Structuur van chromatine en chromosomen Thema 1 Structuur van chromatine en chromosomen DEEL 1 Gentisch materiaal en celdelingen

1 Prokaryote cel Eukaryote cel Geen compartimentering in celorganellen Prokaryote en eukaryote cellen 1 Prokaryote cel Eukaryote cel Geen compartimentering in celorganellen Compartimentering in celorganellen DNA los in cytoplasma (‘naakt’ DNA) DNA opgerold rond histonen (‘chromatine’) Bij bacteriën en archaea Bij alle meercelligen en sommige ééncelligen

2 Leven van een cel in een notendop Celyclus: interfase gevolgd door celdeling Vereenvoudigde voorstelling van de celcyclus van een levercel

3 3.1 Kernmembraan Celkern in interfase Dubbel membraan + poriën Verbinding met ER Uitwisseling van stoffen (passief voor ionen en kleine moleculen; actief (E) voor grote moleculen en mRNA)

3.2 Nucleolus Aanmaak van rRNA Opbouw van ribosomale subeenheden uit rRNA en ribosomale proteïnen

3.3 Chromatine Chromatinevezels: DNA + histonen

3.3.1 Chemische samenstelling van nucleïnezuren DNA DesoxyriboNucleïneAcid is een polynucleotide Eén nucleotide bestaat uit: Desoxyribose Fosfaatgroep Organische stikstofbase Adenine (A) Cytosine (C) Guanine (G) Thymine (T)

Structuur van de suikermolecule en de fosfaatgroep

Structuur van de organische stikstofbasen

Maurice Wilkins Crick & Watson Rosalind Franklin 1953 3.3.2 Ruimtelijke structuur van DNA 1953 Maurice Wilkins Crick & Watson Rosalind Franklin

A T C G Dubbele helix: 2 suiker-fosfaatruggengraten Complementaire structuur: A T C G Antiparallele structuur: 5’  3’ 3’  5’ Basensequentie: = genetische informatie

3.3.3 Ruimtelijke structuur van RNA Enkelstrengig Oriëntatie 5’  3’ Kan ruimtelijk opgevouwen zijn door basenparing

Chemische samenstelling van RNA Ribose (ipv. desoxyribose) Fosfaatgroep Organische stikstofbase Cytosine Guanine Adenine Uracil  ipv. thymine bij DNA

3.3.4 Verband tussen DNA en gen GEN = DNA-fragment met de code voor de aanmaak van een polypeptide

3.3.5 Histonen Proteïnecomponent van chromatine Ondersteunende rol Regulerende rol bij genexpressie Opwinden van DNA: DNA heeft totale lengte van 2 m  past in kern met Ø van 10 µm Verschillende klassen met ≠ functies (H 1,2,3,4)

genexpressie is mogelijk 3.3.6 Structuur van een chromatinevezel Chromatinevezel = DNA + histonen  ‘parelsnoer’ euchromatine heterochromatine genexpressie is mogelijk geen genexpressie

3.3.7 DNA-replicatie Start DNA-replicatie en werking van DNA-helicase Start op plaatsen waar veel A en T basen voorkomen Start op meerdere plaatsen tegelijk DNA-helicase verbreekt de waterstofbruggen replicatievork replicatievork

Werking van DNA-polymerasen Hechten nieuwe nucleotiden vast op DNA-enkelstreng Werken enkel in de 5’  3’ richting van de nieuwe streng Complementaire basenparing

Op de originele 5’  3’ gebeurt de replicatie discontinu Er ontstaan korte fragmenten die nadien met DNA-ligase aan elkaar moeten geplakt worden: OKAZAKI-fragmenten Okazaki-fragmenten

Werking van DNA-ligase eerst worden de RNA-primers afgebroken (bezitten de base Uracil) en vervangen door DNA-nucleotiden Okazakifragmenten worden door DNA-ligase ‘gelijmd’

Resultaat van DNA-replicatie DNA-replicatie is semi-conservatief: elk nieuwe molecule bestaat uit een oude en een nieuwe streng

4 4.1 Van chromatine tot chromosomen Celkern in delingsfase Bij de aanvang van de celdeling spiraliseren de chromatinevezels tot chromosomen Chromosomen zijn sterk gespiraliseerd en gecondenseerd

Elk chromosoom bestaat uit 2 identieke kopieën van de oorspronkelijke chromatinedraad: de chromatiden De beide zusterchromatiden hangen aan elkaar in het centromeer

4.2 Telomeren Bevinden zich aan de uiteinden van de chromosomen Vele herhalingen van een korte sequentie (TTAGGG) Enzym telomerase hecht telomeren aan de trage streng om ze te beschermen tegen het verlies van nucleotiden Stamcellen bevatten normaal veel telomerase

4.3 Eigenschappen van chromosomen 4.3.1 Aantallen chromosomen Aantal chromosomen per soort is constant Altijd een even aantal in lichaamscellen  diploïde aantal (2n)  mens: 2n = 46 In gameten is slechts de helft van het diploïde aantal chromosomen aanwezig  haploïde aantal (n)  mens: n = 23 Bij bevruchting versmelten de gameten tot een zygote  n + n = 2n  mens: 23 + 23 = 46 chromosomen

Aantal chromosomen in lichaamscellen van enkele plant- en diersoorten

4.3.2 Homologe chromosomen Chromosomen die even lang zijn en hun centromeer op dezelfde plaats hebben Bevatten geen identieke informatie, maar wel informatie van dezelfde aard op overeenkomstige plaatsen bv. op het ene homoloog: info voor blauwe ogen op het andere homoloog: info voor bruine ogen

4.3.3 Autosomen en heterosomen Autosomen: dragen info over lichaamskenmerken Alle chromosomen die geen geslachtschromosomen zijn Mens: 44 autosomen of 22 paar homologe chromosomen Heterosomen = geslachtschromosomen (X en Y) = niet homoloog Dragen eigenschappen (genen) die geslachtsgebonden zijn

4.4 Karyogram of karyotype Autosomen worden in homologe paren geordend Genummerd van 1 - 22 (van groot naar klein) Er wordt ook rekening gehouden met ligging centromeer

Karyogrammen worden dikwijls gebruikt voor diagnostische doeleinden bv. syndroom van Down of trisomie 21 47, XY, +21

5 5.1 Mitochondrionaal DNA (mtDNA) Extrachromosomaal DNA Ringvormig DNA van mitochondriën mtDNA bevindt zich in de matrix Mitochondriën zijn deels autonome celorganellen Mitochondriën zijn van oorsprong endosymbionten mtDNA wordt enkel via de moeder overgeërfd Verwantschap kan door mtDNA-analyse in moederlijke lijn worden geanalyseerd

5.2 DNA in chloroplasten 5.3 Plasmiden Bacteriën bezitten ‘naakt’ DNA’ (geen histonen) in twee vormen: een groot cirkelvormig chromosoom en een kleine cirkelvormige plasmide (meerdere kopieën) Plasmiden kunnen uitgewisseld worden Plasmiden zijn belangrijk in de biotechnologie

Thema 1 EINDE DEEL 1 Gentisch materiaal en celdelingen