Mechanisme van DNA Synthese

Door Dr. Maho Yokoyama, Ph.D.Reviewed by Hannah Simmons, M.Sc.

Copying the Recipe of Life

DNA, of desoxyribonucleïnezuur, is de biologische molecule die de informatie bevat die nodig is om een levend organisme te creëren. Wanneer de cel zich in tweeën deelt, moet het DNA worden gekopieerd, zodat beide cellen de nodige genetische informatie bevatten. De synthese, of het maken van nieuwe DNA-strengen in levende cellen wordt “DNA-replicatie” genoemd.

DNA-replicatie. Image Credit: Designua /

Het maken van een nieuwe streng DNA

DNA komt voor als een dubbele helix, waarbij twee strengen DNA aan elkaar zijn gebonden tot twee helices. Het proces van DNA replicatie begint wanneer de twee DNA-strengen zich scheiden. Een enzym, helicase genaamd, rolt de bindingen tussen de twee DNA-strengen af en scheidt ze, en deze beide gescheiden strengen fungeren als sjablonen waarvan nieuw DNA wordt gemaakt.

DNA-polymerasen zijn een groep enzymen die nieuw DNA maken. Maar om dit enzym te laten werken, heeft het een primer nodig – een korte nucleotidesequentie die aan een van de afzonderlijke DNA-strengen is bevestigd. Tijdens de DNA-replicatie is de primer gewoonlijk een korte ribonucleïnezuur-sequentie (RNA), die later wordt afgebroken en vervangen door DNA.

De primer levert een 3′-hydroxylgroep waaraan het DNA-polymerase de precursors van DNA, de nucleotiden, toevoegt. Wanneer nucleotiden worden toegevoegd aan het 3′-uiteinde van de primer of de nieuwe DNA-streng, wordt een binding gevormd tussen de 3′-hydroxylgroep van de primer/het nieuwe DNA en de 5′-fosfaatgroep van de nucleotide.

Er zijn vier soorten DNA-nucleotiden, die elk verschillende stikstofbasen hebben; adenine (A), cytosine (C), guanine (G) en thymine (T). Deze worden altijd in paren gevonden, A-T en C-G. Dit wordt “Watson-Crick basenparing” genoemd, en dus als de template een “A”-nucleotide heeft, zal een “T”-nucleotide aan de groeiende DNA-streng worden toegevoegd. Als het een “G”-nucleotide is, dan zal een “C”-nucleotide aan de groeiende streng worden toegevoegd.

Directionaliteit van DNA, en hoe het de DNA-synthese beïnvloedt

DNA heeft directionaliteit, waarbij de ene streng van 5′ naar 3′ gaat en de andere van 3′ naar 5′. In de 5′-3′-streng wordt het 3′-uiteinde blootgelegd tijdens de synthese van nieuw DNA. Dit betekent dat DNA polymerase in staat is nieuw DNA te maken in de richting van het template DNA.

Bij de 3′-5′ streng zou dan echter het 5′-uiteinde bloot komen te liggen; hoe gaat DNA polymerase hiermee om? In de 3′-5′ streng wordt nieuw DNA gemaakt door het DNA polymerase dat korte 5′-3′ fragmenten maakt, Okazaki fragmenten genoemd. Vervolgens verbindt een ander enzym, DNA-ligase, de Okazaki-fragmenten met elkaar tot de nieuwe 3′-5′ DNA-streng.

Proof-Reading

Soms worden er fouten gemaakt bij het toevoegen van nucleotiden aan de template DNA-streng. Sommige DNA-polymerasen hebben wat wordt genoemd “3′-5′ exonuclease-activiteit”. De 3′-5′ exonuclease-activiteit, die tegen de polymerase- of synthese-activiteit in werkt, snijdt nucleotiden weg die niet met de template overeenkomen. Dit zorgt voor een proof-reading, zodat de nieuwe DNA-streng zo nauwkeurig mogelijk is.

Hoe wordt dit benut in de moleculaire biologie?

Eigenschappen van DNA-synthese zijn gebruikt in verschillende technieken van de moleculaire biologie; polymerase kettingreactie (PCR) en DNA-sequencing.

Polymerase kettingreactie

PCR is een techniek die in de jaren tachtig is ontwikkeld om een specifiek deel van het DNA te amplificeren. DNA-primers worden zo ontworpen dat ze het interessante gebied bestrijken. Met warmte worden de twee DNA-strengen gescheiden, waarna de temperatuur wordt verlaagd zodat de primers zich aan het DNA kunnen hechten. Een hittestabiele DNA-polymerase maakt vervolgens nieuwe DNA-strengen die overeenkomen met het betrokken gebied door nucleotiden toe te voegen aan het 3′-uiteinde van de primers.

DNA-sequencing

DNA-sequencing is het achterhalen van de volgorde van de basen (A, C, G, T) die in DNA worden aangetroffen. Sanger Sequencing is een van de eerste DNA-sequencingtechnieken, waarbij de DNA-synthese wordt stopgezet. Dit wordt mogelijk gemaakt door de hydroxylgroep aan het 3′-uiteinde van nucleotiden te verwijderen, zodat wanneer deze “dideoxy-nucleotiden” in de DNA-streng worden opgenomen, het DNA-polymerase de volgende nucleotide niet kan toevoegen. Deze dideoxy-nucleotiden worden gemengd met nucleotiden, waardoor fragmenten van verschillende lengte ontstaan. Door dideoxy-A, dideoxy-C, dideoxy-G en dideoxy-T in afzonderlijke reacties te laten plaatsvinden, kan de laatste nucleotide van het fragment worden bepaald. Eenmaal gescheiden naar grootte, kan de DNA-sequentie dan worden bepaald door te kijken wat de laatste nucleotide van de fragmenten is volgens grootte.

Hoewel moderne DNA-sequencing methoden geautomatiseerd zijn en minder bewerkelijk dan Sanger Sequencing, zijn er enkele die gebaseerd zijn op Sanger Sequencing; bijvoorbeeld, verschillende fluorescerende kleurstoffen kunnen worden toegevoegd aan elke dideoxy-nucleotide en de verschillen worden gedetecteerd door verschillende fluorescentiekleuren.

Further Reading

• All DNA Content
• What is DNA?
• DNA Eigenschappen
• DNA Chemische Modificaties
• DNA Biologische Functies

Geschreven door

Dr. Maho Yokoyama

Dr. Maho Yokoyama is onderzoeker en wetenschapschrijver. Zij promoveerde aan de Universiteit van Bath, Verenigd Koninkrijk, op een proefschrift op het gebied van de microbiologie, waar zij functionele genomica toepaste op Staphylococcus aureus . Tijdens haar doctoraalstudies werkte Maho samen met andere academici aan verschillende papers en publiceerde ze zelfs enkele van haar eigen werken in wetenschappelijke tijdschriften met collegiale toetsing. Ze presenteerde haar werk ook op academische conferenties over de hele wereld.

Last bijgewerkt feb 26, 2019

Citaties

Gebruik een van de volgende formaten om dit artikel te citeren in uw essay, paper of verslag:

• APA

  Yokoyama, Maho. (2019, 26 februari). Mechanisme van DNA Synthese. Nieuws-Medisch. Retrieved on March 24, 2021 from https://www.news-medical.net/life-sciences/Mechanism-of-DNA-Synthesis.aspx.

• MLA

  Yokoyama, Maho. “Mechanisme van DNA Synthese”. Nieuws-Medisch. 24 maart 2021. <https://www.news-medical.net/life-sciences/Mechanism-of-DNA-Synthesis.aspx>.

• Chicago

  Yokoyama, Maho. “Mechanisme van DNA Synthese”. Nieuws-Medisch. https://www.news-medical.net/life-sciences/Mechanism-of-DNA-Synthesis.aspx. (accessed March 24, 2021).

• Harvard

  Yokoyama, Maho. 2019. Mechanisme van DNA Synthese. Nieuws-Medisch, bekeken 24 maart 2021, https://www.news-medical.net/life-sciences/Mechanism-of-DNA-Synthesis.aspx.