Deze blogpost is geschreven door: HolyCow

Geneticablog #6: Moleculaire genetica 2.0
Let op: Dit onderwerp kan vrij ingewikkeld zijn. Voor het snappen van dit blog raad ik echt aan de eerdere blogs als parate kennis te hebben. Dit genetica blog is echt bedoeld voor spelers die meer dan alleen die basis willen weten.[/i]

Hoi!
Vandaag zal ik het hebben over replicatie. Replicatie is het verdubbelen van het DNA. Dit gebeurt vlak voor de cel zich deelt en er dus een nieuwe set DNA nodig is voor de nieuwe cel. 
Met de kennis hoe in een normale situatie het DNA wordt gekopieerd, kan je uiteindelijk ook beter begrijpen hoe en waarom het soms fout gaat (en dus hoe mutaties ontstaan!).

In DNA zitten een aantal specifieke codes waar je de twee DNA strengen makkelijk uit elkaar kan trekken: Replication Origins. Zodra het DNA iets uit elkaar getrokken is, zal het enzym helicase de strengen verder openen. Hierdoor vormt een soort tweetandige vork: de replication fork.


Vervolgens worden beide strengen gebruikt om een nieuwe streng DNA te maken. Hierbij wordt de oorspronkelijke 5’ → 3’ streng gebruikt om de nieuwe 3’ → 5’ streng te maken, en andersom. 
Omdat de oorspronkelijke strengen worden gebruikt als template/matrijs voor de nieuwe DNA strengen, worden de oorspronkelijke strengen ook wel de ‘template’ streng of ‘matrijs’ streng genoemd. Als je bijvoorbeeld de DNA code van de template streng 3’- A T T- 5’ hebt, dan komt daar de code 5’ - T A A - 3’. Van de template streng 5’ --- T A A --- 3’, wordt dan 3’ --- A T T --- 5’ gemaakt. Uiteindelijk kunnen beide strengen dus gekopieerd worden, door de tegenovergestelde streng te gebruiken als template. 
Omdat het telkens antiparallel wordt gemaakt, gebruik je de tegenovergestelde streng als template. (Vergelijk dit met het gieten van cement in een mal. De mal is eigenlijk precies het tegenovergestelde gevormd als het uiteindelijke product.) 

Met een klein stukje DNA als template maakt het enzym primase een stukje RNA. Dit stukje RNA heet een primer en wordt gebruikt als startpunt. In de meeste levende organismen, zoals mensen en paarden, komen van nature alleen RNA primers voor. In het laboratorium worden echter ook DNA primers gebruikt om DNA te repliceren.

Om het DNA daadwerkelijk te kopiëren, is het enzym DNA polymerase nodig. Deze herkent de primer, en gebruikt dit als startpunt om nucleotiden aan te plakken. 

Bij het vastmaken van nucleotiden aan de nieuwe streng wordt altijd het 5’ einde van een losse nucleotide vastgemaakt aan de 3’ kant van de streng. Hierbij werkt DNA polymerase dus altijd in de richting 5’ → 3’, waarbij de template streng van 3’ → 5’ gelezen wordt.

Zoals eerder beschreven, heb je van de oorspronkelijke DNA helix één streng die 5’ → 3 loopt, richting de replication fork toe. De ander loopt in de 3’ → 5 richting, van de replication fork af. Dit levert dan een probleem op voor de DNA polymerase. 
De nieuwe 3’ → 5’ streng (met de oude 5’ → 3’ streng als template) kan zonder probleem in één keer gemaakt worden. Dit is daarom de continuous strand, ook wel leading strand genoemd.
Met de nieuwe 5’ → 3’ (met de oude 3’ → 5’ streng als template) streng is dit niet mogelijk. Deze nieuwe streng wordt in delen gemaakt, en wordt de lagging strand genoemd. Hiervoor wordt telkens een nieuwe primer gebruikt, waaraan DNA polymerase er een stukje nieuw DNA bijmaakt. Hierbij moet DNA polymerase telkens opnieuw beginnen. Er ontstaan dan kleine DNA fragmenten, genaamd Okazaki fragmenten. 

De lagging strand zit in meerdere stukjes, de Okazaki fragmenten. De RNA primers zijn in het roze weergeven: deze worden later in het proces vervangen door DNA.
Met blauwe puntjes is geprobeerd de basen volgorde schematisch weer te geven: Hier is goed te zien dan de nieuwe 3’ → 5’ streng identiek is aan de oude 3’ → 5’ streng, met behulp van de 5’ →  3’ streng als template.

Vervolgens worden de primers verwijderd door het enzym nuclease. Op de plekken waar vroeger de primers zaten maakt DNA polymerase een los stukje DNA ter vervanging. 

Uiteindelijk eindig je met allemaal losse stukjes DNA. De Okazaki fragmenten + stukken primer-vervangend DNA bij de lagging strand, en voor de leading strand het primer-vervangend DNA + overige deel van die streng. Deze stukken DNA worden aan elkaar gehecht door het enzym DNA Ligase.

Dit was het blog van vandaag. Volgende week zal ik uitleggen hoe je van DNA naar eiwit gaat.

Opfrisser nodig? Lees de vorige geneticablogs!
Geneticablog #1: Back to the Basics 1.0
Geneticablog #2: Back to the Basics 2.0: Mendeliaanse genetica en notatie van genotype
Geneticablog #3: Back to the Basics 3.0: Niet-Mendeliaanse overerving
Geneticablog #4: Back to the Basics 4.0: Welke genen zijn belangrijk in kleurgenetica bij paarden?
Geneticablog #5: Moleculaire genetica 1.0