Flashcards week 1 - biotechnologie

Waaruit bestaat DNA?

DNA bestaat uit twee antiparallelle strengen van nucleotiden. Elk nucleotide bevat een fosfaatgroep, deoxyribose en een stikstofbase.

Welke vier stikstofbasen komen voor in DNA?

Adenine (A), thymine (T), cytosine (C) en guanine (G).

Welke basen vormen een paar met elkaar?

Adenine (A) met thymine (T) en cytosine (C) met guanine (G).

Waardoor worden de twee DNA-strengen bij elkaar gehouden?

Door waterstofbruggen tussen complementaire stikstofbasen.

Wat vormt de buitenkant/ruggengraat van een DNA-streng?

De suiker-fosfaatruggengraat

Waarom is DNA geschikt voor langdurige opslag van genetische informatie?

DNA is chemisch stabieler dan RNA en de dubbele streng biedt extra bescherming

Beschrijf stap voor stap hoe DNA wordt verpakt in de celkern, van de DNA-dubbele helix tot een volledig gecondenseerd chromosoom.

1. Het DNA begint als dubbele helix

2. Het DNA wikkelt zich om histoneiwitten. Een complex van DNA rond een histonoctameer vormt een nucleosoom, hierdoor ontstaat er een structuur die lijkt op kralen aan een draad

3. De nucleosomen worden verder samengepakt. Histon H1 helpt bij het stabiliseren van deze compactere structuur, waardoor een dikkere chromatinevezel ontstaat

4. De chromatinevezels worden opgevouwen en georganiseerd in lussen, waardoor het DNA nog compacter wordt

5. De lussen worden nog verder opgerold en gecondenseerd

6. Uiteindelijk ontstaat tijdens de celdeling het zeer compacte, zichtbare chromosoom

Waarom moet DNA sterk worden verpakt?

Er zit een zeer grote hoeveelheid DNA in een kleine celkern. Het DNA moet daarom sterk worden gecompacteerd.

Wat is een nucleosoom?

Een stuk DNA dat om een kern van histoneiwitten is gewikkeld. Het vormt een basiseenheid van chromatine.

Wat is de functie van histon H1?

Histon H1 helpt het DNA en de nucleosomen verder te organiseren en compacter te verpakken, waardoor hogere-orde chromatinestructuren kunnen ontstaan.

Wat is chromatine?

Het complex van DNA en bijbehorende eiwitten, vooral histonen, waaruit chromosomen zijn opgebouwd

Wat gebeurt er met de toegankelijkheid van DNA wanneer chromatine sterker wordt gecondenseerd?

Het DNA wordt minder toegankelijk voor eiwitten en enzymen die bijvoorbeeld nodig zijn voor transcriptie.

Waarom is sterk gecondenseerd DNA meestal minder actief?

De benodigde eiwitten en enzymen kunnen het DNA moeilijker bereiken, waardoor genen moeilijker kunnen worden afgelezen

Wat is euchromatine?

Relatief los verpakt chromatine, waarin DNA beter toegankelijk is. Het wordt geassocieerd met actieve genexpressie/transcriptie.

Wat is heterochromatine?

Sterk gecondenseerd chromatine, waarin DNA slecht toegankelijk is. Het wordt geassocieerd met weinig of geen transcriptie.

Wat zijn de donkere gebieden in de elektronenmicroscopische afbeelding van de celkern?

Vooral sterk gecondenseerd heterochromatine. Het is elektronendicht en verschijnt daardoor donker. Dit DNA is relatief weinig toegankelijk en transcriptioneel minder actief.

Wat zijn de lichtere gebieden in de celkern in de elektronenmicroscopische afbeelding van de celkern?

Vooral euchromatine dus minder sterk verpakt DNA dat beter toegankelijk is voor eiwitten die betrokken zijn bij onder andere transcriptie

Waarom moet DNA vóór een celdeling worden gekopieerd?

Zodat beide dochtercellen een volledige kopie van het genetische materiaal ontvangen

Wat zijn de hoofdfasen van de celcyclus/mitose?

Interfase —> profase —> metafase —> anafase —> telofase

Wat gebeurt er tijdens de interfase?

De cel groeit en bereidt zich voor op deling. Het DNA wordt tijdens de S-fase van de interfase gerepliceerd

Wat gebeurt er tijdens de profase?

De chromosomen condenseren en worden duidelijk zichtbaar. De mitotische spoelfiguur wordt gevormd en de kernmembraan wordt tijdens de overgang naar de metafase afgebroken

Wat gebeurt er tijdens de metafase?

De chromosomen liggen uitgelijnd rond het midden van de cel (metafaseplaat) en zijn via de spoelfiguur verbonden met tegenoverliggende polen

Wat is de rol van microtubuli tijdens de mitose?

Ze vormen onderdeel van de spoelfiguur, hechten aan chromosomen en helpen de chromatiden tijdens de anafase naar tegenoverliggende polen te bewegen

Wat controleert de cel rond de metafase voordat de chromatiden uit elkaar gaan?

Of de chromosomen correct aan de spoelfiguur zijn gekoppeld en goed zijn uitgelijnd voordat de scheiding begint

Wat gebeurt er tijdens de anafase?

De zusterchromatiden worden van elkaar gescheiden en bewegen naar tegenoverliggende polen van de cel.

Wat gebeurt er tijdens de telofase?

Rond beide sets chromosomen worden nieuwe celkernen gevormd en de chromosomen beginnen weer te decondenseren.

Wat is cytokinese?

De deling van het cytoplasma, waardoor uiteindelijk twee afzonderlijke dochtercellen ontstaan

Waarom decondenseren chromosomen na de mitose weer?

Het DNA moet weer toegankelijker worden voor processen zoals genexpressie.

Je krijgt alleen een afbeelding met een donkere en lichte regio. Welke verwacht je dat transcriptioneel actiever is en waarom?

De lichte regio, omdat deze waarschijnlijk euchromatine bevat: het DNA is minder sterk gecondenseerd en daardoor beter toegankelijk voor transcriptie

Waarom moet DNA worden gerepliceerd?

Zodat voor de celdeling het volledige DNA wordt gekopieerd en beide dochtercellen een complete kopie van het genetisch materiaal krijgen

In welke fase van de celcyclus vindt DNA-replicatie plaats?

In de S-fase van de interfase

Waar begint DNA-replicatie?

Bij een origin of replication (ORI)

Wat is een origin of replication?

Een specifieke DNA-regio waar het replicatieproces wordt gestart en de DNA-strengen uit elkaar worden gehaald

Welke richting heeft een DNA-streng?

Een DNA-streng heeft een 5'-uiteinde en een 3'-uiteinde. De twee strengen van dubbelstrengs DNA lopen antiparallel

In welke richting maakt DNA-polymerase nieuw DNA?

Altijd van 5’ naar 3’

Aan welk uiteinde voegt DNA-polymerase nieuwe nucleotiden toe?

Aan het vrije 3'-OH-uiteinde van de groeiende DNA-streng

Kan DNA-polymerase zelf helemaal vanaf nul een nieuwe streng beginnen?

Nee, DNA-polymerase heeft een bestaande primer met een vrij 3'-OH-uiteinde nodig

Welk enzym maakt de primer?

Primase

Waaruit bestaat de primer die primase maakt?

Uit een kort stukje RNA

Wat is een replicatievork?

Het gebied waar dubbelstrengs DNA wordt geopend en de twee nieuwe DNA-strengen worden gesynthetiseerd

Beschrijf stap voor stap hoe DNA-replicatie plaatsvindt.

1. Topoisomerase vermindert de torsiespanning die ontstaat wanneer het DNA wordt geopend. Het voorkomt dat het DNA voor de replicatievork steeds verder wordt opgedraaid

2. Helicase opent de dubbele helix door de waterstofbruggen tussen de complementaire basen te verbreken. Hierdoor worden de twee DNA-strengen van elkaar gescheiden

3. Single-strand binding proteins (SSB’s) binden aan de losse DNA-strengen en voorkomen dat ze weer aan elkaar gaan zitten

4. Primase maakt korte RNA-primers. Deze leveren het vrije 3’-OH-uiteinde dat DNA-polymerase nodig heeft om te beginnen

5. DNA-polymerase voegt complementaire nucleotiden toe en synthetiseert nieuw DNA altijd in de richting van 5’ naar 3’

6. De leading strand wordt continu gemaakt. De lagging strand wordt discontinu gemaakt in korte stukjes, Okazaki-fragmenten

7. De RNA-primers worden verwijderd en de ontstane openingen worden opgevuld met DNA

8. DNA-ligase verbindt de afzonderlijke DNA-fragmenten met elkaar, zodat uiteindelijk een doorlopende DNA-streng ontstaat

Wat is de leading strand?

De nieuwe DNA-streng die continu in de richting van de bewegende replicatievork kan worden gemaakt.

Wat is de lagging strand?

De nieuwe DNA-streng die discontinu in korte fragmenten wordt gemaakt

Waarom zijn Okazaki-fragmenten nodig?

DNA-polymerase kan alleen 5' —> 3' synthetiseren. Op de lagging strand moet de synthese daarom steeds opnieuw vanaf een nieuwe primer plaatsvinden

Welk enzym verbindt uiteindelijk de Okazaki-fragmenten?

DNA-ligase

Welke strand heeft meerdere primers nodig?

De lagging strand, omdat voor ieder nieuw Okazaki-fragment opnieuw een primer nodig is

Wat zijn voorbeelden van oorzaken van DNA-schade?

Replicatiefouten, zuurstofradicalen, ioniserende straling, UV-licht en bepaalde chemicaliën.

Voor wat voor DNA-schade kan replication stress zorgen?

Een base mismatch; een verkeerde base wordt tegenover een andere base ingebouwd

Voor wat voor DNA-schade kunnen zuurstofradicalen, ioniserende straling en chemotherapeutica zorgen?

Single-strand break; een breuk in een van de twee strengen

Voor wat voor DNA-schade kunnen ioniserende straling en chemotherapeutica zorgen?

Double-strand break; beide DNA-strengen breken

Voor wat voor DNA-schade kunnen bepaalde chemotherapeutica zorgen?

Interstrand crosslinks; de twee DNA-strengen worden ongewenst covalent aan elkaar gekoppeld

Voor wat voor DNA-schade kunnen UV-licht en polycyclische aromatische koolwaterstoffen zorgen?

Bulky adducts / intrastrand crosslinks; grote beschadigingen of verbindingen binnen 1 streng die de DNA-helix vervormen

Welk reparatiemechanisme wordt gebruikt bij een base mismatch?

Mismatch Repair (MMR)

Welk reparatiemechanisme wordt gebruikt bij kleine basebeschadigingen/single-strand damage?

Base Excision Repair (BER)

Welk reparatiemechanisme wordt gebruikt bij bulky lesions en crosslinks?

Nucleotide Excision Repair (NER)

Welke twee mechanismen kunnen een double-strand break repareren?

Homologous Recombination (HR) en Non-Homologous End Joining (NHEJ).

Wat doet Non-Homologous End Joining (NHEJ)?

NHEJ repareert breuken in beide DNA-strengen door de gebroken uiteinden weer direct aan elkaar te plakken. Het is snel, maar kan kleine foutjes maken. Zo voorkomt de cel dat DNA-schade zich opstapelt en de cel uiteindelijk in apoptose gaat.

Wat is een genoom?

Het genoom is de volledige hoeveelheid DNA van een organisme of een cel

Waar bevindt het grootste deel van het menselijke DNA zich?

In de celkern (nucleus)

Bevindt al het DNA van een menselijke cel zich in de nucleus?

Nee, een klein deel bevindt zich in de mitochondriën als mitochondriaal DNA (mtDNA)

Wat is mitochondriaal DNA (mtDNA)?

DNA dat zich in de mitochondriën bevindt en los staat van het nucleaire DNA in de celkern

Van welke ouder erf je mitochondriaal DNA?

Van je moeder

Waarom erf je mitochondriaal DNA alleen van je moeder?

Omdat de mitochondriën van het embryo afkomstig zijn uit de eicel; mitochondriën uit de zaadcel worden normaal niet doorgegeven

Wat is het verschil tussen nucleair DNA en mitochondriaal DNA?

Nucleair DNA bevindt zich in de celkern en vormt het grootste deel van het genoom en mitochondriaal DNA bevindt zich in de mitochrondrieen en wordt alleen maternaal overgeërfd

Wat is een transcriptioneel actieve unit?

Een stuk DNA dat wordt afgeschreven (getranscribeerd) naar RNA. Hiervoor is een promotor nodig waar de transcriptie kan starten

Wat is de functie van een promotor?

Een promotor is een DNA-regio die ervoor zorgt dat transcriptie kan starten

Welke functie kan het gevormde RNA hebben?

Het RNA kan bijvoorbeeld messenger RNA (mRNA) zijn, dat de genetische informatie draagt die gebruikt kan worden voor de productie van een eiwit

Wat is functional genomics?

Onderzoek naar de functie en activiteit van genen en andere functionele elementen in het genoom

Wat is structural genomics?

Onderzoek naar de structuur en organisatie van het genoom, bijvoorbeeld waar bepaalde sequenties liggen en hoe het genoom georganiseerd is

Wat is comparative genomics?

Het vergelijken van genomen van verschillende organismen om overeenkomsten en verschillen te onderzoeken

Beschrijf stap voor stap hoe Sanger sequencing werkt

1. Je hebt een DNA-template waarvan je de sequentie wilt bepalen

2. Er bindt 1 primer aan het template-DNA

3. DNA-polymerase verlengt deze primer met normale dNTP’s

4. Er zijn ook kleine hoeveelheden fluorescerend gelabelde ddNTP’s aanwezig

5. Zodra een ddNTP wordt ingeboud, stopt de DNA-synthese (ddNTP heeft geen 3-OH-groep)

6. Hierdoor ontstaan DNA-fragmenten van verschillende lengtes, elke eindigen met A,T,C,G

7. De fragmenten worden door capillaire elektroforese op grootte gescheiden. De kleinste fragmenten bewegen het snelst en worden als eerste gedetecteerd

8. De fluorescentiekleur van ieder fragment vertelt welke base aan het einde zit

9. Door de fragmenten van klein naar groot af te lezen, wordt de DNA-sequentie bepaald

Door welke binding zijn nucleotiden binnen één DNA-streng met elkaar verbonden?

Door fosfodiësterbindingen tussen de suiker-fosfaatgroepen van opeenvolgende nucleotiden

In welke richting wordt een nieuwe DNA-streng verlengd?

Van 5’ naar 3’

Wat heeft DNA-polymerase nodig om een DNA-streng te kunnen verlengen?

Een primer met een vrij 3'-OH-uiteinde

Wat is het belangrijke structurele verschil tussen een dNTP en een ddNTP?

Een ddNTP mist de 3'-OH-groep die nodig is om het volgende nucleotide via een fosfodiësterbinding vast te maken

Wat gebeurt er als DNA-polymerase een ddNTP inbouwt?

De DNA-synthese stopt op die positie, omdat er geen 3'-OH-groep aanwezig is waaraan het volgende nucleotide kan worden gekoppeld

Waarom ontstaan bij Sanger sequencing DNA-fragmenten van verschillende lengtes?

Omdat op verschillende posities toevallig een ddNTP wordt ingebouwd, waardoor de DNA-synthese daar stopt. Zo ontstaat een verzameling DNA-fragmenten van verschillende lengtes

Waarom kan je niet in één keer een heel genoom met Sanger sequencing sequencen?

Omdat Sanger sequencing maar relatief korte stukken DNA per reactie kan aflezen. Daarom moet het genoom eerst in kleinere stukken worden verdeeld

Hoe kan je Sanger sequencing toepassen op een heel genoom?

Het DNA wordt eerst in kleine fragmenten geknipt. Vervolgens worden deze fragmenten afzonderlijk gesequencet met Sanger sequencing

Beschrijf kort in stappen hoe Sanger sequencing gebruikt kan worden voor een heel genoom.

Genoom —> DNA in kleine fragmenten verdelen —> fragmenten afzonderlijk sequencen —> overlappende sequenties zoeken met software —> fragmenten aan elkaar zetten —> volledige genoomsequentie.

Wat is het belangrijkste verschil tussen Sanger sequencing en Next Generation Sequencing (NGS)?

Bij Sanger sequencing wordt per reactie relatief weinig DNA uitgelezen, terwijl bij NGS miljoenen DNA-fragmenten tegelijk worden gesequencet

Wat zijn adapters bij NGS?

Adapters zijn bekende DNA-sequenties die aan de uiteinden van de DNA-fragmenten worden gekoppeld. Hierdoor kunnen de fragmenten aan primers op de chip binden

Hoe worden DNA-fragmenten aan de chip gebonden bij NGS?

Op de chip zitten primers die de adaptersequenties herkennen. De enkelstrengs DNA-fragmenten kunnen via hun adapters aan deze primers binden

Hoe wordt bij NGS bepaald welke base wordt ingebouwd?

De nucleotiden hebben verschillende fluorescente labels. Aan de kleur kan worden gezien of A, T, C of G is ingebouwd

Waarom stopt DNA-synthese bij NGS na iedere ingebouwde base tijdelijk?

Er worden reversible terminators gebruikt. Hierdoor kan per cyclus maar één nucleotide worden toegevoegd en afgelezen.

Wat gebeurt er bij NGS nadat de ingebouwde base is gedetecteerd?

De blokkering en het fluorescente label worden chemisch verwijderd. Daarna kan in de volgende cyclus weer één nucleotide worden toegevoegd

Hoe wordt de DNA-sequentie bij NGS uitgelezen?

Cyclus voor cyclus: nucleotide toevoegen —> fluorescentie meten —> blokkering verwijderen —> volgende nucleotide toevoegen

Wat is het verschil tussen chain termination bij Sanger en NGS?

Bij Sanger is chain termination door een ddNTP definitief. Bij NGS (zoals Illumina sequencing) is de terminatie tijdelijk en omkeerbaar, zodat de DNA-streng daarna verder kan groeien

Wat is een belangrijk voordeel van NGS?

Er kunnen miljoenen DNA-fragmenten parallel worden gesequencet, waardoor enorme hoeveelheden DNA veel sneller kunnen worden uitgelezen

Wat is een nadeel van NGS?

De afzonderlijke DNA-fragmenten die worden uitgelezen zijn relatief kort. Software moet de vele korte sequenties vervolgens aan elkaar zetten, waarbij fouten kunnen ontstaan

Beschrijf stap voor stap hoe Next Generation Sequencing werkt.

1. DNA fragmenteren en adapters toevoegen

2. Fragmenten enkelstrengs maken en via adapters primers op chip binden

3. Veel kopieen van hetzelfde fragment per cluster

4. 1 fluorescerend nucleotide per cyclus inbouwen

5. Kleur uitlezen en blokkering verwijderen

6. Volgende cyclus

7. Sequenties met software aan elkaar zetten

Wat is het belangrijkste verschil tussen een prokaryote en eukaryote cel?

Een eukaryote cel heeft een celkern. Een prokaryote cel, zoals een bacterie, heeft geen celkern

Wat is een belangrijk verschil tussen de genstructuur van prokaryoten en eukaryoten?

Bij eukaryoten worden genen vaak onderbroken door intronen en exonen. Prokaryote coderende regio's zijn meestal niet onderbroken door intronen.

Wat zijn exonen?

Delen van een gen die na RNA-splicing in het rijpe RNA blijven. De coderende delen van exonen bevatten de informatie voor het eiwit.

Wat zijn intronen?

Delen van een eukaryoot gen die wel worden getranscribeerd, maar tijdens RNA-splicing uit het RNA worden verwijderd

Wat is een promotor?

Een DNA-regio voor een gen waar de machinerie voor transcriptie bindt en transcriptie kan starten

Wat beschrijft het centrale dogma?

Hoe genetische informatie wordt gebruikt om een eiwit te maken: DNA —> RNA —> eiwit

Hoe heet de omzetting van DNA naar RNA?

Transcriptie

Hoe heet de omzetting van mRNA naar eiwit?

Translatie

Waarom is RNA een tussenstap tussen DNA en eiwit?

De informatie in DNA wordt eerst overgeschreven naar RNA. Het mRNA wordt vervolgens door ribosomen gebruikt om een eiwit te maken