1. DNA: The Molecule of Heredity Hoofdstuk 09 2010/2011

2. Ontdekking van DNA Deel 1 2

3. Geschiedenis De ontdekkingdat DNA de genetischeinformatiebevat: T.H. Morgan (1908) Frederick Griffith (1928) Avery, McCarty & MacLeod (1944) Erwin Chargaff (1947) Hershey & Chase (1952) Watson & Crick (1953) Meselson & Stahl (1958) 3

4. Chromosomenvsfenotype T.H. Morgan werkte met Drosophila fruitvliegen associeerde het fenotype van zijn vliegen met een specifiek chromosoom een man met witte ogen had een specifiek X chromosoom 4

5. Genenliggen op chromosomen Morgan’s conclusie genenliggen op chromosomen maarbestaandezegenen nu uiteiwitor DNA? aanvankelijkdacht men aaneiwitWaarom? 5

6. “Transforming Principle” Frederick Griffith Streptococcus bacterie zocht een medicijn tegen longontsteking onschuldige, levende bacteriën (“rough”) gemengd met dode, pathogene bacteriën (“smooth”): muis sterft een onbekende stof werd door dode bacteriën doorgegeven aan levende bacteriën. “TransformingPrinciple” 6

7. “Transforming Principle” 7

8. DNA is het “Transforming Principle” Avery, McCarty & MacLeod isoleerdenDNA & eiwit van Streptococcusbacteriën welke van de twee zalleiden tot transformatie van de niet-pathogenic bacterie? eiwitgeinjecteerd in de bacteria geeneffect DNAgeinjecteerd in de bacteria niet-pathogenebacteriëngetransformeerd inpathogenebacteriën 8

9. Conclusie eersteexperimentelebewijsdatDNA de genetischeinformatiebevat Oswald Avery Maclyn McCarty Colin MacLeod Avery, McCarty & MacLeod 9

10. Bevestiging Hershey & Chase klassieke “blender” experiment bacteriofaag virus dat bacteriën infecteert fagen gekweekt in 2 media, radioactief gelabeld met 35S in de eiwitten 32P in het DNA geïnfecteerde bacteriën met gelabelde fagen 10

11. Eiwitmantelgelabeld met 35S DNA gelabeld met 32P T2 bacteriofagen gelabeld met radioactieveisotopen S vs. P Hershey & Chase bacteriofagen infecteren bacteriële cellen bacteriëlecellenwordengeschud om de viraleeiwitmantelsteverwijderen 32P radioactiviteitin the bacteriëlecellen 35S radioactiviteit in the medium 11

12. 12

13. Blender experiment Radioactievefaag& bacteriein de blender 35S faag radioactieveeiwittenalleen in het supernatant viraleeiwittengaan de bacterieNIETbinnen 32P faag radioactiefDNA in de pellet viraal DNA gaat de bacterieWELbinnen Bevestiging: DNA is de “transforming factor” 13

14. Hershey & Chase Alfred Hershey Martha Chase 14

15. Chargaff DNA samenstelling: “Regels van Chargaff” varieerttussensoorten 4 basenniet in gelijkehoeveelheden bases in karakteristiekeverhoudingaanwezig mensen: A = 30.9% T = 29.4% G = 19.9% C = 19.8% 15

16. Structuur van DNA Watson & Crick ontwikkelden het dubbelehelix model van DNA anderewetenschappers die aanditprobleemwerkten Rosalind Franklin Maurice Wilkins Linus Pauling 16 Wilkins Pauling Franklin

17. Watson en Crick 17

18. Rosalind Franklin (1920-1958) 18

19. Replicatie van DNA baseparing suggereert dat beide zijden van de DNA streng als template voor een nieuwe streng gebruikt kunnen worden “It has not escaped our notice that the specific pairing we have postulated immediately suggests a possible copying mechanism for the genetic material.” —Watson & Crick 19 Maar hoe wordt DNA gekopieerd?

20. ModellenvoorDNA replicatie Alternatievemodellen 20 conservatief semiconservatief dispersief P 1 2

21. Semiconservatievereplicatie Meselson & Stahl label “ouder” nucleotidenin DNA strengen met zwaarstikstof=15N label nieuwenucleotiden met een minder zwaarisotoop= 14N 21 “The Most Beautiful Experiment in Biology” parent replication 15N/15N 15Nouderstrengen

22. 22 15N/15N 15N parent strands X 14N/14N 15N/14N 15N/14N 15N/15N 1e replicatie conservatief dispersief semi-conservatief V X X 2e replicatie 14N/14N 14N/14N P 15N/14N 15N/14N 15N/15N 1 conservatief dispersief semi-conservatief 2

23. Meselson & Stahl 23

24. Geschiedenis De ontdekkingdat DNA de genetischeinformatiebevat T.H. Morgan (1908) genenliggen op chromosomen Frederick Griffith (1928) een “transforming factor” kan het fenotypeveranderen Avery, McCarty & MacLeod (1944) DNA is de “transforming factor” Erwin Chargaff (1947) De Regels van Chargaff: A = T, C = G Hershey & Chase (1952) bevestigingdat DNA de genetischeinformatiebevat Watson & Crick (1953) ontdekten de dubbele helix structuur van DNA Meselson & Stahl (1958) semi-conservatievereplicatie 24

25. eiwit RNA Het “CentraleDogma” transcriptie translatie DNA replicatie 25

26. DNA: BOUW en FUNCTIE Deel 2 26

27. Dubbele helix structuur van DNA “It has not escaped our notice that the specific pairing we have postulated immediately suggests a possible copying mechanism for the genetic material.” Watson & Crick 27

28. 3’…5’…? 28 nucleotide De C-atomenzijngenummerd PO4 N base CH2 5 O 1 4 ribose 3 2 OH

29. De DNA “backbone” Opgebouwduit de ribose en fosfaatgroep Let op de 3 and 5! 29 5 PO4 base CH2 5 O 4 1 C 3 2 O P O –O O base CH2 5 O 4 1 2 3 OH 3

30. Anti-parallelestrengen Nucleotiden in de DNA backbone zijnverbonden via de fosfaat-groep en suiker-groeptussen de 3 & 5koolstofatomen DNA molecuulheefteen “richting” complementairestrengloopt in de tegengestelderichting 30 5 3 3 5

31. Bindingen in DNA 31 waterstofbrug covalente binding 5 3 3 5 ….sterkeorzwakke bindingen? Hoe is dit gerelateerd aan het kopieermechanisme van DNA?

32. Baseparen in DNA Purine adenine (A) guanine (G) Pyrimidine thymine (T) cytosine (C) Paren A : T 2 bindingen C : G 3 bindingen 32

33. Kopiëren van DNA Replicatie van DNA baseparingleidter toe datelkestreng de template van eennieuwestreng is nieuwe DNA: 1/2 oudestreng, 1/2 nieuwestreng semi-conservatief 33

34. DNA replicatie Grootaantalenzymencoördineert de replicatie 34

35. Replicatie: 1estap Openen DNA helicaseenzym DNA helix deelsontwinden 35 helicase

36. DNA Polymerase Replicatie: 2estap Bouwen van een DNA dochterstreng voegtnieuwecomplementairebasen toe DNA polymerase 36

37. Energievoor de replicatie Waarkomtenergienormaalvandaan? 37 energie energie GTP TTP CTP ADP AMP GMP TMP CMP ATP aangepaste nucleotide

38. Energievoor de replicatie De nucleotidenarriveren methuneigenenergiebronvoor het maken van de binding binding gemaakt door eenenzym: DNA polymerase 38 ATP GTP TTP CTP

39. Replicatie 3 5 DNA Polymerase III energie Toevoegen van basen nucleotidenwordentoegevoegdaan het 3eindvan de groeiende DNA streng strenggroeitalleen van 53 DNA Polymerase III energie DNA Polymerase III energie DNA Polymerase III energie 3 5 39

40. ligase 3 5 5 3 energy  geenenergievooreen binding energie energie energie energie energie energie 5 3 3 5 40

43. DNA polymerase 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 growing replication fork growing replication fork 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 Replicatie leading streng lagging streng leading streng lagging streng leading streng lagging streng 42

44. Replicatie richting van replicatie DNA polymerase lagging streng 3’ Okazaki fragment 5’ 5’ ligase 3’ 5’ 3’ helicase DNA polymerase 5’ leading streng 3’ 43

45. Controle DNA 1000 bases/seconde = veeltypefouten! DNA polymerase controle & correctiefouten reparatie van verkeerdgepaardebasen verwijdertabnormalebasen je helelevenwordenbeschadigingengerepareerd verminderd het aantalfouten van 1 op 10,000 tot 1 op 100 miljoenbasen 44

46. Einde