Thema 1 - chromatine en chromosomen PDF

Preview

Summary

BIOTHEMA 1: structuur van chromatine en chromosomen1. Prokaryote en eukaryote cellen2. leven van een celcellen kunnen in omvang toenemen maar voor werkelijkegroei van een organisme is er celvermeerdering nodig.interfase = groeifase DNA wordt exact gekopieerd toename cytoplasma celdeling = cel splits...

Description

BIO THEMA 1: structuur van chromatine en chromosomen 1. Prokaryote en eukaryote cellen prokaryote cel

eukaryote cel

geen compartimentering in celorganellen

compartimentering in celorganellen

DNA is niet opgerold rond proteïnen en ligt los in het cytoplasma

DNA is opgerold rond distonen en samen vormen ze chromatine

bacteriën en archaea

meercellige maar soms bij eencelligen

2. leven van een cel cellen kunnen in omvang toenemen maar voor werkelijke groei van een organisme is er celvermeerdering nodig. interfase = groeifase • DNA wordt exact gekopieerd • toename cytoplasma celdeling = cel splits in twee • verandering uitzicht van chromatine (histonen + DNA) celcyclus = interfase + celdeling

3. interfase 3.1 Kernmembraan = dubbel membraan met kernporiën voor uitwisseling van stoffen tussen cytosol en kerninhoud, beide membranen bestaan uit een fosfolipidenlaag Kleine moleculen passeren via de kernporiën met behulp van passief transport. Grote moleculen passeren via actieve transportmechanismen. Proteïnen die in het cytosol gemaakt worden zo opgenomen in de celkern, RNA-moleculen die in de celkern gemaakt worden, vervoeren ze zo naar het cytosol.

3.2 Nucleolus = kernlichaampje • aanmaakplaats rRNA (= nodig voor opbouw van ribosomen) In het cytosol zijn veel ribosomen nodig want deze produceren proteïnen. Ribosomen bestaan uit rRNA en proteïnen. De ribosomale proteïnen worden aangemaakt in het cytosol en dan getransporteerd naar de celkern. In de nucleolus gebeurt het ineenzetten van rRNA en ribosomale proteïnen tot twee aparte subeenheden.

3.3 Chromatine = DNA + histonen het grootste deel van de kerninhoud is chromatine. Het is een warrig draadvormig netwerk van chromatinevezels.

3.3.1 Chemische samenstelling van nucleïnezuren DNA en RNA komen beide voor in de cel en zijn nucleïnezuren. Ze zijn opgebouwd uit nucleotiden. Elk nucleotide bestaat uit 3 aan elkaar gebonden moleculen • suikermolecule • fosfaatgroep • base 1. adenine (A) 2. cytosine (C) 3. guanine (G) 4. thymine (T) 5. uracil (U)

De C-atomen van de suikermolecule worden genummerd in wijzerzin, vertrekkend na het O-atoom. De base is altijd gebonden aan C-atoom 1’ en de fosfaatgroep aan C-atoom 5’ en de hydroxylgroep (-OH) aan C-atoom 3’. Tussen de fosfaatgroep van het ene en de hydroxylgroep van het andere nucleotide kunnen er bindingen zijn. Waardoor er zich lange ketens van nucleotiden kunnen vormen. Hoe lang deze ook zijn. RNA-strengen en DNA-strengen hebben altijd een vrije fosfaatgroep aan het 5’-uiteinde zitten en een vrije hydroxylgroep aan het 3’-uiteinde. 5’ —> 3’ DNA

RNA

suikermolecule

desoxyribose

ribose (met OH)

fosfaatgroep

PO4

PO4

base

A, C, G, T

A, C, G, U

3.3.2 Ruimtelijke structuur van DNA • DNA is een dubbele helix DNA is opgebouwd uit twee strengen van nucleotiden. Die vormen twee suiker-fosfaat strengen verbonden door basenparen. • DNA heeft een complementaire structuur De volgorde van de base heeft geen vaste regelmaat, maar A ligt altijd bij T en G altijd bij C. Er ontstaan waterstofbruggen tussen de 2 basen. • DNA heeft een antiparallellie structuur 2 ketens liggen tegengesteld tegenover elkaar De linkerstreng is 5’ —> 3’ georiënteerd terwijl de rechterstreng 3’ —> 5’ ligt. Functies • DNA bevat informatie om in cellen proteïnen aan te maken. Het is de basenvolgorde die informatie vertegenwoordigt. Zo kunnen verschillende proteïnen aangemaakt worden. • De complementariteit van de basen zorgt ervoor dat als de basenvolgorde in één DNA-streng gekend is deze ook in de andere streng tekens is. Die complementariteit vormt de basis voor de exacte replicatie van DNA.

3.3.3 Ruimtelijke structuur van RNA In tegenstelling tot DNA is RNA enkelstrengig. RNA heeft ook, zoals DNA, een herkenbare oriëntatie van nucleotiden 5’ —> 3’. Een RNA-molecule kan ook ruimtelijk opgevouwen zijn als er plaatselijke basenparing is tussen C III G of tussen A II U.

3.3.4 Verband tussen DNA en gen gen = DNA-fragment dat de code bevat voor de aanmaak van een polypeptide (bv. proteïnen) een polypeptide is een lange keten van aaneengeschakelde aminozuren. Tussen de aminozuren treden interacties op, zodat de keten zich opvouwt tot een proteïne. Proteïne bepalen de structuur en werking van de cel. Ze realiseren de erfelijke eigenschappen waarvan de DNA-code in de genen ligt.

3.3.5 Histonen Histonen fungeren als een spoel waarrond de draadvormige DNAmoleculen kunnen worden opgewonden. Histonen maken het mogelijk om lange DNA-strengen in de celkern opgeslagen te krijgen. Naast hun functie van het verpakken van DNA, spelen ze ook een regulerende rol in de manier waarop DNA toegankelijk is voor decodering.

3.3.6 Structuur van een chromatinevezel = draadvormig DNA-molecule + histonen De DNA-draad wordt over een oktober van histonen - acht proteïneballetjes - gewonden. Het geheel noemen we een nucleosoom. DNA en histonen worden daarin samengehouden door waterstofbruggen. euchromatine = in die vorm is DNA bereikbaar voor decodering en kan het dus actief zijn. Chromatinevezels kunnen door H1-histonen compacter opgerold zijn. De nucleosomen liggen dan veel dichter bij elkaar en zijn regelmatiger gestapeld. Heterochromatine = in die vorm is DNA moeilijk te bereiken voor decodering en is het dus inactief.

euchromatine

heterochromatine

3.3.7 DNA-replicatie Tijdens de interfase bereid de cel zich voor op celdeling. Daarbij is het belangrijk dat al het genetisch materiaal verdubbelt wordt om dan te verdelen over de dochtercellen. Dat proces heet DNA-replicatie. Dit proces wordt gestuurd door enzymen.

• DNA-helicase De replicatie van DNA begint op bepaalde plaatsen waar AT-rijke basensequenties voorkomen. Tussen A en T zijn er namelijk maar twee waterstofbruggen en dat is makkelijker los te maken dan de drie waterstofbruggen tussen G en C. DNA-replicatie begint op meerdere plaatsen tegelijk. Het enzym DNA-helicase ontwindt de dubbele helix. Daardoor ontstaan plaatselijke replicatievorken. De twee open gekomen enkelstrengen vormen dan samen een replicatielus.

• DNA-polymerasen DNA-polymerasen zijn nodig om nieuwe nucleotiden aan te hechten op een bestaande DNAenkelstreng. Ze kunnen wel maar in 1 richting werken, namelijk de 3’ —> 5’ richting Op de plaats waar de twee strengen uit elkaar gegaan zijn begint DNA-polymerase nieuwe nucleotiden aan te hechten. Daarbij speelt de complementaire basenparing een cruciale rol. tegenover A hoort T, tegenover C hoort G. Op de 3’ —> 5’ streng zal deze continu nucleotide na nucleotide aanhechten, zonder onderbreking. Men noemt dit de snelle streng. DNA-polymerasen kunnen eigenlijk niet zelf de DNA-replicatie starten, ze hebben een primer als startpunt nodig. Dat is een korte RNA-keten, die complementair kan binden op een bestaande DNA-enkelstreng. Primers worden door de cel zelf aangemaakt. Een primer met bijhorend stukje DNA-streng noemen we het Okazakifragment. Omdat DNA-strengen een antiparallelle oriëntatie hebben, zal DNA-polymerase anders te werk moeten gaan op de 3’ —> 5’ streng. Deze komt discontinu tot stand, ze noemen dit de trage streng

• DNA-ligase De aparte fragmenten worden aaneengeplakt door DNA-ligase De RNA-primers worden tijdens de replicatie afgebroken door het enzym ribonuclease. De zo ontstane openingen in het DNA worden opgevuld door de werking van de DNA-polymerase naarmate dit het volgende Okazakifragment verlengd. Tot slot worden de Okazakifragmenten op de trage streng aaneengeplakt door het enzym DNA-ligase. Dat enzym zorgt er dus voor dat de korte stukjes polonucleotiden in de suiker-fosfaatruggengraat aaneengehecht worden.

• resultaat van DNA-replicatie Als een DNA-molecule volledig gerepliceerd is, zijn er twee nieuwe DNA-moleculen ontstaan. Elk nieuwe DNA-molecule bestaat uit een nieuwe en een oude streng. Daarom zeggen we dat DNA-replicatie semi conservatief is. De nieuwe DNA-moleculen zijn identiek aan de oorspronkelijke door de complementariteit.

4. delingsfase 4.1 Van chromatine tot chromosomen Als een cel zich gaat delen moet de chromatine zich verdelen over de dochtercellen. Om dat nauwkeurig te kunnen uitvoeren, gaat chromatine tijdens de celdeling over naar zijn meest compacte vorm, chromosomen.De overgang is gekenmerkt door spiralisatie en condensatie van de chromatinevezel. Elk chromosoom is is opgebouwd uit twee aan elkaar vasthangende staafjes. Elk staafje noemen we een chromatide. De twee chromatiden van een chromosoom noemen we zusterchromatiden, deze bevatten dus identiek DNA. De plaats waar twee zusterchromatiden samenhangen noemen we een centromeer.

! 4.2 Telomeren Aan de uiteinden van chromosomen bevinden zich telomeren. Dit zijn DNA-sequenties van enkele duizenden basenparen die bestaan uit een korte sequentie (TTAGGG) die vele malen wordt herhaald. De aanwezigheid van de telomeersequenties is een gevolg van een probleem bij DNA-replicatie.

4.3 Eigenschappen van chromosomen 4.3.1 aantal chromosomen het aantal chromosomen per soort is constant. Dat aantal is altijd een even getal en duiden we aan als een diploïde aantal, voorgesteld door 2n. De mens heeft 46 chromosomen, 23 van de moeder en 23 van de vader. Afmetingen en vorm zijn ook soortspecifiek. In eicellen en zaadcellen (geslachtscellen/gameten) is slechts de helft van het diploïde aantal chromosomen aanwezig. Dat halve aantal noemen we het haploïde aantal, voorgesteld door n. Het aantal chromosomen in gameten wordt gehalveerd omdat deze met elkaar versmelten tot een zygote. 4.3.2 homologe chromosomen Binnen het diploïde aantal chromosomen van alle organismen vinden we paren die even lang zijn en hun centromeer op dezelfde plaats dragen. Het zijn overeenkomstige of homologe chromosomen. Deze bevatten geen identieke informatie maar wel informatie van dezelfde aard op overeenkomstige plaatsen op het chromosoom. Het begrip chromosomenpaar verwijst naar twee homologe chromosomen. bv. chromosoom1: blauwe ogen, chromosoom2: bruine ogen

4.3.3 Autosomen en heterosomen Autosomen = draagt informatie voor alle lichaamskenmerken behalve de geslachtskenmerken. Ze zijn eigen aan ieder lid van de soort, ongeacht het geslacht. Heterosomen = draagt informatie voor de geslachtskenmerken (geslachtschromosomen) Die twee chromosomen worden aangeduid door X en Y.

4.4 Karyogram = chromosomenkaart • Y-chromosoom is korter dan X-chromosoom • Als je chromosomen te weinig of te veel hebt ben je gehandicapt.

5. extrachromosomaal DNA DNA zit in de celkern, maar ook buiten de celkern komt er DNA voor: het extrachromosomaal DNA. Een kleine hoeveelheid DNA komt voor in mitochondriën en chloroplasten. In prokaryote cellen van bacteriën komt DNA voor in de vorm van plasmiden.

5.1 Mitochondriën Mitochondriën bevatten eigen ringvormig DNA, het mitochondriaal DNA of mtDNA. Het draagt informatie om eigen ribosomen RNA en een deel van de eigen proteïnen aan te maken. mtDNA bevindt zich in de matrix. mtDNA wordt enkel via de moeder doorgegeven. Dat komt doordat bij de bevruchting de mitochondriën van de zaadcel worden afgebroken. Daardoor is het mogelijk om verwantschap langs moederszijde vast te leggen.

5.2 Chloroplasten In plantencellen komt extrachromosomaal DNA voor in de chloroplasten. Daarmee kunnen in de chloroplasten een deel van de eigen proteïnen aangemaakt worden. De synthese van de overige proteïnen vereist de informatie aanwezig in het kern-DNA. Net zoals mitochondriën beschikken chloroplasten ook over een eigen replicatie-apparaat.

5.3 Plasmiden In bacteriën ligt het DNA los in het cytoplasma en is het niet gewikkeld rond histonen. Het komt voor in twee vormen. • chromosoom: één enkele grote, cirkelvormige DNA-dubbelstreng • plasmide: een extrachromosomale en kleine, cirkelvormige DNA-dubbelstreng Plasmiden repliceren zich onafhankelijk van het chromosoom en worden gemakkelijk doorgegeven van de ene naar de andere bacterie....