1. Beschrijf de soorten chemische bindingen en krachten van de dubbele helix van DNA.
De dubbele helix van DNA heeft twee soorten bindingen, covalente en waterstofbindingen. Covalente bindingen bestaan binnen elke lineaire streng en binden sterk basen, suikers en fosfaatgroepen (zowel binnen elke component als tussen componenten onderling). Waterstofbruggen bestaan tussen de twee strengen en vormen zich tussen een base van de ene streng en een base van de tweede streng in complementaire koppeling. Deze waterstofbruggen zijn afzonderlijk zwak, maar gezamenlijk vrij sterk.
2. Leg uit wat wordt bedoeld met de termen conservatieve en semiconservatieve replicatie.
3. Wat wordt bedoeld met een primer en waarom zijn primers noodzakelijk voor DNA-replicatie?
Een primer is een kort RNA-segment dat door primase wordt gesynthetiseerd met behulp van het DNA als sjabloon tijdens de DNA-replicatie. Nadat de primer is gesynthetiseerd, voegt DNA-polymerase DNA toe aan het 3′-uiteinde van het RNA. Primers zijn nodig omdat het belangrijkste DNA-polymerase dat de DNA-replicatie katalyseert, niet in staat is de DNA-synthese op gang te brengen en een 3′-uiteinde nodig heeft. Het RNA wordt vervolgens verwijderd en vervangen door DNA, zodat er geen gaten in het eindproduct zitten.
4. Wat zijn helicasen en topoisomerasen?
5. Waarom is de DNA-synthese continu op de ene streng en discontinu op de andere?
Omdat het DNA-polymerase alleen aan het 3′-einde van een DNA-streng nieuwe nucleotiden kan toevoegen en omdat de twee strengen antiparallel zijn, moeten ten minste twee moleculen van het DNA-polymerase deelnemen aan de replicatie van een specifieke DNA-regio. Wanneer een regio enkelstrengs wordt, hebben de twee strengen een tegenovergestelde oriëntatie. Stel je een enkelstrengs regio voor die van links naar rechts loopt. Aan het linkeruiteinde wijst het 3′-uiteinde van één streng naar rechts, en de synthese kan beginnen en doorgaan naar het rechteruiteinde van die regio. De andere streng heeft een 5′-uiteinde dat naar rechts wijst, en de synthese kan niet beginnen en doorgaan naar het rechteruiteinde van de enkelstrengsregio aan het 5′-uiteinde. In plaats daarvan moet de synthese ergens rechts van het linkeruiteinde van de enkelstrengsregio beginnen en naar het linkeruiteinde van de regio gaan. Terwijl de eerste streng de synthese voortzet (continue synthese), breidt de enkelstrengsregio zich naar rechts uit. De tweede streng wordt nu niet gerepliceerd in dit nieuwe gebied van enkelstrengsheid, en er moet een tweede initiatie van DNA-synthese plaatsvinden die zich verplaatst van het huidige rechteruiteinde van de enkelstrengsregio naar het eerste initiatiepunt op die streng. Dit resulteert in discontinue synthese langs die streng.
6. Als thymine 15 procent uitmaakt van de basen in een bepaald DNA-molecuul, hoeveel procent van de basen is dan cytosine?
7. Als het GC-gehalte van een DNA-molecuul 48 procent is, wat zijn dan de percentages van de vier basen (A, T, G en C) in dit molecuul?
De frequentie van zowel A als T is (52%) = 26%.
8. E. coli chromosomen waarin elk stikstofatoom gelabeld is (dat wil zeggen, elk stikstofatoom is de zware isotoop 15N in plaats van de normale isotoop 14N) mogen zich vermenigvuldigen in een omgeving waarin alle stikstof 14N is. Schets met behulp van een ononderbroken lijn voor een zware polynucleotideketen en een stippellijn voor een lichte keten het volgende:
a.
Het zware ouderchromosoom en de producten van de eerste replicatie na overbrenging naar een 14N-medium, ervan uitgaande dat het chromosoom één DNA-dubbelhelix is en dat de replicatie semiconservatief verloopt.
b.
Herhaal deel a, maar neem aan dat de replicatie conservatief is.
c.
Herhaal deel a, maar neem aan dat het chromosoom in feite twee naast elkaar liggende dubbele helixen zijn, die elk semiconservatief repliceren.
d.
Herhaal deel c, maar neem aan dat elke zij-aan-zij-dubbele helixconservatief repliceert en dat de totale chromosoomreplicatie semiconservatief is.
e.
Herhaal deel d, maar neem aan dat de totale chromosoomreplicatieconservatief is.
f.
Als de dochterchromosomen van de eerste deling in 14N worden gesponnen in een dichtheidsgradiënt van cesiumchloride (CsCl) en er een enkele band wordt verkregen, welke van de mogelijkheden in de delen a tot en met e kunnen dan worden uitgesloten?
Overweeg het Meselson-Stahl-experiment opnieuw: wat bewijst het? R. Okazaki ontdekte dat de onmiddellijke producten van DNA replicatie in E.coli enkelstrengs DNA fragmenten bevatten van ongeveer 1000nucleotiden lengte nadat het nieuw gesynthetiseerde DNA is geëxtraheerd en gedenatureerd (gesmolten). Toen hij de DNA-replicatie langere tijd liet doorgaan, vond hij een lagere frequentie van deze korte fragmenten en lange enkelstrengs DNA-ketens na extractie en denaturatie. Leg uit hoe dit resultaat in verband kan worden gebracht met het feit dat alle bekende DNA-polymerasen DNA alleen in een 5′ → 3′-richting synthetiseren.
De resultaten suggereren dat het DNA wordt gerepliceerd in korte segmenten die vervolgens worden samengevoegd door enzymatische actie (DNA-ligase). Omdat DNA-replicatie in twee richtingen verloopt, omdat er meerdere punten langs het DNA zijn waar de replicatie wordt gestart, en omdat DNA-polymerasen alleen in een 5′ → 3′-richting werken, is één streng van het DNA altijd in de verkeerde richting voor het enzym. Hierdoor is synthese in fragmenten nodig.
10. Wanneer planten- en dierencellen op verschillende tijdstippen in de celcyclus thymidinepulsen krijgen toegediend, blijken de heterochromatische gebieden op de chromosomen steevast “laat replicerend” te zijn. Kunt u aangeven of deze observatie een biologische betekenis heeft?
11. Op de planeet van Rama, bestaat het DNA uit zes nucleotide types: A, B, C, D, E, en F. A en B worden marzines genoemd, C en D zijnorsines, en E en F zijn pirines. De volgende regels gelden voor alle Raman DNA’s:
a.
Stel een model op voor de structuur van Raman DNA.
b.
Op Rama levert mitose drie dochtercellen op. Stel, met dit feit in gedachten, een replicatiepatroon voor uw DNA-model voor.
c.
Beschouw het meioseproces op Rama. Welke opmerkingen of conclusies kunt u maken?
12. Als je het DNA van de colibloem øX174 extraheert, zul je ontdekken dat de samenstelling 25 procent A is, 33 procent T, 24 procent G, en 18 procent C. Is deze samenstelling logisch met betrekking tot de regels van Chargaff? Hoe zou je dit resultaat interpreteren? Hoe zou zo’n faag zijn DNA kunnen repliceren?
De regels van Chargaff zijn dat A = T en G = C. Omdat deze samenstelling niet is waargenomen, is de meest waarschijnlijke interpretatie dat het DNA uit één streng bestaat. De faag zou eerst een complementaire streng moeten synthetiseren voordat hij kan beginnen met het maken van meerdere kopieën van zichzelf.
13. De temperatuur waarbij een DNA-monster denatureert, kan worden gebruikt om te schatten welk percentage van de nucleotideparen G-C is. Wat zou de basis voor deze bepaling zijn, en wat zou een hoge denaturatietemperatuur voor een DNA-monster aangeven?
Bedenk dat er twee waterstofbruggen zijn tussen A en T, terwijl er drie waterstofbruggen zijn tussen G en C. Denaturatie vereist het verbreken van deze bindingen, waarvoor energie nodig is. Hoe meer bindingen er moeten worden verbroken, hoe meer energie er moet worden toegevoerd. De temperatuur waarbij een bepaald DNA-molecuul denatureert is dus een functie van de basissamenstelling. Hoe hoger de denaturatietemperatuur, hoe hoger het percentage G-C-paren.
14. Stel dat je DNA van een klein virus extraheert, denatureert en vervolgens laat adarsealeren met DNA van andere stammen met een deletie, een aninversie of een duplicatie. Wat zou je verwachten te zien bij inspectie met een elektronenmicroscoop?
15. DNA van een zoogdier wordt door warmte gedenatureerd en daarna langzaam afgekoeld om te kunnen reannealen. De volgende grafiek toont de verkregen resultaten. Er zijn twee “schouders” in de curve. De eerste schouder wijst op de aanwezigheid van een zeer snel annealing deel van het DNA – zo snel zelfs dat de annealing plaatsvindt voordat er strenginteracties plaatsvinden.
a.
Wat zou dit deel van het DNA kunnen zijn?
b.
De tweede schouder is ook een snel reannealing deel. Wat suggereert dit bewijs?
16. Ontwerp proeven om de fysische relatie tussen sterk repeterende en unieke DNA-sequenties in chromosomen te bepalen. (Hint: Het is mogelijk om de grootte van DNA-moleculen te variëren door de hoeveelheid afschuiving waaraan ze worden onderworpen.)
17. Van virussen is bekend dat ze kanker veroorzaken bij muizen. U hebt een zuiver preparaat van virus-DNA, een zuiver preparaat van DNA van de chromosomen van muizenkankercellen, en zuiver DNA van de chromosomen van normale muizencellen. Viraal DNA zal zich specifiek binden aan DNA van kankercellen, maar niet aan DNA van normale cellen. Onderzoek de mogelijke genetische betekenis van deze waarneming, de betekenis op moleculair niveau, en de medische betekenis.
18. Ruth Kavenaugh en Bruno Zimm hebben een techniek ontwikkeld om de maximale lengte van de langste DNA-moleculen in oplossing te meten. Zij bestudeerden DNA-monsters van de drie karyotypen van Drosophila die hiernaast zijn afgebeeld. Zij stelden vast dat de langste moleculen in de karyotypen a en b ongeveer even lang zijn en ongeveer twee keer zo lang als de langste molecule in karyotype c. Interpreteer deze resultaten.
De gegevens suggereren dat elk chromosoom bestaat uit één ononderbroken DNA-molecule en dat translocaties de grootte ervan kunnen veranderen. In deel c blijkt dat een deel van het langste chromosoom getranslokeerd is naar het kortstechromosoom.
19. Bij de harlekijnchromosoomtechniek laat u drie replicatierondes in broomodeoxyuridine plaatsvinden en kleurt u vervolgens de chromosomen. Welk resultaat verwacht je?
