-coderend DNA. Ze hebben een regulerende functie, een deel bestaat uit repetitief DNA (herhalingen van korte nucleotidesequenties).

https:

Herhaling Basisstof 2 (2)

DNA-replicatie

DNA begint bij een replicatiestartpunt, de waterstofbruggen tussen de basenparen wordt verbroken door het enzym helicase. Als de twee strengen uit elkaar gaan ontstaat een replicatiebel.

Herhaling Basisstof 2 (1)

DNA-replicatie

Celdeling vindt plaats om onder andere cellen te vervangen of te kunnen groeien. Het kopiëren van DNA oftewel DNA-replicatie is nodig tijdens de celdeling, specifieker tijdens de S-fase (zie afbeelding hiernaast). 

DNA begint bij een replicatiestartpunt, de waterstofbruggen tussen de basenparen wordt verbroken door het enzym helicase. Als de twee strengen uit elkaar gaan ontstaat een replicatiebel.

Herhaling Basisstof 2 (2)

DNA-replicatie

Wanneer helicase de basenparing openbreekt, binden SSBP's (speciale eiwitten) aan de twee strengen. Dit houdt de replicatiebel open. 

Replicatie begint met een primer, waarvan het enzym DNA-polymerase langs de keten kan schuiven en dATP, dTTP, dGTP en dCTP binden. Twee fosfaatgroepen splitsen af en deze geven de energie af voor de binding.

DNA-polymerase heeft een afleesrichting van het 3'-uiteinde naar het 5'-uiteinde. De nieuwe streng wordt dus gemaakt van 5' naar 3'.

Herhaling Basisstof 2 (3)

DNA-replicatie

Herhaling Basisstof 2 (3)

DNA-replicatie

De leidende streng is gemaakt. 

Zoals gezegd kan DNA-polymerase alleen van het 3'-5' uiteinde aflezen,  in de andere richting kan DNA-polymerase alleen kleine stukjes DNA (Okazaki fragmenten) synthetiseren.  De RNA primers worden vervangen door DNA-nucleotiden.

Het enzym DNA-ligase koppelt ten slotte de Okazaki-fragmenten aan elkaar. Hierdoor wordt de volgende streng gevormd.

Herhaling Basisstof 2 (4)

DNA-replicatie

Het DNA-molecuul wordt bij elke celdeling korter (afb. 16 in je boek en de afb. hiernaast).

Om te voorkomen dat de genen in het DNA worden beschadigd, hebben de  van eukaryoten telomeren: niet-coderend DNA ('5-TTAGG-3') dat is ingekapseld in beschermende eiwitten.

Na ongeveer 50 celdelingen is de telomeer zo kort dat de cel zich niet meer kan delen en overgaat tot apoptose (geprogrammeerde celdood).

Herhaling Basisstof 2 (5)

DNA-replicatie

DNA-analyse gebeurt bijvoorbeeld bij de corona-test. Het DNA dat uit de cellen van het virus wordt geïsoleerd is meestal te weinig voor onderzoek dus met PCR kunnen een of meer specifieke gedeelten uit het DNA in een PCR-machine worden gekopieerd. 

Vervolgens kun je een DNA-profiel of DNA-fingerprint maken dmv gelelektroforese. Je bepaalt daarmee de nucleotidevolgorde van het DNA (sequensen).

Voor het bepalen van een DNA-profiel worden beide  van minimaal tien onafhankelijk overervende loci met repititief DNA onderzocht (zogenaamde repeats, SNP). Repititief DNA (bijv. CACACACA) bevind zich in bepaalde loci van niet-coderend DNA, dit is voor elke persoon zo uniek waardoor je er iemand mee kunt identificeren.

Herhaling Basisstof 3 (1)

Transcriptie

Zoals in de vorige afbeelding is te zien, is het doel van elke cel 'eiwitten maken'. In basisstof 3 en 4 zie je hoe dit in zijn werk gaat. Bij de eerste stap , de transcriptie, wordt een kopie gemaakt van de nucleotidevolgorde van een gen in het DNA. Deze kopie bestaat uit RNA, wat op 3 manieren van DNA verschilt: 

- Enkelvoudige nucleotideketen (wordt gevormd langs 1 keten van het DNA-molecuul)

- Suiker 'ribose'

- Uracil (U) in plaats van Thymine (T)

Herhaling Basisstof 3 (2)

Zoals in de afbeelding hiernaast te zien is, heet het RNA wat de informatie voor de synthese van een eiwit naar het ribosoom overbrengt mRNA - messenger RNA.

Er bestaan andere typen RNA: ribosomaal RNA: rRNA en Transfer RNA: tRNA waar we in BS 4 meer over gaan zien.

De vorming van mRNA heet transcriptie. In de volgende slide gaan we daar mee verder.

Herhaling Basisstof 3 (3)

Om mRNA te vormen moet het DNA eerst ontvouwen, vervolgens bindt RNA-polymerase aan een specifieke volgorde van nucleotiden (BS 4). De plaats waaraan RNA-polymerase bindt heet de promotor. Die kan alleen binden als er bepaalde eiwitten (transcriptiefactoren) aan gebonden zijn. De waterstofbruggen worden verbroken en transcriptie kan plaatsvinden aan de template streng (= matrijsstreng = de keten met de promotor, andere keten =coderende streng).

Herhaling Basisstof 3 (4)

Zie de afbeelding hiernaast, er ontstaat eerst pre-mRNA voor mRNA. Het pre-mRNA wordt eerst nog bewerkt: RNA-processing.

Pre-mRNA bestaat uit introns en exons, de introns (niet-coderend DNA) worden er tussenuit geknipt en de exons aan elkaar geplakt door het spliceosoom --> splicing.

Door de exons op verschillende manieren samen te voegen, ontstaan verschillende mRNA's die voor verschillende eiwitten coderen (zie afbeeldingen onderaan <--).

Herhaling Basisstof 4 (1)

Translatie & eiwitsynthese

We zijn aanbeland bij de laatste stappen in het maken van eiwitten. Eiwitten als bouwstof: hormonen, enzymen, transporteiwitten, beschermende eiwitten. 

De eiwitten in je lichaam kunnen worden opgebouwd uit 20 verschillende aminozuren. Het aantal en de volgorde verschilt per eiwit. 

Per aminozuur is er een code van drie nucleotiden nodig: een codon of triplet. In de afbeelding hiernaast vind je deze genetische code. GUG codeert bijv voor Alanine. 

In de tabel zie je ook het startcodon: AUG en de stopcodons UAA, UAG en UGA. De synthese van eiwitten start dus met AUG (oftewel het aminozuur Methionine)  en eindigt met één van de stopcodons.

Herhaling Basisstof 4 (2)

Nu we weten welke nucleotidevolgorde codeert voor welk aminozuur, bekijken we hoe deze code gelezen wordt. Hiernaast zie je een tRNA-molecuul: een enkelstrengs RNA-molecuul met een opgevouwen ruimtelijke vorm. Onderaan het anticodon - deze bindt aan het complementair codon in het mRNA. Bovenaan het tRNA zitten de nucleotiden CCA, waaraan een enzym een aminozuur kan binden. tRNA-moleculen vervoeren de aminozuren naar het ribosoom.

Translatie is dus de koppeling van aminozuren aan elkaar tot ze een eiwit vormen. Dit gebeurt in het ribosoom, de volgorde wordt bepaald door het mRNA-molecuul.

Let op! Anticodon GGA past op het codon CCU in het mRNA en codeert dus voor het aminozuur Proline.

Herhaling Basisstof 4 (3)

Het ribosoom bestaat uit een klein: mRNA-bindingsplaats, en groot deel: 3 tRNA-bindingsplaatsen. Het tRNA passeert plaats A, P, E in het ribosoom. Ribosomen koppelen aminozuren aan elkaar tot eiwitten (polypeptideketens).

Herhaling Basisstof 4 (4)

Als een ribosoom een stuk voorbij het startcodon is, kan een ander ribosoom binden aan het startcodon: clusters van ribosomen noemen we polyribosomen.  het stopcodon bereikt is, bindt er een speciaal eiwitmolecuul aan het stopcodon: de release .

Herhaling Basisstof 4 (5)

Ten slotte krijgen de eiwitten hun ruimtelijke vorm door vouwing in het E.R. en/of Golgi systeem en worden ze in of buiten de cel gebruikt. 

Als een ribosoom een stuk voorbij het startcodon is, kan een ander ribosoom binden aan het startcodon: clusters van ribosomen noemen we polyribosomen.

Wanneer het stopcodon bereikt is, bindt er een speciaal eiwitmolecuul aan het stopcodon: de release factor.

Welke vraag/vragen over
BS 1 t/m 4 heb je nu nog?

Noem minstens 1 verschil tussen DNA en RNA

Primase

RNA Primer

SSBP's

DNA-polymerase

Helicase

Okazaki fragment

DNA-ligase

Op de afbeelding
hiernaast zie je een...

1. Aminozuur
2. transferRNA
3. Plasmide
4. Telomeer

Check: op dit moment heb je af...

4.1 Bouw van DNA opdr 1 t/m 5

4.2 DNA-replicatie opdr 6 t/m 15

4.3 Transcriptie opdr 17 t/m 21

4.4 Translatie opdr 22 t/m 27

Maak voorafgaand aan de toets:

Examentrainer + linkjes in somtoday (maandag 13 mei)

Lessonup oefeningen (zie map)

Bekijk ook de samenvatting van basisstof 1 t/m 4 (leerdoel 1 t/m 6) op bladzijde 134 en 135 van je tekstboek.