HC02 - DNA Replicatie

Question 1

Wanneer vindt DNA replicatie plaats?

Answer 1

Als een cel deelt (in de S fase van de cel cyclus)
- Bacteriën kunnen elk uur delen
- Zoogdiercellen kunnen eens per 12 uur (darmcel), eens per 24 (fibroblast), of eens per jaar (levercel) delen

Question 2

Hoe begint de DNA replicatie?

Answer 2

Met de opening van DNA bij de replicatie origine, met behulp van initiatoren (helicase)

Question 3

Wat gebeurt er bij de replicatie vork?

Answer 3

Helicase opent de DNA helix verder aan de voorkant van een replicatievork

Question 4

In welke richting verloopt DNA replicatie?

Answer 4

DNA replicatie verloopt vanaf de replicatie origine in beide richtingen

Question 5

Wat heb je nodig voor DNA replicatie?

Answer 5

• Deoxynucleotidentrifosfaten (dATP, dCTP, dGTP, dTTP)
• DNA polymerase = een enzym dat deoxyribose-fosfaat bindingen in een DNA keten maakt

Question 6

Waarom heb je deoxynucleotidentrifosfaten nodig voor DNA replicatie?

Answer 6

Omdat 1 fosfaat je te weinig energie geeft, en er dus 2 fosfaatgroepen af moeten vallen om de benodigde energie te leveren.

Question 7

Hoeveel fouten maakt DNA polymerase gemiddeld?

Answer 7

Ongeveer 1 fout per 10⁴ basen

Question 8

Wat doet DNA polymerase met foute basen direct na inbouw?

Answer 8

Door de proofreading activiteit van DNA polymerase worden foute basen direct verwijderd na de inbouw

Question 9

Wat doet DNA polymerase?

Answer 9

DNA polymerase maakt de covalente binding in DNA, polymeriseert alle nucleotiden, en loopt zo de oude streng af om nieuwe nucleotiden te verbinden.

Question 10

In welke richting loopt DNA polymerase?

Answer 10

DNA polymerase loopt de template streng af van 3’ naar 5’, maar maakt een 5’ tot 3’ streng (dus de richting is 5’ naar 3’)
Dit betekent dat je een streng met vrije 3’-OH groep nodig hebt

Question 11

Hoe wordt het begin gemaakt van de DNA replicatie?

Answer 11

DNA polymerase kan de primer (beginstuk met vrije 3’ OH groep) niet zelf maken, en dus maakt primase een beginnetje van RNA voor DNA polymerase. Primase is dus de startmotor.

Question 12

Hoe wordt een fout in het DNA herkend?

Answer 12

Doordat een fout er voor zorgt dat DNA dikker is op die plek dan 2 nm, waardoor DNA polymerase niet meer door kan lopen en verder kan gaan met polymeriseren.

Question 13

Waardoor wordt DNA polymerase gebonden aan de DNA streng?

Answer 13

Door een sliding clamp. Dit zorgt ervoor dat DNA polymerase met een behoorlijke snelheid langs het DNA kan gaan zonder het DNA los te laten

Question 14

Wat is het verschil tussen de leading streng en de lagging streng bij DNA replicatie?

Answer 14

Bij de leading streng gaat de replicatie in de goede richting (van 5’ naar 3’), en bij de lagging streng gaat het in de verkeerde richting (van 3’ naar 5’) waardoor je steeds kleine stukjes krijgt i.p.v. dat het doorloopt.

Question 15

Hoe heten de kleine stukjes DNA die gevormd worden op de lagging streng bij DNA replicatie?

Answer 15

De Okazaki fragmenten

Question 16

Waardoor wordt de lagging streng beschermd voordat de replicatie begint?

Answer 16

Door single-strand binding proteins

Question 17

Welke eiwitten zijn betrokken bij DNA replicatie?
(overzicht)

Answer 17

Question 18

Overzicht van dubbele replicatie vork

Answer 18

Question 19

Hoe verwijder je de RNA primers die tussen de Okazaki fragmenten zitten?

Answer 19

Nuclease breekt de RNA primer af, waarna DNA polymerase van 3’ tot 5’ DNA inbouwt.

Question 20

Waarom komen de 3’ en de 5’ kant na het weghalen van de RNA primer niet meer bij elkaar? Hoe heet dit en hoe wordt dit verholpen?

Answer 20

De 3’ kant heeft een OH groep, en de 5’ kant heeft 1 fosfaat. Die ene fosfaat levert niet genoeg energie op om de 3’ en 5’ kant met elkaar te kunnen verbinden. Dit heet een ‘nick’.
DNA ligase kan dit wel koppelen, door energie uit ATP te gebruiken (hij maakt er AMP en twee losse fosfaat van)

Question 21

Wat gebeurt er met het DNA na elke ronde replicatie?

Answer 21

Het DNA wordt elke ronde een stukje korter

Question 22

Hoe wordt er voorkomen dat de chromosomen na een aantal delingen zo kort worden zodat er belangrijke informatie verloren gaat?

Answer 22

Telomerase plakt een extra herhaling aan de template strand, waardoor DNA polymerase de net gesynthetiseerde lagging strand kan verlengen

Question 23

Wat vormen telomeren?

Answer 23

Question 24

Wat is het voordeel van geen telomerasen hebben?

Answer 24

Het voordeel van geen telomerasen hebben is dat je een cel niet eindeloos kan laten delen, en dat is handig in kankercellen, maar helaas hebben kankercellen dat juist wel (naast geslachtscellen en embryonale cellen)

Question 25

Hoe werkt proofreading van de DNA replicatie?

Answer 25

Question 26

Hoe kan DNA-polymerase zowel voor DNA synthese als voor proofreading zorgen?

Answer 26

Het DNA-polymerase, dat het te repliceren DNA-molecuul omhult, wordt getoond in de polymerisatiemodus (links) en in de proofreadingmodus (rechts). De katalytische sites voor de polymerisatieactiviteit (P) en de bewerkingsactiviteit (E) zijn aangegeven. Wanneer het polymerase een onjuiste nucleotide toevoegt, wordt de nieuw gesynthetiseerde DNA-streng (rood) tijdelijk ontkoppeld van de sjabloonstreng (oranje), en zijn 3ʹ uiteinde beweegt zich naar de bewerkingsplaats (E) om de onjuiste nucleotide te laten verwijderen.

Question 27

Leg uit waarom DNA polymerisatie plaats moet vinden van 5' naar 3'

Answer 27

Question 28

Welke enzymen heb je nodig voor de synthese van de lagging strand van DNA?

Answer 28

- RNA primase - DNA polymerase - Nucleases - Repair polymerase - DNA ligase De laatste stap vereist ATP

Question 29

Hoe worden Okazaki fragmenten aan elkaar gelinkt?

Answer 29

Question 30

Welke andere enzymatische reactie, naast de polymerase-reactie, wordt door DNA-polymerase nog meer gekatalyseerd?

Answer 30

3’ naar 5’ (exo)nuclease reactie. Het doorknippen van de ribosefosfaat binding tussen de laatste en de op één na laatste nucleotide.

Question 31

Wat is het belang van die andere activiteit?

Answer 31

Proofreading. Het herstellen van foutief ingebouwde basen.

Question 32

Wat is het verschil tussen een "template" en een "primer"?

Answer 32

"template" is de DNA voorbeeld streng waarop de nieuwe streng gemaakt wordt, en een "primer" is een kort stukje RNA (of DNA bij de polymerase ketting reactie; zie ZS7) dat als begin van de nieuwe DNA streng dient.

Question 33

Om DNA te repliceren moet de dubbele helix voortdurend uit elkaar worden getrokken zodat de inkomende nucleosidetrifosfaten basenparen kunnen vormen met elke template streng. Welke twee soorten replicatie-eiwitten voeren deze taak uit?

Answer 33

DNA-helicasen en enkelstrengs DNA-bindende eiwitten

Question 34

Hoe werken DNA-helicasen en enkelstrengs DNA-bindende eiwitten samen als 'replicatie machine'?

Answer 34

Een helicase zit helemaal vooraan in de replicatiemachine, waar hij de energie van ATP-hydrolyse gebruikt om zichzelf voort te stuwen, waarbij hij de dubbele helix uit elkaar trekt terwijl hij langs het DNA raast. Enkelstrengs DNA-bindende eiwitten zetten zich vast aan het door de helicase blootgelegde enkelstrengs DNA, voorkomen dat de strengen opnieuw basenparen vormen en houden ze in een langgerekte vorm zodat ze kunnen dienen als efficiënte sjablonen.

Question 35

De gelokaliseerde afwikkeling van de DNA dubbele helix vormt een probleem. Als de helicase voorwaarts beweegt en de dubbele helix opent, wordt het DNA voor de vork strakker gewikkeld. Deze overmatige verdraaiing voor de replicatievork creëert spanning in het DNA die - indien toegestaan - het afwikkelen van de dubbele helix steeds moeilijker maakt en uiteindelijk de voorwaartse beweging van de replicatiemachine belemmert. Welk enzym verhelpt dit en hoe?

Answer 35

Enzymen genaamd DNA topoisomerases verlichten deze spanning. Een DNA-topoisomerase produceert een kortstondige, enkelstrengs inkeping in de DNA-ruggengraat, waardoor de opgebouwde spanning tijdelijk wordt opgeheven; het enzym dicht vervolgens de inkeping weer voordat het van het DNA afvalt.

Question 36

Overzicht enzymen die betrokken zijn bij de DNA replicatie

Answer 36

Question 36

Overzicht enzymen die betrokken zijn bij de DNA replicatie

Answer 36

Question 37

Een gen dat codeert voor een van de eiwitten die betrokken zijn bij de DNA-replicatie is door een mutatie in een cel geïnactiveerd. Zonder dit eiwit probeert de cel zijn DNA te repliceren. Wat zou er tijdens het DNA replicatieproces gebeuren als elk van de volgende eiwitten zou ontbreken? A. DNA polymerase B. DNA-ligase C. Sliding clamp D. Nuclease dat RNA-primers verwijdert E. DNA helicase F. Primase

Answer 37

A. Zonder DNA polymerase kan er helemaal geen replicatie plaatsvinden. Bij de oorsprong van de replicatie worden RNA-primers gelegd. B. DNA-ligase verbindt de DNA-fragmenten die op de achterblijvende streng ontstaan. Zonder ligase zullen de nieuw gerepliceerde DNA-strengen als fragmenten overblijven, maar er zullen geen nucleotiden ontbreken. C. Zonder de schuifklem zal het DNA-polymerase vaak van de DNA-sjabloon vallen. In principe kan het zich opnieuw binden en doorgaan, maar het voortdurend afvallen en opnieuw binden zal zo tijdrovend zijn dat de cel zich niet zal kunnen delen. D. Bij afwezigheid van RNA verwijderende enzymen zullen de RNA-fragmenten covalent verbonden blijven aan de nieuw gerepliceerde DNA-fragmenten. Er zal geen ligatie plaatsvinden, omdat het DNA-ligase geen DNA aan RNA koppelt. De achterblijvende streng zal dus bestaan uit fragmenten die zowel uit RNA als uit DNA bestaan. E. Zonder DNA helicase zal het DNA polymerase vastlopen omdat het de strengen van het template DNA dat voor hem ligt niet kan scheiden. Er zal weinig of geen nieuw DNA worden gesynthetiseerd. F. Zonder primase kunnen er geen RNA-primers worden gemaakt op de leidende of de achterblijvende streng. De DNA-replicatie kan dus niet beginnen.

Question 38

Stel dat er een bacteriële mutant gevonden is die zijn DNA repliceert met zeer lage snelheid. Bij onderzoek wordt gevonden dat de mutant geheel normale DNA polymerase, DNA helicase en DNA ligase heeft. Hij maakt ook SSB (Single Strand Binding) eiwitten in normale hoeveelheden. De oriC regio (origine of replication) van zijn chromosoom heeft een volledig normale nucleotidevolgorde. Wat voor defect kan dan verantwoordelijk zijn voor de lage snelheid van DNA replicatie in deze mutant?

Answer 38

Bacterie mist vermoedelijk primase, het enzym dat een RNA beginnetje moet maken voordat DNA-polymerase kan starten, of de sliding clamp, het eiwit dat DNA polymerase op de DNA houdt

Question 39

Twee nucleotideketens worden aan elkaar gekoppeld door DNA ligase in een reactiemengsel waaraan als energiebron is toegevoegd ATP gelabeld met radioactief ³²P in de alfa-fosforylgroep (niet de buitenste, maar die aan de ribose zit). Welke radioactieve producten verwacht je?

Answer 39