---
title: "Nucleotiden en nucleïnezuren"
book: "Universitaire biologie — jaar 1"
subject: biology
language: nl
chapter: 11
exercises: 12
source: https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/11-nucleotiden-en-nucleinezuren
---

# Hoofdstuk 11 — Nucleotiden en nucleïnezuren

Giet koude ethanol op een oplossing van opengebroken [cellen](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/5-de-cel-eenheid-van-het-leven#def-b1-cell-unit-of-life-cell) en er verschijnt een witte wolk vezels die om een glazen staaf kan worden gewonden: [DNA](#def-b1-nucleic-acids-chain), het molecuul dat elke instructie van het [organisme](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/1-het-organisme-een-systeem-in-wisselwerking-met-zijn-omgeving#def-b1-organism-environment-organism) draagt, met het blote oog zichtbaar. Er zit twee meter van opgevouwen in elke menselijke celkern; het geheel is geschreven in een alfabet van vier letters, in één richting gelezen, en gekopieerd door twee strengen te scheiden die op elkaar passen als een hand en haar handschoen. Dit hoofdstuk beschrijft de [nucleotiden](#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) — tegelijk letters, [energiemunt](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/8-water-en-kleine-biomoleculen#def-b1-water-small-molecules-atp) en co-enzymen — de ketens die zij vormen, de [dubbele helix](#thm-b1-nucleic-acids-helix) en het bewijsmateriaal ervoor, wat er gebeurt als zij wordt gesmolten en weer samengevoegd, en de RNA-moleculen die haar boodschap de [cel](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/5-de-cel-eenheid-van-het-leven#def-b1-cell-unit-of-life-cell) in dragen.

## 11.1 Nucleotiden

**Definitie 11.1 (Nucleotide).**

Een *nucleotide* bestaat uit drie delen: een stikstofhoudende *base* — een *purine* (adenine A, guanine G: twee gefuseerde ringen) of een *pyrimidine* (cytosine C, thymine T, uracil U: één ring); een suiker met vijf koolstoffen, *ribose* in [RNA](#def-b1-nucleic-acids-chain) of *2$'$-deoxyribose* in [DNA](#def-b1-nucleic-acids-chain) (zonder de hydroxylgroep op koolstof $2'$); en een tot drie *fosfaatgroepen* op koolstof $5'$ van de suiker. De base zit vast aan koolstof $1'$; de koolstoffen van de suiker worden met accenttekens genummerd om ze van die van de base te onderscheiden. Base plus suiker is een *nucleoside* (adenosine, guanosine, cytidine, thymidine, uridine); met fosfaten is het een nucleotide (AMP, ADP, [ATP](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/8-water-en-kleine-biomoleculen#def-b1-water-small-molecules-atp) en hun verwanten).

![De onderdelen van een nucleotide: een base op koolstof 1' van een pentose, fosfaten op koolstof 5'. De 3'-hydroxylgroep is de plaats waar de volgende nucleotide van een keten zal aanhechten; de stand 2' onderscheidt RNA (OH) van DNA (H).](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/biology-3/b1-nucleic-acids/fig-5ddf95c5277d.svg)

*De onderdelen van een [nucleotide](#def-b1-nucleic-acids-nucleotide): een [base](#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) op koolstof $1'$ van een pentose, fosfaten op koolstof $5'$. De $3'$-hydroxylgroep is de plaats waar de volgende [nucleotide](#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) van een keten zal aanhechten; de stand $2'$ onderscheidt [RNA](#def-b1-nucleic-acids-chain) (OH) van [DNA](#def-b1-nucleic-acids-chain) (H).*

**Propositie 11.2 (Nucleotiden doen drie dingen).**

Behalve de bouwstenen van [DNA](#def-b1-nucleic-acids-chain) en [RNA](#def-b1-nucleic-acids-chain) zijn [nucleotiden](#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) de *[energiemunt](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/8-water-en-kleine-biomoleculen#def-b1-water-small-molecules-atp)* van de [cel](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/5-de-cel-eenheid-van-het-leven#def-b1-cell-unit-of-life-cell) — [ATP](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/8-water-en-kleine-biomoleculen#def-b1-water-small-molecules-atp) en GTP, waarvan de [fosfoanhydridebindingen](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/8-water-en-kleine-biomoleculen#def-b1-water-small-molecules-atp) ([Hoofdstuk 8](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/8-water-en-kleine-biomoleculen#ch-b1-water-small-molecules)) opbouw, transport en beweging betalen; haar *co-enzymen* — $\mathrm{NAD^+}$, $\mathrm{NADP^+}$ en FAD, die elektronen dragen in de ademhaling en de fotosynthese ([Hoofdstuk 15](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/15-celademhaling-en-gisting#ch-b1-respiration-fermentation)), en co-enzym A, dat acylgroepen draagt; en haar *boodschappers* — cyclisch AMP, dat hormoonsignalen binnen de [cel](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/5-de-cel-eenheid-van-het-leven#def-b1-cell-unit-of-life-cell) doorgeeft. Zij zijn alle adeninenucleotiden of daarop gebouwd: hetzelfde molecuul dat de boodschap spelt, drijft haar uitvoering aan.

## 11.2 De polynucleotideketen

**Definitie 11.3 (Fosfodiesterbinding, polariteit).**

[Nucleotiden](#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) worden tot een *polynucleotide* aaneengeregen door *fosfodiesterbindingen*: het fosfaat op koolstof $5'$ van de ene [nucleotide](#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) wordt aan de $3'$-hydroxylgroep van de volgende gekoppeld. De keten heeft daardoor een *ruggengraat* van suiker en fosfaat, gelijkvormig en negatief geladen (één lading per fosfaat), waarvan de [basen](#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) als een reeks uitsteken; en zij heeft een richting: een *$5'$-uiteinde* met een vrij fosfaat en een *$3'$-uiteinde* met een vrije hydroxylgroep. Sequenties worden $5' \to 3'$ geschreven en gelezen, de richting waarin ketens worden opgebouwd. *DNA* (deoxyribonucleïnezuur) gebruikt deoxyribose en de [basen](#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) A, G, C, T; *RNA* (ribonucleïnezuur) gebruikt ribose en A, G, C, U.

![Een keten van vier nucleotiden. Het 5'-fosfaat van elke nucleotide is door een fosfodiesterbinding verbonden met de 3'-hydroxylgroep van de nucleotide erboven; de keten loopt van een 5'-uiteinde naar een 3'-uiteinde en de basen hangen aan een gelijkvormige ruggengraat.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/biology-3/b1-nucleic-acids/fig-81b3ad0bd863.svg)

*Een keten van vier [nucleotiden](#def-b1-nucleic-acids-nucleotide). Het $5'$-fosfaat van elke [nucleotide](#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) is door een [fosfodiesterbinding](#def-b1-nucleic-acids-chain) verbonden met de $3'$-hydroxylgroep van de [nucleotide](#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) erboven; de keten loopt van een $5'$-uiteinde naar een $3'$-uiteinde en de [basen](#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) hangen aan een gelijkvormige ruggengraat.*

**Voorbeeld 11.4 (RNA is breekbaar, DNA is duurzaam).**

De $2'$-hydroxylgroep van ribose kan de naburige [fosfodiesterbinding](#def-b1-nucleic-acids-chain) aanvallen: in mild alkalisch milieu is [RNA](#def-b1-nucleic-acids-chain) binnen enkele uren tot [nucleotiden](#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) gehydrolyseerd, terwijl [DNA](#def-b1-nucleic-acids-chain), dat die hydroxylgroep mist, koken in loog overleeft en intact is teruggewonnen uit botten van tienduizenden jaren oud. Uracil in [RNA](#def-b1-nucleic-acids-chain) is thymine zonder methylgroep; [DNA](#def-b1-nucleic-acids-chain) gebruikt thymine opdat cytosine, dat langzaam zijn aminogroep verliest en uracil wordt, als beschadigd kan worden herkend en hersteld — een uracil in [DNA](#def-b1-nucleic-acids-chain) is altijd een fout.

## 11.3 De dubbele helix

**Propositie 11.5 (De regels van Chargaff).**

In het [DNA](#def-b1-nucleic-acids-chain) van elk [organisme](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/1-het-organisme-een-systeem-in-wisselwerking-met-zijn-omgeving#def-b1-organism-environment-organism) is de hoeveelheid adenine gelijk aan die van thymine en de hoeveelheid guanine aan die van cytosine ($A = T$, $G = C$, dus [purinen](#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) $=$ [pyrimidinen](#def-b1-nucleic-acids-nucleotide)), terwijl de verhouding $(G + C)/(A + T)$ van soort tot soort verschilt (van $25\,\%$ tot $75\,\%$ $G + C$).

**Bewijsmateriaal.** Chargaff (1950) hydrolyseerde [DNA](#def-b1-nucleic-acids-chain) van vele [organismen](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/1-het-organisme-een-systeem-in-wisselwerking-met-zijn-omgeving#def-b1-organism-environment-organism) en scheidde de [basen](#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) met chromatografie, waarbij hij elk aan zijn ultraviolette absorptie mat. De gelijkheden gingen binnen de meetfout op voor elk [DNA](#def-b1-nucleic-acids-chain); het $G + C$-gehalte deed dat niet, en was in elk [weefsel](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/4-bouwplannen-en-weefsels-van-dieren#def-b1-body-plans-tissues-tissue) van hetzelfde [organisme](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/1-het-organisme-een-systeem-in-wisselwerking-met-zijn-omgeving#def-b1-organism-environment-organism) gelijk. ∎

**Stelling 11.6 (De dubbele helix van Watson en Crick).**

[DNA](#def-b1-nucleic-acids-chain) bestaat uit twee polynucleotideketens die om een gemeenschappelijke as tot een rechtsdraaiende *[dubbele helix](#thm-b1-nucleic-acids-helix)* zijn gewonden: de ruggengraten van suiker en fosfaat aan de buitenkant, de [basen](#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) binnenin, vlak en loodrecht op de as gestapeld. De ketens zijn *antiparallel* (de ene loopt $5' \to 3'$ omhoog, de andere omlaag) en *complementair*: tegenover elke A staat een T, door twee [waterstofbruggen](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/8-water-en-kleine-biomoleculen#def-b1-water-small-molecules-water) vastgehouden, en tegenover elke G een C, door drie; elk zo’n *basenpaar* is even breed, zodat de helix bij elke sequentie gelijkvormig is. In de gebruikelijke B-vorm is de helix $2\,\mathrm{nm}$ breed, stijgt zij $0.34\,\mathrm{nm}$ per basenpaar en $3.4\,\mathrm{nm}$ per winding van tien paren, en vertoont zij een brede *grote groeve* en een smalle *kleine groeve* waarin de randen van de [basen](#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) aan eiwitten blootliggen.

**Bewijsmateriaal.** De röntgendiffractiebeelden die Franklin (1952) van DNA-vezels maakte, toonden het kruis van een helix met een herhaling van $3.4\,\mathrm{nm}$ langs de as, een sterke reflectie bij $0.34\,\mathrm{nm}$ (gestapelde vlakke eenheden), en een doorsnede van $2\,\mathrm{nm}$; de fosfaten, de zwaarste atomen, moesten aan de buitenkant zitten. Watson en Crick (1953) vonden dat een [purine](#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) gepaard met een [pyrimidine](#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) — en alleen A met T en G met C — paren van gelijke breedte geeft die op de doorsnede van $2\,\mathrm{nm}$ passen, wat de [regels van Chargaff](#prop-b1-nucleic-acids-chargaff) verklaart, en dat twee zo gepaarde antiparallelle ketens een regelmatige helix met de afmetingen van de vezel opbouwen. Het model voorspelde dat elke keten een matrijs voor de andere is; de demonstratie van semiconservatieve replicatie door Meselson en Stahl (bekend uit het deel over de bovenbouw, en in [Hoofdstuk 18](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/18-dna-replicatie-en-mitose#ch-b1-replication-mitosis)) bevestigde dat. ∎

![Links: een model van de dubbele helix; de twee ruggengraten winden zich om de gestapelde basenparen en laten een grote en een kleine groeve open. Rechts: dezelfde tien basenparen tot een ladder ontrold: antiparallelle strengen, complementaire paren van gelijke breedte, 0.34\, nm per paar en 3.4\, nm per winding.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/biology-3/b1-nucleic-acids/img-5407ac7ed0f4.jpg)

![Links: een model van de dubbele helix; de twee ruggengraten winden zich om de gestapelde basenparen en laten een grote en een kleine groeve open. Rechts: dezelfde tien basenparen tot een ladder ontrold: antiparallelle strengen, complementaire paren van gelijke breedte, 0.34\, nm per paar en 3.4\, nm per winding.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/biology-3/b1-nucleic-acids/fig-f4b42f3d8edc.svg)

*Links: een model van de [dubbele helix](#thm-b1-nucleic-acids-helix); de twee ruggengraten winden zich om de gestapelde [basenparen](#thm-b1-nucleic-acids-helix) en laten een grote en een kleine groeve open. Rechts: dezelfde tien [basenparen](#thm-b1-nucleic-acids-helix) tot een ladder ontrold: antiparallelle strengen, complementaire paren van gelijke breedte, $0.34\,\mathrm{nm}$ per paar en $3.4\,\mathrm{nm}$ per winding.*

**Voorbeeld 11.7 (Een streng lezen).**

Als de ene streng $5'$-ATGGCATTC-$3'$ luidt, dan is haar partner, $5' \to 3'$ geschreven, $5'$-GAATGCCAT-$3'$: neem van elke [base](#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) de complementaire en keer dan de volgorde om. Negen paren, $3.1\,\mathrm{nm}$ helix, tweeëntwintig [waterstofbruggen](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/8-water-en-kleine-biomoleculen#def-b1-water-small-molecules-water) (vijf G–C, vier A–T). Een menselijk chromosoom van $2.5 \times 10^{8}$ paren is in deze vorm $8.5\,\mathrm{cm}$ lang en moet honderdduizend keer worden opgevouwen om in een kern te passen ([Hoofdstuk 17](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/17-genomen-van-cellen-en-virussen#ch-b1-genomes)).

**Propositie 11.8 (Wat de helix bijeenhoudt).**

De [waterstofbruggen](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/8-water-en-kleine-biomoleculen#def-b1-water-small-molecules-water) tussen de gepaarde [basen](#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) geven de specificiteit; de *stapeling* van de vlakke [basen](#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) op elkaar — vanderwaalscontacten en het [hydrofobe effect](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/8-water-en-kleine-biomoleculen#prop-b1-water-small-molecules-properties) dat de [basen](#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) uit het water houdt — levert het grootste deel van de stabiliteit; de negatief geladen ruggengraten stoten elkaar af, en de helix is alleen stabiel in aanwezigheid van kationen (het fysiologische $\mathrm{Mg^{2+}}$, $\mathrm{Na^+}$, of de basische eiwitten van het chromatine) die de lading afschermen. Een G–C-paar, met drie [waterstofbruggen](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/8-water-en-kleine-biomoleculen#def-b1-water-small-molecules-water) en een sterkere [stapeling](#prop-b1-nucleic-acids-stability), houdt beter stand dan een A–T-paar.

## 11.4 Smelten en hybridisatie

**Definitie 11.9 (Denaturatie, smelttemperatuur).**

Verwarmen, of een extreme pH, scheidt de twee strengen van [DNA](#def-b1-nucleic-acids-chain): *denaturatie* (smelten), een coöperatieve overgang over enkele graden, waarvan het middelpunt de *smelttemperatuur* $T_m$ is. Zij gaat gepaard met het *hyperchroom effect*: enkele strengen nemen bij $260\,\mathrm{nm}$ ongeveer $40\,\%$ meer ultraviolet licht op dan dezelfde [basen](#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) gestapeld in een helix. $T_m$ stijgt met het $G + C$-gehalte ($0.4\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ per procent), met de zoutconcentratie en met de lengte; in $0.15\,\mathrm{mol}/\mathrm{L}$ zout smelt een lang [DNA](#def-b1-nucleic-acids-chain) met $50\,\%$ $G + C$ rond $90\,{}^{\circ}\mathrm{C}$. Bij langzame afkoeling vinden de strengen hun complement en vormen zij de helix opnieuw: *renaturatie*, of *hybridisatie* wanneer de strengen uit verschillende bronnen komen.

![Smeltcurves van twee DNA-monsters in hetzelfde zout. De absorptie stijgt met 40\,\% naarmate de strengen scheiden, over enkele graden; het middelpunt, T_m, ligt hoger voor het DNA dat rijker is aan G–C-paren.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/biology-3/b1-nucleic-acids/fig-40394f15fd35.svg)

*Smeltcurves van twee DNA-monsters in hetzelfde zout. De absorptie stijgt met $40\,\%$ naarmate de strengen scheiden, over enkele graden; het middelpunt, $T_m$, ligt hoger voor het [DNA](#def-b1-nucleic-acids-chain) dat rijker is aan G–C-paren.*

**Methode 11.10 (Nucleïnezuren meten met absorptie).**

1. [Basen](#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) nemen ultraviolet licht op met een maximum bij $260\,\mathrm{nm}$ . In een cuvet van $1\,\mathrm{cm}$ komt een absorptie van $1.0$ overeen met $50\,\text{µ}\mathrm{g}/\mathrm{mL}$ dubbelstrengs [DNA](#def-b1-nucleic-acids-chain) ( $40\,\text{µ}\mathrm{g}/\mathrm{mL}$ [RNA](#def-b1-nucleic-acids-chain) , $33\,\text{µ}\mathrm{g}/\mathrm{mL}$ enkelstrengs [DNA](#def-b1-nucleic-acids-chain) ).
2. De verhouding $A_{260}/A_{280}$ is $1.8$ voor zuiver [DNA](#def-b1-nucleic-acids-chain) en $2.0$ voor zuiver [RNA](#def-b1-nucleic-acids-chain) ; eiwitten nemen bij $280\,\mathrm{nm}$ op en verlagen haar.
3. Om het smelten te volgen, registreer $A_{260}$ tijdens langzaam verwarmen; het middelpunt van de curve is $T_m$ en haar steilheid een maat voor de homogeniteit van het monster.
4. Om een sequentie op te sporen, denatureer het monster en voeg een gemerkte enkele streng toe die er complementair aan is (een *probe* ); die hybridiseert alleen waar haar complement zit, en het merk wijst de plaats aan — op een gel, op een chromosoom, in een [weefsel](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/4-bouwplannen-en-weefsels-van-dieren#def-b1-body-plans-tissues-tissue) .

![DNA neergeslagen met koude ethanol uit een cellysaat en op een glazen staaf gewonden: enkele milligrammen van het molecuul, zichtbaar als vezels omdat elk miljoenen basenparen lang is.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/biology-3/b1-nucleic-acids/img-0d5f3fd6943a.jpg)

*[DNA](#def-b1-nucleic-acids-chain) neergeslagen met koude ethanol uit een cellysaat en op een glazen staaf gewonden: enkele milligrammen van het molecuul, zichtbaar als vezels omdat elk miljoenen [basenparen](#thm-b1-nucleic-acids-helix) lang is.*

**Voorbeeld 11.11 (Een probe vindt een gen).**

Een probe van twintig [nucleotiden](#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) die complementair is aan één gen bindt, bij $5\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ onder haar eigen $T_m$, haar exacte complement en niets anders in drie miljard [basenparen](#thm-b1-nucleic-acids-helix): één mismatch op twintig verlaagt $T_m$ met enkele graden en de mismatchende hybride smelt. De specificiteit van de basenparing, over twintig posities vermenigvuldigd, is waar elke DNA-test op steunt, van vaderschap tot het opsporen van ziekteverwekkers.

## 11.5 RNA

**Definitie 11.12 (De RNA-moleculen).**

[RNA](#def-b1-nucleic-acids-chain) is meestal enkelstrengs en vouwt op zichzelf terug overal waar korte complementaire stukken dat toelaten, tot haarspelden, lussen en uitstulpingen — een *secundaire structuur* — die zich vervolgens tot een vorm samenpakt. Drie klassen dragen de stroom van erfelijke informatie ([Hoofdstuk 19](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/19-genexpressie-transcriptie-en-translatie#ch-b1-gene-expression)): *boodschapper-RNA* (mRNA), een kopie van een gen die het ribosoom leest; *transfer-RNA* (tRNA), zo’n $75\,$ [nucleotiden](#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) gevouwen tot een klaverblad, dat aan zijn $3'$-uiteinde een aminozuur draagt en een *anticodon* dat met de boodschap paart; *ribosomaal RNA* (rRNA), de structurele en katalytische kern van het ribosoom, vier vijfde van het [RNA](#def-b1-nucleic-acids-chain) van een [cel](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/5-de-cel-eenheid-van-het-leven#def-b1-cell-unit-of-life-cell). Vele andere RNA-moleculen reguleren, splicen en gidsen (het deel van jaar 3).

![Een transfer-RNA in zijn secundaire klaverbladstructuur: één streng van ongeveer 75 nucleotiden die met zichzelf tot vier stammen is gepaard. Het aminozuur wordt aan het 3'-uiteinde gedragen; het anticodon aan de tegenoverliggende punt leest de boodschap.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/biology-3/b1-nucleic-acids/fig-1690a2583fe5.svg)

*Een [transfer-RNA](#def-b1-nucleic-acids-rnas) in zijn secundaire klaverbladstructuur: één streng van ongeveer 75 [nucleotiden](#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) die met zichzelf tot vier stammen is gepaard. Het aminozuur wordt aan het $3'$-uiteinde gedragen; het anticodon aan de tegenoverliggende punt leest de boodschap.*

**Opmerking 11.13 (RNA kan een katalysator zijn).**

Sommige RNA-moleculen zijn enzymen (*ribozymen*): de peptidebinding van elk eiwit wordt gevormd door het ribosomale [RNA](#def-b1-nucleic-acids-chain) en niet door een eiwit, en sommige RNA-moleculen knippen en splicen zichzelf. Een molecuul dat tegelijk informatie draagt en reacties katalyseert, is waaruit een eerste levend systeem gemaakt kan zijn geweest; de wereld van [DNA](#def-b1-nucleic-acids-chain) en eiwit zou dan een latere taakverdeling zijn, met [RNA](#def-b1-nucleic-acids-chain) nog altijd in het midden.

## 11.6 Opgaven

**Oefening 11.1 ★.**

Noem de drie onderdelen van een [nucleotide](#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) en de twee verschillen tussen een ribonucleotide en een deoxyribonucleotide.

**Oplossing van Oefening 11.1.**

Een stikstofhoudende [base](#def-b1-nucleic-acids-nucleotide), een pentose, een tot drie fosfaten. [RNA](#def-b1-nucleic-acids-chain): ribose (met een $2'$-hydroxylgroep) en uracil; [DNA](#def-b1-nucleic-acids-chain): $2'$-deoxyribose en thymine.

**Oefening 11.2 ★.**

Schrijf de complementaire streng van $5'$-GGATCCTA-$3'$ in de richting $5' \to 3'$, en tel haar [waterstofbruggen](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/8-water-en-kleine-biomoleculen#def-b1-water-small-molecules-water).

**Oplossing van Oefening 11.2.**

$5'$-TAGGATCC-$3'$. Paren: G–C, G–C, A–T, T–A, C–G, C–G, T–A, A–T: vier G–C (12 bruggen) en vier A–T (8): 20 [waterstofbruggen](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/8-water-en-kleine-biomoleculen#def-b1-water-small-molecules-water).

**Oefening 11.3 ★.**

Een [DNA](#def-b1-nucleic-acids-chain) bevat $22\,\%$ adenine. Geef de percentages van T, G en C, en het $G + C$-gehalte.

**Oplossing van Oefening 11.3.**

T $22\,\%$; G en C delen de resterende $56\,\%$: elk $28\,\%$; $G + C = 56\,\%$.

**Oefening 11.4 ★.**

Wat is volgens de smeltfiguur de $T_m$ van een [DNA](#def-b1-nucleic-acids-chain) met $50\,\%$ $G + C$ onder dezelfde omstandigheden, en met hoeveel stijgt de absorptie bij het smelten?

**Oplossing van Oefening 11.4.**

Tussen de twee curves, bij $0.4\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ per procent: ongeveer $85\,{}^{\circ}\mathrm{C}$. De absorptie stijgt met $40\,\%$.

**Oefening 11.5 ★★.**

Bereken de lengte van het chromosoom van *E. coli* ($4.6 \times 10^{6}$ [basenparen](#thm-b1-nucleic-acids-helix)) in millimeters, het aantal windingen, en de factor waarmee het moet worden samengepakt om in een [cel](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/5-de-cel-eenheid-van-het-leven#def-b1-cell-unit-of-life-cell) van $2\,\text{µ}\mathrm{m}$ te passen.

**Oplossing van Oefening 11.5.**

$4.6 \times 10^{6}\times 0.34\,\mathrm{nm} = 1.56\,\mathrm{mm}$; $460\,000$ windingen; $1560/2 = 780$ keer korter (het chromosoom wordt tot lussen en superspiralen opgevouwen).

**Oefening 11.6 ★★.**

Leg uit waarom de twee strengen van [DNA](#def-b1-nucleic-acids-chain) antiparallel moeten zijn, aan de hand van de meetkunde van de ruggengraat van suiker en fosfaat en de eis dat elk basenpaar even breed is.

**Oplossing van Oefening 11.6.**

De [basen](#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) paren met hun randen naar elkaar toe, en de suiker van elk zit alleen aan dezelfde kant van het paar wanneer de twee ruggengraten in tegengestelde richting lopen; bij evenwijdige strengen zouden de twee suikers aan tegenoverliggende randen zitten en zouden de breedte van het paar en de plaats van de ruggengraat met de sequentie meeveranderen. Antiparallelle strengen met purine-pyrimidineparen geven de constante $2\,\mathrm{nm}$ die het vezelpatroon vereist.

**Oefening 11.7 ★★.**

Een DNA-oplossing heeft in een cuvet van $1\,\mathrm{cm}$ $A_{260} = 0.35$ en $A_{280} = 0.20$. Bereken de concentratie en becommentarieer de zuiverheid. Hoeveel [basenparen](#thm-b1-nucleic-acids-helix) zitten er in $1\,\mathrm{mL}$, als de gemiddelde massa van een paar $650\,\mathrm{Da}$ is?

**Oplossing van Oefening 11.7.**

$0.35\times 50 = 17.5\,\text{µ}\mathrm{g}/\mathrm{mL}$. $A_{260}/A_{280} = 1.75$: in wezen zuiver [DNA](#def-b1-nucleic-acids-chain) (1.8), met misschien een spoor eiwit. In $1\,\mathrm{mL}$: $17.5\times 10^{-6}/(650\times 1.66\times 10^{-24}) =
1.6 \times 10^{16}$ [basenparen](#thm-b1-nucleic-acids-helix).

**Oefening 11.8 ★★.**

Verklaar het hyperchroom effect en waarom de smeltcurve van een zuiver [DNA](#def-b1-nucleic-acids-chain) steil is terwijl die van een mengsel van [DNA](#def-b1-nucleic-acids-chain) uit vele soorten is uitgesmeerd.

**Oplossing van Oefening 11.8.**

Gestapelde [basen](#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) schermen elkaar af en nemen minder op; de strengen scheiden stelt elke [base](#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) aan het licht bloot en de absorptie stijgt met $40\,\%$. Een zuiver [DNA](#def-b1-nucleic-acids-chain) smelt coöperatief binnen enkele graden van zijn ene $T_m$; een mengsel bevat DNA-moleculen met vele $G + C$-gehalten, elk met een eigen $T_m$, zodat de som van hun curves over tientallen graden is uitgesmeerd.

**Oefening 11.9 ★★.**

Een probe van twintig [nucleotiden](#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) heeft met haar exacte complement $T_m = 62\,{}^{\circ}\mathrm{C}$; één mismatch verlaagt $T_m$ met ongeveer $5\,{}^{\circ}\mathrm{C}$. Bij welke temperatuur moet de [hybridisatie](#def-b1-nucleic-acids-melting) plaatsvinden om de exacte sequentie op te sporen en enkele mismatches te verwerpen? Wat gebeurt er bij $45\,{}^{\circ}\mathrm{C}$?

**Oplossing van Oefening 11.9.**

Net onder $62\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ en boven $57\,{}^{\circ}\mathrm{C}$, zeg $60\,{}^{\circ}\mathrm{C}$: de perfecte hybride houdt stand, de mismatchende smelt. Bij $45\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ zijn hybriden met tot drie mismatches stabiel en licht de probe ook verwante sequenties op.

**Oefening 11.10 ★★★.**

De [regels van Chargaff](#prop-b1-nucleic-acids-chargaff) gelden voor dubbelstrengs [DNA](#def-b1-nucleic-acids-chain) maar niet voor [RNA](#def-b1-nucleic-acids-chain) of voor het [DNA](#def-b1-nucleic-acids-chain) van bepaalde kleine virussen. Leg uit wat elke uitzondering over de bouw van die nucleïnezuren zegt.

**Oplossing van Oefening 11.10.**

De regels volgen uit de basenparing tussen twee complementaire strengen. [RNA](#def-b1-nucleic-acids-chain), enkelstrengs, heeft geen partner die haar samenstelling beperkt, zodat in het algemeen $A \neq U$; de kleine virussen in kwestie hebben enkelstrengige DNA-genomen, die de regels evenmin hoeven te volgen — en dat zij dat niet deden, was een van de eerste aanwijzingen dat zij enkelstrengs waren.

**Oefening 11.11 ★★★.**

Twee [waterstofbruggen](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/8-water-en-kleine-biomoleculen#def-b1-water-small-molecules-water) houden een A–T-paar bijeen, en toch is een helix van duizend A–T-paren stabiel bij $60\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ terwijl één enkel paar helemaal niet ontstaat. Verklaar dat met de ideeën van [Hoofdstuk 8](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/8-water-en-kleine-biomoleculen#ch-b1-water-small-molecules) (zwakke bindingen, coöperativiteit, [stapeling](#prop-b1-nucleic-acids-stability)), en zeg wat dat betekent voor de betrouwbaarheid van een probe.

**Oplossing van Oefening 11.11.**

Elk paar op zichzelf is enkele kilojoules per mol waard, minder dan de thermische beweging, en het vormt en breekt binnen microseconden. In een helix vormen de paren zich samen: elk paar stapelt op het vorige en de eerste paren zetten de rest in gang, zodat de energieën optellen en de kans dat zij alle tegelijk breken verwaarloosbaar is — coöperativiteit. De [stapeling](#prop-b1-nucleic-acids-stability) draagt evenveel bij als de [waterstofbruggen](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/8-water-en-kleine-biomoleculen#def-b1-water-small-molecules-water). Voor een probe betekent dat dat de stabiliteit met de lengte groeit en scherp daalt bij elke mismatch, die de coöperatieve reeks onderbreekt: specificiteit is een eigenschap van het hele stuk.

**Oefening 11.12 ★★★.**

“De structuur van [DNA](#def-b1-nucleic-acids-chain) is de verklaring van de erfelijkheid.” Bespreek dat in een alinea: wat de [dubbele helix](#thm-b1-nucleic-acids-helix) onmiddellijk verklaart (kopiëren, mutatie als een verandering van de sequentie), wat zij op zichzelf niet verklaart (hoe de sequentie een eiwit wordt), en waarom het model van Watson en Crick werd aanvaard voordat er enige biochemische toets van was.

**Oplossing van Oefening 11.12.**

De helix verklaart het kopiëren meteen: elke streng legt de andere vast, zodat het scheiden ervan en het paren van nieuwe [nucleotiden](#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) op elk twee identieke moleculen geeft; een mutatie is een verkeerde [base](#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) die in één kopie is vastgelegd en daarna trouw wordt meegekopieerd. Zij zegt op zichzelf niet hoe een reeks van vier [basen](#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) een eiwit vastlegt — daar was een decennium voor nodig (code, mRNA, tRNA, ribosoom). Het model werd aanvaard omdat het bij elke meting paste (Chargaff, de röntgenafmetingen, de dichtheid) zonder dat er iets overbleef, en omdat zijn verklaring van de erfelijkheid zo zuinig was dat het alternatief — toeval — onaannemelijk was; Meselson en Stahl bevestigden vervolgens het kopiëren dat het voorspelde.

## 11.7 Vraagstuk: het genoom van een virus

**Probleem 11.1.**

Weekendvraagstuk — het DNA van faag $\lambda$ gemeten, gewogen, geteld, gesmolten en in zijn capside gepakt, eindigend op zijn smelttemperatuur en zijn contourlengte

Het genoom van bacteriofaag $\lambda$ is één lineair dubbelstrengs [DNA](#def-b1-nucleic-acids-chain) van $48\,502$ [basenparen](#thm-b1-nucleic-acids-helix) met een $G + C$-gehalte van $49.9\,\%$. Het is gepakt in een icosaëdrische capside met een inwendige doorsnede van $55\,\mathrm{nm}$. Neem $0.34\,\mathrm{nm}$ per basenpaar, $2.0\,\mathrm{nm}$ voor de doorsnede van de helix, $650\,\mathrm{Da}$ per basenpaar, en $T_m = 81.5 + 16.6\log_{10}[\mathrm{Na^+}]
+ 0.41\,(\%\,G{+}C) - 500/L$ in graden Celsius, met $[\mathrm{Na^+}]$ in $\mathrm{mol}/\mathrm{L}$ en $L$ de lengte in [basenparen](#thm-b1-nucleic-acids-helix).

**Deel I — Gemeten en gewogen.**

1. Bereken de contourlengte van het molecuul in micrometers.
2. Bereken het aantal windingen van de helix.
3. Bereken de molaire massa ervan in dalton.
4. Bereken de massa van één molecuul in gram.
5. Bereken het aantal fosfaatgroepen en daarmee de netto lading van het molecuul.
6. Bereken het aantal [nucleotiden](#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) van elke [base](#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) (A, T, G, C).
7. Bereken het totale aantal [waterstofbruggen](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/8-water-en-kleine-biomoleculen#def-b1-water-small-molecules-water) dat de twee strengen bijeenhoudt.

**Deel II — Gesmolten.**

8. Bereken $T_m$ in $0.1\,\mathrm{mol}/\mathrm{L}$ natrium.
9. Bereken $T_m$ in $0.01\,\mathrm{mol}/\mathrm{L}$ natrium, en leg uit waarom zout de helix stabiliseert.
10. Het genoom van $\lambda$ bevat een gebied van $1000\,$ paren met $35\,\%$ $G + C$ en een met $62\,\%$ . Bereken de $T_m$ van elk gebied in $0.1\,\mathrm{mol}/\mathrm{L}$ natrium en beschrijf de vorm van de smeltcurve van het hele molecuul.
11. Een oplossing van $\lambda$ -DNA heeft vóór het smelten $A_{260} = 0.50$ . Wat is haar concentratie, en wat zal $A_{260}$ na volledig smelten zijn?
12. Hoeveel $\lambda$ -moleculen zitten er in $1\,\mathrm{mL}$ van die oplossing?
13. De twee uiteinden van het genoom van $\lambda$ zijn enkelstrengige overhangen van 12 [nucleotiden](#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) die complementair aan elkaar zijn en waarmee het molecuul zich in de gastheer tot een cirkel sluit. Bereken hun $T_m$ (gebruik $L = 12$ ) en zeg waarom de cirkel bij $37\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ in de [cel](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/5-de-cel-eenheid-van-het-leven#def-b1-cell-unit-of-life-cell) toch standhoudt.

**Deel III — Gepakt.**

14. Bereken het volume van het [DNA](#def-b1-nucleic-acids-chain) als een cilinder.
15. Bereken het inwendige volume van de capside.
16. Welk deel van de capside vult het [DNA](#def-b1-nucleic-acids-chain) ? Vergelijk dat met de dichtste pakking van evenwijdige cilinders ( $91\,\%$ ).
17. Het [DNA](#def-b1-nucleic-acids-chain) draagt $97\,000$ negatieve ladingen in een bol van $55\,\mathrm{nm}$ . Leg uit wat het [DNA](#def-b1-nucleic-acids-chain) de capside in moet vergezellen, en waarom het gepakte [DNA](#def-b1-nucleic-acids-chain) een druk op de schil uitoefent (tientallen atmosferen) die helpt het in een bacterie te spuiten.
18. Het molecuul moet tot lussen worden gebogen met een straal die vergelijkbaar is met die van de capside. [DNA](#def-b1-nucleic-acids-chain) verzet zich tegen buiging onder een straal van ongeveer $50\,\mathrm{nm}$ . Becommentarieer dat.

**Deel IV — Gelezen.**

19. Eén streng van het genoom begint met $5'$ -GGGCGGCGACCT- $3'$ . Schrijf de complementaire streng $5' \to 3'$ .
20. Als een gen van $1200$ [basenparen](#thm-b1-nucleic-acids-helix) tot een mRNA wordt overgeschreven, hoe lang is dat mRNA dan in [nucleotiden](#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) en, bij $330\,\mathrm{Da}$ per [nucleotide](#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) , hoe groot is zijn massa?
21. Het genoom heeft $75\,$ genen in $48\,502$ paren. Welk deel van het genoom codeert, als het gemiddelde gen $600$ paren telt? Vergelijk dat met een menselijk genoom ( $1.5\,\%$ ).
22. Het genoom wordt in $20\,\mathrm{min}$ bij $37\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ door de enzymen van de gastheer gerepliceerd. Bereken de snelheid in [basenparen](#thm-b1-nucleic-acids-helix) per seconde als de replicatie bij één oorsprong begint en in beide richtingen verloopt.
23. Hoeveel [waterstofbruggen](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/8-water-en-kleine-biomoleculen#def-b1-water-small-molecules-water) worden er tijdens de replicatie per seconde bij de twee vorken verbroken (gebruik het gemiddelde per paar uit vraag 7)?
24. Een mutatie verandert één G–C-paar in A–T. Met hoeveel verandert de $T_m$ van het hele molecuul? Zou smelten dat kunnen opsporen?
25. Geef het resultaat: de [smelttemperatuur](#def-b1-nucleic-acids-melting) van $\lambda$ -DNA in $0.1\,\mathrm{mol}/\mathrm{L}$ natrium en zijn contourlengte, en de samenpakking die het in de capside laat passen.

**Oplossing van Probleem 11.1.**

**1.** $48\,502\times 0.34 = 16\,490\,\mathrm{nm} = 16.5\,\text{µ}\mathrm{m}$. **2.** $48\,502/10 = 4850$ windingen. **3.** $48\,502\times 650 = 3.15 \times 10^{7}\,\mathrm{Da}$. **4.** $3.15 \times 10^{7}\times 1.66\times 10^{-24} = 5.2 \times 10^{-17}\,\mathrm{g}$. **5.** Twee per paar: $97\,004$ fosfaten, netto lading $-97\,004\,e$. **6.** $G + C = 0.499\times97\,004 = 48\,405$: $G = C =
24\,203$; $A = T = 24\,299$. **7.** $3\times24\,203 + 2\times24\,299 = 121\,207$. **8.** $81.5 + 16.6\times(-1) + 0.41\times 49.9 - 500/48502 =
81.5 - 16.6 + 20.5 - 0.01 = 85.4\,{}^{\circ}\mathrm{C}$. **9.** $81.5 - 33.2 + 20.5 = 68.8\,{}^{\circ}\mathrm{C}$. Kationen schermen de afstoting tussen de twee negatief geladen ruggengraten af; bij minder zout stoten de strengen elkaar sterker af en scheiden zij bij een lagere temperatuur. **10.** $35\,\%$: $81.5 - 16.6 + 14.4 - 0.5 =
78.8\,{}^{\circ}\mathrm{C}$; $62\,\%$: $81.5 - 16.6 + 25.4 - 0.5 =
89.8\,{}^{\circ}\mathrm{C}$. Het hele molecuul smelt in stappen: de gebieden die rijk zijn aan A–T gaan het eerst open, die met veel G–C het laatst, zodat de curve een brede stijging met schouders is en geen enkele scherpe stap. **11.** $0.50\times 50 = 25\,\text{µ}\mathrm{g}/\mathrm{mL}$; na het smelten is $A_{260} = 0.70$. **12.** $25\times 10^{-6}/5.2\times 10^{-17} = 4.8 \times 10^{11}$ moleculen. **13.** $81.5 - 16.6 + 0.41\times 50 - 500/12 = 81.5 - 16.6 + 20.5
- 41.7 = 43.7\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ (de formule is ruw voor zulke korte stukken). Bij $37\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ paren de uiteinden wel, maar zij zouden af en toe openen; in de [cel](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/5-de-cel-eenheid-van-het-leven#def-b1-cell-unit-of-life-cell) sluit een enzym (ligase) de twee inkepingen covalent, en hangt de cirkel niet langer van de twaalf paren af. **14.** $\pi\times(1.0)^2\times16\,490 = 5.2 \times 10^{4}\,\mathrm{nm}^{3}$. **15.** $\frac{4}{3}\pi\times 27.5^3 = 8.7 \times 10^{4}\,\mathrm{nm}^{3}$. **16.** $60\,\%$: twee derde van de dichtst mogelijke pakking van cilinders — het [DNA](#def-b1-nucleic-acids-chain) is tot vrijwel kristallijne spiralen gewonden. **17.** Tegenionen (polyaminen, $\mathrm{Mg^{2+}}$) moeten het grootste deel van de lading neutraliseren, anders zou de afstoting niet te overwinnen zijn; de resterende afstoting en de buigenergie die in de strakke spiralen is opgeslagen duwen naar buiten tegen de schil, en wanneer de staart opengaat drijft die druk het eerste stuk van het genoom de bacterie in. **18.** De lussen in een capside van $55\,\mathrm{nm}$ hebben stralen van $10\text{ to }25\,\mathrm{nm}$, onder de $50\,\mathrm{nm}$ waarbij [DNA](#def-b1-nucleic-acids-chain) vrij buigt: het buigen kost energie, betaald door de verpakkingsmotor ([ATP](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/8-water-en-kleine-biomoleculen#def-b1-water-small-molecules-atp)) en opgeslagen als de druk uit vraag 17. **19.** $5'$-AGGTCGCCGCCC-$3'$. **20.** $1200$ [nucleotiden](#def-b1-nucleic-acids-nucleotide); $1200\times 330 = 4.0 \times 10^{5}\,\mathrm{Da}$. **21.** $75\times 600 = 45\,000$ paren, $93\,\%$ coderend — een compact genoom; het menselijk genoom is zestig keer minder dicht bezet met genen. **22.** Twee vorken, die elk $24\,251$ paren in $1200\,\mathrm{s}$ kopiëren: $20\,$ paren per seconde per vork (het polymerase van de gastheer kan er $1000\,$; de tijd wordt door de hele cyclus bepaald en niet door het polymerase). **23.** $121\,207/48\,502 = 2.5$ bruggen per paar; twee vorken bij 20 paren per seconde: 100 [waterstofbruggen](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/8-water-en-kleine-biomoleculen#def-b1-water-small-molecules-water) per seconde — en evenveel die erachter weer worden gevormd. **24.** Eén paar op $48\,502$ verandert $G + C$ met $0.002\,\%$ en $T_m$ met $0.001\,{}^{\circ}\mathrm{C}$: niet op te sporen door het hele molecuul te smelten; alleen een korte probe over de plek heen zou het laten zien. **25.** $T_m = 85\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ in $0.1\,\mathrm{mol}/\mathrm{L}$ natrium; contourlengte $16.5\,\text{µ}\mathrm{m}$, driehonderd keer de doorsnede van de capside, waarin het voor $60\,\%$ van het volume is gepakt.