Moleculaire genetica Inhoud:   Overzicht animaties en afbeeldingen moleculaire genetica   De bouw van het DNA nucleotiden organische basen Adenine Guanine Cytosine Thymine duplicatie DNA Verband DNA enzymen enzymen aminozuren DNA en Ribosomen triplet codon Transcriptie - bouw RNA messenger-RNA Translatie - het maken van eiwit transport-RNA Nieuwe ontdekkingen   De bouw van het DNA De chromosomen in de kern bestaan voornamelijk uit de stof DNA (een klein deel van een chromosoom is eiwit). DNA-moleculen zijn zeer groot. Ze bevatten honderdduizenden atomen. Een DNA-molecuul is samengesteld uit een groot aantal kleinere moleculen. Deze onderdelen noemt men de nucleotiden. Een nucleotide bestaat weer uit een suiker een fosfaat en een van de stoffen Adenine, Cytosine, Thymine en Guanine. Deze laatste vier stoffen noemt men organische basen (Een base is een stof waarmee de werking van een zuur uitgeschakeld kan worden). Er zijn dus 4 verschillende soorten nucleotiden, afhankelijk van soort base die aan de suiker vastzit.         Nucleotide met de base guanine       Nucleotide met de base Uracil       Nucleotide met de base Adenine       Nucleotide met de base Guanine De base adenosine zit altijd vast aan de base thymine en de base cytosine zit altijd vast aan de base guanine. Een DNA-molecuul bestaat uit twee zeer lange kettingen van nucleotiden. Deze kettingen zitten via de basen zo aan elkaar vast dat het molecuul de vorm heeft van een wenteltrap. De basen vormen twee aan twee de sporten van de trap. De cijfers 5' en 3' komen later ter sprake. Voordat een cel kan delen moet het DNA verdubbeld worden. Het DNA-molecuul splitst open en op beide ketens worden losse nucleotiden aaneengeregen tot een nieuwe DNA-streng. Op deze wijze ontstaan de twee chromatiden die tijdens de deling uitelkaar getrokken worden. De verdubbeling van het DNA noemt men de replicatie. Van dit proces hebben we een animatie gemaakt waarop je ook kan zien wat bedoeld wordt met de 5' en 3' richting. animatie bouw en replicatie DNA   Het verband DNA - enzymen De volgorde van de basenparen in het DNA bevat de code die nodig is om de ribosomen in het cytoplasma de juiste eiwitten te laten maken. Eiwitten regelen alle processen in levende wezens. De bouw van aminozuren afbeelding 1 De bouw van eiwitten(schematisch) afbeelding 2 Eiwitten die processen in levende wezens regelen noemt men enzymen. Enzymen bepalen dus voor een belangrijk deel wat een levendwezen doet en hoe het eruit ziet. In een mens werken minstens 100000 verschillende soorten enzymen. Doordat de enzymen van mens tot mens kleine verschillen vertonen is ieder mens anders. De werking van enzymen animatie 1 een enzym dat 2 stoffen verbindt animatie 2 een enzym dat de suiker maltose splitst De bouw van de enzymen is in de animaties zeer schematisch weergegeven!!! Enzymen zijn een soort ontmoetingsplaatsen voor stoffen die aanelkaar gekoppeld moeten worden of die gesplitst moeten worden. Alle scheikundige processen in cellen worden geregeld door enzymen. De verschillen tussen enzymen zitten in de volgorde en het aantal van de 20 verschillende soorten aminozuren waaruit eiwitten zijn opgebouwd. Een klein eiwit bevat enkele tientallen aminozuren, een groot eiwit duizenden.   DNA en de ribosomen Eiwitten worden gemaakt op de ribosomen Het maken van eiwitten op de ribosomen in het cytoplasma komt neer op het aan elkaar verbinden van aminozuren in de juiste volgorde. Eén aminozuur verkeerd en het enzym kan een verkeerde vorm krijgen waardoor het niet of anders werkt en dat kan weer tot gevolg hebben dat een levend wezen er anders uitziet of anders handelt. Het DNA in de kern van de cel zorgt ervoor dat de aminozuren in het cytoplasma op de juiste wijze aan elkaar geregen worden tot enzymen. De volgorde van de basenparen in het DNA bevat een code die de opeenvolging van de aminozuren in de enzymen bepaalt. Drie basen zijn nodig om de plaats van 1 aminozuur te regelen. De reeks CAA geeft informatie voor de inbouw van het aminozuur valine, de reeks TTT voor het aminozuur lysine, de reeks AAT voor leucine enz.. Zo'n reeks van 3 basen noemt men een triplet of een codon. Een stukje DNA met de basenreeks CAA-TTT-AAT geeft dus aan het ribosoom de opdracht om drie aminozuren (valine-lysine-leucine) met elkaar te verbinden tot een(zeer klein) eiwitje (polypeptide). Om een enzym in elkaar te zetten is een stuk DNA nodig dat uit duizenden basen bestaat. Zo'n stuk DNA noemt men een gen. Tot voor kort dacht men dat een gen zorgde voor de aanmaak van 1 eiwit. De laatste tijd is duidelijk geworden dat veel genen op verschillende manieren afgelezen kunnen worden, waardoor ze meerdere verschillende eiwittenn kunnen laten maken. De DNA-moleculen in de cellen van levende wezens zijn copieën van de DNA-moleculen in de bevruchte eicel. De helft van de DNA-moleculen in de bevruchte eicel komt uit de zaadcel en de andere helft komt uit de eicel. Levende wezens erven dus de DNA-moleculen van hun vader en hun moeder. Daarom noemt men een stukje DNA dat zorgt voor de produktie van één (of soms meer) enzymen een gen (genetica=erfelijkheidsleer) of erfelijke eigenschap. Een DNA-molecuul bevat honderden genen. Alleen tijdens de celdeling spiraliseren DNA-moleculen tot organellen die in een preparaat met kleurstof zichtbaar te maken zijn als chromosomen. Als genen normaal hun werk doen in de cel zijn de chromosomen gedespiraliseerd en dus niet zichtbaar.   Transcriptie - bouw RNA De genetische informatie wordt vanuit de kern door middel van een boodschapperstof (messenger-RNA) van de kern overgebracht naar de ribosomen. animatie genetische code Het m-RNA is een een afdruk van een gen. Een m-RNA molecuul is dus veel kleiner dan een DNA-molecuul! Dit m-RNA is iets anders gebouwd dan DNA. Het bestaat maar uit 1 streng. In plaats van Thymine bevat het de base Uracil en er zit een ander soort suiker in. Het m-RNA-molecuul is natuurlijk ook veel kleiner dan het DNA-molecuul.Het is maar 1 gen lang!. Daardoor kan het ook door diffusie via de kernmembraan naar het cytoplasma en de ribosomen.   De nucleotiden waaruit RNA is opgebouwd bestaan uit de suiker ribose, een fosfaat en een organische base. Het zijn dezelfde basen als in DNA, alleen bevat RNA uracil in plaats van thymine.     Overzicht bouw RNA afbeelding Verschillen RNA-DNA overzicht afbeelding De twee helften van het gen wijken tijdelijk van elkaar. Op een van de twee helften worden nucleotide aan elkaar geplakt tot mRNA. Dit noemt men transcriptie. Het m-RNA gaat door poriën in de celmembraan naar het cytoplasma. animatie transcriptie Het m-RNA gaat door poriën in de celmembraan naar het cytoplasma     Translatie - Het maken van eiwit (eiwitsynthese) In het cytoplasma zitten talrijke aminozuren. Een mens krijgt deze aminozuren door eiwitten te eten en af te breken. Een groene plant maakt de aminozuren zelf. In het cytoplasma zit nog een ander soort RNA-moleculen: het tRNA (=transport RNA). animatie t-RNA Bij ieder aminozuur hoort minstens 1 type t-RNA, (totaal 61)waaraan het vast kan gaan zitten. Dit t-RNA wordt gekenmerkt door een eigen triplet waarmee het op de boodschapper kan gaan zitten. Het triplet van het t-RNA vormt dus een soort anticodon van het triplet en de code op het m-RNA. t-RNA met triplet ACA verbonden aan aminozuur cysteïne past op het triplet UGU van het m-RNA. Als twee t-RNA-moleculen met hun aminozuren naast elkaar op het ribosoom en het m-RNA zitten,dan kunnen hun aminozuren met elkaar verbonden worden. Dit noemt men translatie (=vertaling) animaties translatie Terwijl het ribosoom langs het m-RNA schuift wordt de code afgelezen en komen er steeds andere t-RNA moleculen met hun aminozuren op het ribosoom. Er ontstaat een eiwit. De losgekoppelde t-RNA-moleculen gaan nieuwe aminozuren ophalen. Ribosomen zijn gemaakt van eiwitten en van weer een ander soort RNA het ribosomaal-RNA (=r-RNA). Ribosomen kunnen vrij in het cytoplasma zitten. Andere ribosomen zitten op het endoplasmatisch reticulum en geven hun eiwitten af aan dit netwerk van buizen, waardoor de eiwitten in het golgi-apparaat terecht komen.     Nieuwe ontdekkingen met betrekking tot het menselijk DNA bron NRC 17 febr.2001 blz 49 Bionieuw maart 2001 Een mens heeft ongeveer 31000 genen (Vroeger dacht men tussen de 50000 en 100000) Sommige bacteriën hebben 6000 genen. De zandraket (een eenvoudig onkruidje heeft 26000 genen. Er zijn meer dan 200 genen in menselijk DNA gevonden die ook in bacteriën voorkomen. Dat zijn genen die we direct van bacteriën "gekregen" hebben. Eén gen kan soms op verschillende manieren afgelezen worden waardoor er verschillende eiwitten gemaakt kunnen worden. 60% van de genen codeert voor 1 eiwit. 40% voor meedere eiwitten. Eiwitten die gemaakt zijn door een gen kunnen ook nog eens in de cel, afhankelijk van hun functie, opverschillende manieren een beetje veranderd worden. Momenteel schat men dat in een mens ongeveer 300000 eiwitten aanwezig zijn, dus gemiddeld 10 per gen. Ongeveer 23% van alle genen maakt eiwitten waarmee andere genen aan en uit gezet kunnen worden. Minder dan 1.5% van al het DNA van een mens bestaat uit genen. De rest van het DNA (het nonsense-DNA) heeft geen of een tot nu toe onduidelijke functie. Een mens heeft minstens 100 genen die afkomstig zijn van virussen. Van ongeveer 1000 erfelijke aandoeningen die veroorzaakt worden door 1 erfelijke eigenschap, is het gen bekend. Voor 250 erfelijke aandoeningen bestaat een test. Sommige chromosomen bevatten weinig genen, het Y-chromosoom slechts 5.    .