---
title: "DNA-replicatie en mitose"
book: "Universitaire biologie — jaar 1"
subject: biology
language: nl
chapter: 18
exercises: 12
source: https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/18-dna-replicatie-en-mitose
---

# Hoofdstuk 18 — DNA-replicatie en mitose

Ongeveer elke acht uur kopieert 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 de darmbekleding zes miljard [basenparen](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/11-nucleotiden-en-nucleinezuren#thm-b1-nucleic-acids-helix) met ongeveer één fout per miljard, en verdeelt zij de twee kopieën daarna over twee dochtercellen zodat elk precies zesenveertig [chromosomen](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/17-genomen-van-cellen-en-virussen#def-b1-genomes-genome) krijgt — niet vijfenveertig, niet zevenenveertig. Het kopiëren wordt gedaan door een machine die de ene streng leest en haar complement bouwt met vijftig letters per seconde, vanuit tienduizenden startpunten tegelijk; het sorteren door een [spoelfiguur](#def-b1-replication-mitosis-mitosis) van [microtubuli](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/6-functionele-organisatie-van-de-eukaryote-cel#def-b1-eukaryotic-cell-cytoskeleton) die de twee kopieën van elk [chromosoom](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/17-genomen-van-cellen-en-virussen#def-b1-genomes-genome) uit elkaar trekt met een nauwkeurigheid van één fout per honderdduizend delingen. Dit hoofdstuk beschrijft de [replicatievork](#def-b1-replication-mitosis-fork) en haar [enzymen](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/13-enzymen-en-biochemische-katalyse#def-b1-enzymes-enzyme), het probleem van de uiteinden, de [celcyclus](#def-b1-replication-mitosis-cycle) die de replicatie en de deling regelt, en de [mitose](#def-b1-replication-mitosis-mitosis), de deling zelf.

## 18.1 Semiconservatieve replicatie

**Propositie 18.1 (Elke streng is een matrijs).**

[DNA](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/11-nucleotiden-en-nucleinezuren#def-b1-nucleic-acids-chain) wordt *semiconservatief* gerepliceerd: de twee strengen van de helix gaan uit elkaar, en elk dient als matrijs waarop een nieuwe complementaire streng wordt gebouwd, zodat elk dochtermolecuul één oude streng gepaard met één nieuwe is.

**Bewijsmateriaal.** Meselson en Stahl (1958; bekend uit het deel over de bovenbouw) kweekten *E. coli* op zware stikstof, brachten haar over op lichte stikstof, en scheidden het [DNA](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/11-nucleotiden-en-nucleinezuren#def-b1-nucleic-acids-chain) op dichtheid: na één generatie had al het [DNA](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/11-nucleotiden-en-nucleinezuren#def-b1-nucleic-acids-chain) een tussenliggende dichtheid, na twee de helft tussenliggend en de helft licht — precies de voorspelling van één oude en één nieuwe streng per molecuul, en van geen enkel ander schema. Cairns (1963) merkte replicerende bacteriechromosomen met tritium en fotografeerde ze met autoradiografie: ringen met een replicerende “bel” waarvan de twee vorken vanuit één oorsprong in tegengestelde richting bewogen. Kornberg (1956) zuiverde een [enzym](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/13-enzymen-en-biochemische-katalyse#def-b1-enzymes-enzyme) dat in de reageerbuis [DNA](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/11-nucleotiden-en-nucleinezuren#def-b1-nucleic-acids-chain) maakte uit de vier nucleosidetrifosfaten en een matrijs, in de volgorde van die matrijs. ∎

**Definitie 18.2 (De replicatievork en haar enzymen).**

De replicatie begint bij een *oorsprong* — één op het bacteriechromosoom, tienduizenden op een eukaryoot [genoom](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/17-genomen-van-cellen-en-virussen#def-b1-genomes-genome) — waar de helix wordt geopend en twee *replicatievorken* in tegengestelde richting weglopen. Bij elke vork ontwindt een *helicase* de helix (één [ATP](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/8-water-en-kleine-biomoleculen#def-b1-water-small-molecules-atp) per basenpaar), houden *enkelstrengbindende [eiwitten](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/12-aminozuren-en-eiwitten#def-b1-proteins-peptide)* de gescheiden strengen uit elkaar, en heft een *topo-isomerase* vóór de vork de torsie op die het ontwinden opbouwt. Het *DNA-polymerase* voegt [nucleotiden](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/11-nucleotiden-en-nucleinezuren#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) alleen aan de $3'$-hydroxylgroep van een bestaande keten toe, zodat elke nieuwe streng $5' \to 3'$ groeit en geen enkele uit het niets kan beginnen: een *primase* legt eerst een korte RNA-*primer* neer die het polymerase verlengt. Op de matrijs die $3' \to 5'$ wordt gelezen groeit de nieuwe streng ononderbroken naar de vork toe: de *leidende streng*. Op de andere matrijs moet de nieuwe streng van de vork af groeien, in stukken van $1000\text{ to }2000\,$ [nucleotiden](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/11-nucleotiden-en-nucleinezuren#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) bij bacteriën en $100\text{ to }200\,$ bij eukaryoten, de *okazakifragmenten*, elk met een eigen primer: de *volgende streng*. Een tweede polymerase vervangt de primers door [DNA](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/11-nucleotiden-en-nucleinezuren#def-b1-nucleic-acids-chain) en een *ligase* verbindt de fragmenten tot één streng.

![Een replicatievork. Het helicase opent de ouderlijke dubbelstreng; de leidende streng wordt ononderbroken naar de vork toe gekopieerd, de volgende streng achterwaarts in okazakifragmenten, omdat polymerasen alleen in de richting 5' 3' bouwen.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/biology-3/b1-replication-mitosis/fig-661e63121d3d.svg)

*Een [replicatievork](#def-b1-replication-mitosis-fork). Het helicase opent de ouderlijke dubbelstreng; de leidende streng wordt ononderbroken naar de vork toe gekopieerd, de volgende streng achterwaarts in [okazakifragmenten](#def-b1-replication-mitosis-fork), omdat polymerasen alleen in de richting $5' \to 3'$ bouwen.*

**Propositie 18.3 (Trouw).**

Basenparing alleen zou ongeveer één fout op $10^5$ geven; het polymerase *leest proef* — een exonucleaseactiviteit in de richting $3' \to 5'$ verwijdert een verkeerd gepaarde [nucleotide](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/11-nucleotiden-en-nucleinezuren#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) voordat de volgende wordt toegevoegd — wat de fout op één op $10^7$ brengt; en nadat de vork is gepasseerd vindt een systeem voor *mismatchherstel* de overgebleven verkeerde paren, herkent het de nieuwe streng en verbetert het die: één fout op $10^9$ tot $10^{10}$ [basenparen](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/11-nucleotiden-en-nucleinezuren#thm-b1-nucleic-acids-helix) per replicatie. Een menselijke [cel](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/5-de-cel-eenheid-van-het-leven#def-b1-cell-unit-of-life-cell) die $6.4 \times 10^{9}$ paren kopieert maakt bij elke deling een handvol mutaties; een bacterie één per duizend delingen.

**Voorbeeld 18.4 (Snelheid en startpunten).**

Een bacteriële vork beweegt met $1000\,$ [basenparen](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/11-nucleotiden-en-nucleinezuren#thm-b1-nucleic-acids-helix) per seconde: twee vorken kopiëren de $4.6\,\mathrm{Mb}$ van *E. coli* in $40\,\mathrm{min}$, en in een rijk medium, waar 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) elke twintig minuten deelt, begint er een nieuwe ronde voordat de vorige klaar is. Een eukaryote vork, door het chromatine vertraagd, beweegt met $50\,$ per seconde: een menselijk [chromosoom](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/17-genomen-van-cellen-en-virussen#def-b1-genomes-genome) van $250\,\mathrm{Mb}$ vanuit één oorsprong kopiëren zou een maand kosten, en daarom wordt het [genoom](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/17-genomen-van-cellen-en-virussen#def-b1-genomes-genome) vanuit zo’n $40\,000$ oorsprongen in acht uur gekopieerd, in een volgorde die per celtype vastligt.

## 18.2 De uiteinden

**Propositie 18.5 (Het eindreplicatieprobleem en het telomerase).**

Op een lineair [chromosoom](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/17-genomen-van-cellen-en-virussen#def-b1-genomes-genome) kan de volgende streng niet tot het uiterste einde worden afgemaakt: wanneer de laatste primer wordt verwijderd is er geen $3'$-hydroxylgroep stroomopwaarts van waaruit de opening kan worden gevuld, en elke replicatie zou het [chromosoom](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/17-genomen-van-cellen-en-virussen#def-b1-genomes-genome) met $50\text{ to }100\,$ [nucleotiden](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/11-nucleotiden-en-nucleinezuren#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) verkorten. Eukaryoten sluiten hun [chromosomen](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/17-genomen-van-cellen-en-virussen#def-b1-genomes-genome) af met *telomeren*, duizenden kopieën van een korte herhaling (TTAGGG bij gewervelden) die geen [genen](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/17-genomen-van-cellen-en-virussen#def-b1-genomes-gene) dragen, en geslachtscellen en stamcellen bezitten *telomerase*, een [enzym](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/13-enzymen-en-biochemische-katalyse#def-b1-enzymes-enzyme) met een eigen RNA-matrijs dat herhalingen aan het $3'$-uiteinde toevoegt en zo herstelt wat de replicatie verliest. De meeste lichaamscellen missen het: hun telomeren worden bij elke deling korter, en na zo’n vijftig delingen in kweek houden zij op met delen. Bacteriën, met ringvormige [chromosomen](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/17-genomen-van-cellen-en-virussen#def-b1-genomes-genome), hebben geen uiteinden.

![Het eindreplicatieprobleem (boven) en de oplossing ervan (onder). De volgende streng blijft aan het uiteinde van het chromosoom te kort; het telomerase voegt herhalingen aan het 3'-uiteinde van de matrijs toe, zodat het verlies valt op sequentie die geen genen draagt.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/biology-3/b1-replication-mitosis/fig-6134b316aeb1.svg)

*Het eindreplicatieprobleem (boven) en de oplossing ervan (onder). De volgende streng blijft aan het uiteinde van het [chromosoom](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/17-genomen-van-cellen-en-virussen#def-b1-genomes-genome) te kort; het telomerase voegt herhalingen aan het $3'$-uiteinde van de matrijs toe, zodat het verlies valt op sequentie die geen [genen](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/17-genomen-van-cellen-en-virussen#def-b1-genomes-gene) draagt.*

## 18.3 De celcyclus

**Definitie 18.6 (De celcyclus).**

De *celcyclus* van een [eukaryote cel](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/5-de-cel-eenheid-van-het-leven#def-b1-cell-unit-of-life-prokeuk) heeft vier fasen. *G$_1$* (gap 1): 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) groeit en maakt de [enzymen](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/13-enzymen-en-biochemische-katalyse#def-b1-enzymes-enzyme) van de replicatie; *S* (synthese): zij repliceert haar [DNA](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/11-nucleotiden-en-nucleinezuren#def-b1-nucleic-acids-chain), zodat elk [chromosoom](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/17-genomen-van-cellen-en-virussen#def-b1-genomes-genome) twee identieke *zusterchromatiden* wordt die bij het [centromeer](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/17-genomen-van-cellen-en-virussen#def-b1-genomes-karyotype) verbonden zijn; *G$_2$*: zij groeit verder en controleert de kopieën; *M*: de *[mitose](#def-b1-replication-mitosis-mitosis)*, de deling van de celkern, gevolgd door de *cytokinese*, de deling van het [cytoplasma](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/5-de-cel-eenheid-van-het-leven#def-b1-cell-unit-of-life-cell). G$_1$, S en G$_2$ vormen samen de *interfase*, waarin de [chromosomen](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/17-genomen-van-cellen-en-virussen#def-b1-genomes-genome) uitgestrekt en actief zijn; 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) die ophoudt met delen verlaat de cyclus vanuit G$_1$ naar een rusttoestand, G$_0$. Een delende menselijke [cel](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/5-de-cel-eenheid-van-het-leven#def-b1-cell-unit-of-life-cell) doet er ongeveer $24\,\mathrm{h}$ over: G$_1$ $10\,\mathrm{h}$, S $8\,\mathrm{h}$, G$_2$ $4\,\mathrm{h}$, M $1\,\mathrm{h}$; een gist $90\,\mathrm{min}$; een vroeg kikkerembryo dertig minuten, geheel zonder gaps.

![Het DNA-gehalte van een celkern door één celcyclus van 24\, h heen. Het verdubbelt tijdens de S-fase, van q (2n chromosomen van één chromatide) naar 2q (2n chromosomen van twee chromatiden), en keert aan het eind van de mitose in elke dochtercel terug naar q; het aantal chromosomen verandert nooit.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/biology-3/b1-replication-mitosis/fig-52e505c16d09.svg)

*Het DNA-gehalte van een celkern door één [celcyclus](#def-b1-replication-mitosis-cycle) van $24\,\mathrm{h}$ heen. Het verdubbelt tijdens de S-fase, van $q$ (2n [chromosomen](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/17-genomen-van-cellen-en-virussen#def-b1-genomes-genome) van één [chromatide](#def-b1-replication-mitosis-mitosis)) naar $2q$ (2n [chromosomen](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/17-genomen-van-cellen-en-virussen#def-b1-genomes-genome) van twee [chromatiden](#def-b1-replication-mitosis-mitosis)), en keert aan het eind van de [mitose](#def-b1-replication-mitosis-mitosis) in elke dochtercel terug naar $q$; het aantal [chromosomen](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/17-genomen-van-cellen-en-virussen#def-b1-genomes-genome) verandert nooit.*

**Propositie 18.7 (Controlepunten).**

De cyclus wordt vooruit gedreven door een familie eiwitkinasen, die op hun beurt worden geactiveerd door [eiwitten](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/12-aminozuren-en-eiwitten#def-b1-proteins-peptide) die *cyclinen* heten en waarvan het gehalte door de cyclus heen stijgt en daalt, en zij wordt bij *[controlepunten](#prop-b1-replication-mitosis-checkpoints)* opgehouden tot aan de voorwaarden is voldaan: aan het eind van G$_1$ legt 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) zich pas op de replicatie vast als zij groot genoeg is, gevoed is en het signaal om te delen heeft gekregen, en als haar [DNA](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/11-nucleotiden-en-nucleinezuren#def-b1-nucleic-acids-chain) onbeschadigd is; aan het eind van G$_2$ gaat zij de [mitose](#def-b1-replication-mitosis-mitosis) pas in wanneer de replicatie voltooid is; in de [mitose](#def-b1-replication-mitosis-mitosis) scheiden de [chromatiden](#def-b1-replication-mitosis-mitosis) pas wanneer elk [chromosoom](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/17-genomen-van-cellen-en-virussen#def-b1-genomes-genome) van beide kanten aan de [spoelfiguur](#def-b1-replication-mitosis-mitosis) vastzit. Schade legt de cyclus stil en zet, als zij niet kan worden hersteld, de dood 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) in gang. De moleculaire machinerie van deze regeling hoort bij het deel van jaar 3; haar falen is kanker.

## 18.4 Mitose

**Definitie 18.8 (Mitose).**

De *mitose* verdeelt de gerepliceerde [chromosomen](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/17-genomen-van-cellen-en-virussen#def-b1-genomes-genome) zo dat elke dochterkern van elk [chromosoom](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/17-genomen-van-cellen-en-virussen#def-b1-genomes-genome) één chromatide ontvangt — hetzelfde aantal en dezelfde [genen](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/17-genomen-van-cellen-en-virussen#def-b1-genomes-gene) als de moedercel. Haar stadia:

- *profase* : de [chromosomen](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/17-genomen-van-cellen-en-virussen#def-b1-genomes-genome) condenseren tot zichtbare staafjes, elk van twee zusterchromatiden die over hun hele lengte door [cohesine-eiwitten](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/12-aminozuren-en-eiwitten#def-b1-proteins-peptide) bijeen worden gehouden; de twee *centrosomen* gaan uit elkaar en de *mitotische spoelfiguur* van [microtubuli](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/6-functionele-organisatie-van-de-eukaryote-cel#def-b1-eukaryotic-cell-cytoskeleton) groeit ertussen;
- *prometafase* : de [kernenvelop](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/6-functionele-organisatie-van-de-eukaryote-cel#def-b1-eukaryotic-cell-nucleus) valt uiteen; [microtubuli](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/6-functionele-organisatie-van-de-eukaryote-cel#def-b1-eukaryotic-cell-cytoskeleton) van de spoelfiguur hechten vanuit tegenovergestelde polen aan het *kinetochoor* van elke chromatide, een eiwitstructuur bij het [centromeer](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/17-genomen-van-cellen-en-virussen#def-b1-genomes-karyotype) ;
- *metafase* : de [chromosomen](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/17-genomen-van-cellen-en-virussen#def-b1-genomes-genome) liggen op de evenaar van de spoelfiguur, elk onder spanning vanuit beide polen;
- *anafase* : het cohesine wordt geknipt, de zusterchromatiden gaan uiteen en worden naar tegenovergestelde polen getrokken doordat de [microtubuli](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/6-functionele-organisatie-van-de-eukaryote-cel#def-b1-eukaryotic-cell-cytoskeleton) korter worden (anafase A) en de polen uit elkaar gaan (anafase B);
- *telofase* : de [chromosomen](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/17-genomen-van-cellen-en-virussen#def-b1-genomes-genome) ontrollen zich, en er vormt zich rond elke set weer een [kernenvelop](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/6-functionele-organisatie-van-de-eukaryote-cel#def-b1-eukaryotic-cell-nucleus) .

De *cytokinese* verdeelt daarna het [cytoplasma](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/5-de-cel-eenheid-van-het-leven#def-b1-cell-unit-of-life-cell): bij dierlijke [cellen](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/5-de-cel-eenheid-van-het-leven#def-b1-cell-unit-of-life-cell) snoert een *contractiele ring* van actine en myosine 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 tweeën; bij plantencellen versmelten blaasjes van het [golgi-apparaat](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/6-functionele-organisatie-van-de-eukaryote-cel#def-b1-eukaryotic-cell-endomembrane) op de evenaar tot een *celplaat* die naar buiten toe uitgroeit tot een nieuwe wand.

![Cellen uit een uienworteltop in de interfase, de profase, de metafase, de anafase, de telofase, en na de cytokinese met de nieuwe wand er dwars doorheen. De chromosomen zijn alleen zichtbaar zolang zij gecondenseerd zijn, van de profase tot de telofase.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/biology-3/b1-replication-mitosis/img-3fba7d211d74.jpg)

*[Cellen](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/5-de-cel-eenheid-van-het-leven#def-b1-cell-unit-of-life-cell) uit een uienworteltop in de [interfase](#def-b1-replication-mitosis-cycle), de profase, de metafase, de anafase, de telofase, en na de cytokinese met de nieuwe wand er dwars doorheen. De [chromosomen](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/17-genomen-van-cellen-en-virussen#def-b1-genomes-genome) zijn alleen zichtbaar zolang zij gecondenseerd zijn, van de profase tot de telofase.*

![Vier stadia van de mitose in een dierlijke cel. Profase: de chromosomen condenseren terwijl de spoelfiguur zich vanuit de twee centrosomen vormt. Metafase: elk chromosoom ligt op de evenaar, vanuit beide polen vastgehecht. Anafase: de zusterchromatiden worden uit elkaar getrokken. Telofase: er vormen zich twee celkernen en de insnoering deelt de cel.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/biology-3/b1-replication-mitosis/fig-54b08810dad4.svg)

*Vier stadia van de [mitose](#def-b1-replication-mitosis-mitosis) in een dierlijke [cel](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/5-de-cel-eenheid-van-het-leven#def-b1-cell-unit-of-life-cell). Profase: de [chromosomen](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/17-genomen-van-cellen-en-virussen#def-b1-genomes-genome) condenseren terwijl de [spoelfiguur](#def-b1-replication-mitosis-mitosis) zich vanuit de twee centrosomen vormt. Metafase: elk [chromosoom](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/17-genomen-van-cellen-en-virussen#def-b1-genomes-genome) ligt op de evenaar, vanuit beide polen vastgehecht. Anafase: de zusterchromatiden worden uit elkaar getrokken. Telofase: er vormen zich twee celkernen en de insnoering deelt 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).*

![Een gekweekte cel in de metafase, met haar microtubuli groen gemerkt en haar chromosomen blauw: de spoelfiguur overspant de cel van pool tot pool en de chromosomen vormen een plaat over haar evenaar.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/biology-3/b1-replication-mitosis/img-921338e6f76f.jpg)

*Een gekweekte [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 de metafase, met haar [microtubuli](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/6-functionele-organisatie-van-de-eukaryote-cel#def-b1-eukaryotic-cell-cytoskeleton) groen gemerkt en haar [chromosomen](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/17-genomen-van-cellen-en-virussen#def-b1-genomes-genome) blauw: de [spoelfiguur](#def-b1-replication-mitosis-mitosis) overspant 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) van pool tot pool en de [chromosomen](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/17-genomen-van-cellen-en-virussen#def-b1-genomes-genome) vormen een plaat over haar evenaar.*

**Propositie 18.9 (Wat de mitose behoudt).**

De [mitose](#def-b1-replication-mitosis-mitosis) is een deling die het aantal [chromosomen](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/17-genomen-van-cellen-en-virussen#def-b1-genomes-genome) behoudt: 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) met 2n [chromosomen](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/17-genomen-van-cellen-en-virussen#def-b1-genomes-genome) (46 bij een mens) geeft twee [cellen](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/5-de-cel-eenheid-van-het-leven#def-b1-cell-unit-of-life-cell) met 2n. Het DNA-gehalte gaat van $2q$ (na de replicatie) naar $q$ in elke dochtercel; het aantal [chromosomen](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/17-genomen-van-cellen-en-virussen#def-b1-genomes-genome) verandert nooit, omdat een [chromosoom](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/17-genomen-van-cellen-en-virussen#def-b1-genomes-genome) aan zijn [centromeer](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/17-genomen-van-cellen-en-virussen#def-b1-genomes-karyotype) wordt geteld, en elke [chromatide](#def-b1-replication-mitosis-mitosis), eenmaal gescheiden, een [chromosoom](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/17-genomen-van-cellen-en-virussen#def-b1-genomes-genome) is. Elke [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 een lichaam is daardoor genetisch gelijk aan de eicel waarvan zij afstamt, op de mutaties na die het kopiëren heeft aangebracht. De deling die het aantal [chromosomen](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/17-genomen-van-cellen-en-virussen#def-b1-genomes-genome) halveert, de meiose, hoort bij het deel van jaar 2.

**Methode 18.10 (Een celcyclusproef lezen).**

1. Meet het [DNA](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/11-nucleotiden-en-nucleinezuren#def-b1-nucleic-acids-chain) per [cel](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/5-de-cel-eenheid-van-het-leven#def-b1-cell-unit-of-life-cell) (een kleurstof waarvan de fluorescentie evenredig is met het [DNA](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/11-nucleotiden-en-nucleinezuren#def-b1-nucleic-acids-chain) , [cel](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/5-de-cel-eenheid-van-het-leven#def-b1-cell-unit-of-life-cell) voor [cel](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/5-de-cel-eenheid-van-het-leven#def-b1-cell-unit-of-life-cell) ): [cellen](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/5-de-cel-eenheid-van-het-leven#def-b1-cell-unit-of-life-cell) op $q$ zitten in G $_1$ , op $2q$ in G $_2$ of M, ertussenin in S. De fracties geven de duur: het aandeel van een fase in de cyclus is haar aandeel in de [cellen](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/5-de-cel-eenheid-van-het-leven#def-b1-cell-unit-of-life-cell) .
2. Geef een puls gemerkte [nucleotide](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/11-nucleotiden-en-nucleinezuren#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) (broomdeoxyuridine): alleen [cellen](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/5-de-cel-eenheid-van-het-leven#def-b1-cell-unit-of-life-cell) in de S-fase nemen die op; de gemerkte fractie is de S-fractie, en het merk tot in de [mitose](#def-b1-replication-mitosis-mitosis) volgen geeft de lengte van G $_2$ .
3. Tel de mitosefiguren in een gekleurde coupe: de *mitotische index* , het deel van de [cellen](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/5-de-cel-eenheid-van-het-leven#def-b1-cell-unit-of-life-cell) in M, is het deel van de cyclus dat M inneemt — $4\,\%$ bij een cyclus van $24\,\mathrm{h}$ met een [mitose](#def-b1-replication-mitosis-mitosis) van één uur.
4. Blokkeer een stap (een middel dat [microtubuli](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/6-functionele-organisatie-van-de-eukaryote-cel#def-b1-eukaryotic-cell-cytoskeleton) afbreekt legt [cellen](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/5-de-cel-eenheid-van-het-leven#def-b1-cell-unit-of-life-cell) in de metafase stil; een middel dat de DNA-synthese blokkeert legt ze in S stil) en tel wat zich ophoopt.

**Voorbeeld 18.11 (Vernieuwing).**

Het [epitheel](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/4-bouwplannen-en-weefsels-van-dieren#def-b1-body-plans-tissues-epithelium) van de dunne darm wordt elke vier dagen vernieuwd, de huid elke maand, de rode [cellen](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/5-de-cel-eenheid-van-het-leven#def-b1-cell-unit-of-life-cell) elke vier maanden vanuit het beenmerg, dat er twee miljoen per seconde maakt; een levercel deelt ongeveer eens per jaar en een [neuron](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/4-bouwplannen-en-weefsels-van-dieren#def-b1-body-plans-tissues-nervous) nooit. De [cellen](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/5-de-cel-eenheid-van-het-leven#def-b1-cell-unit-of-life-cell) van een tumor hebben hun [controlepunten](#prop-b1-replication-mitosis-checkpoints) verloren: zij delen wanneer dat niet zou moeten, verdragen verkeerd verdeelde [chromosomen](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/17-genomen-van-cellen-en-virussen#def-b1-genomes-genome), en hopen de mutaties op die hen nog sneller laten delen. De chemotherapie buit dat verschil uit: middelen die de [spoelfiguur](#def-b1-replication-mitosis-mitosis) of het polymerase vergiftigen doden de [cellen](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/5-de-cel-eenheid-van-het-leven#def-b1-cell-unit-of-life-cell) die het meest delen.

## 18.5 Opgaven

**Oefening 18.1 ★.**

Leg uit waarom de ene streng bij een vork ononderbroken wordt gekopieerd en de andere in fragmenten.

**Oplossing van Oefening 18.1.**

Polymerasen voegen [nucleotiden](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/11-nucleotiden-en-nucleinezuren#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) alleen aan een $3'$-uiteinde toe, zodat nieuwe strengen $5' \to 3'$ groeien; de twee matrijzen zijn antiparallel, zodat bij een vork de ene nieuwe streng ononderbroken naar de vork toe kan groeien terwijl de andere er juist van weg moet groeien en telkens opnieuw in fragmenten begint naarmate er meer matrijs vrijkomt.

**Oefening 18.2 ★.**

Noem de [enzymen](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/13-enzymen-en-biochemische-katalyse#def-b1-enzymes-enzyme) en [eiwitten](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/12-aminozuren-en-eiwitten#def-b1-proteins-peptide) bij een [replicatievork](#def-b1-replication-mitosis-fork) en de taak van elk.

**Oplossing van Oefening 18.2.**

Helicase (ontwindt), enkelstrengbindende [eiwitten](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/12-aminozuren-en-eiwitten#def-b1-proteins-peptide) (houden de strengen uit elkaar), topo-isomerase (heft de torsie vooruit op), primase (RNA-primers), [DNA-polymerase](#def-b1-replication-mitosis-fork) (verlengt primers, leest proef), een tweede polymerase (vervangt de primers), ligase (verbindt de fragmenten).

**Oefening 18.3 ★.**

Lees uit de figuur van het DNA-gehalte het gehalte af in G$_1$, in G$_2$ en na de [mitose](#def-b1-replication-mitosis-mitosis), en het aantal [chromosomen](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/17-genomen-van-cellen-en-virussen#def-b1-genomes-genome) in elk geval.

**Oplossing van Oefening 18.3.**

G$_1$: $q$, 2n [chromosomen](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/17-genomen-van-cellen-en-virussen#def-b1-genomes-genome) van één [chromatide](#def-b1-replication-mitosis-mitosis). G$_2$: $2q$, 2n [chromosomen](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/17-genomen-van-cellen-en-virussen#def-b1-genomes-genome) van twee [chromatiden](#def-b1-replication-mitosis-mitosis). Na de [mitose](#def-b1-replication-mitosis-mitosis): $q$ per dochtercel, elk 2n [chromosomen](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/17-genomen-van-cellen-en-virussen#def-b1-genomes-genome).

**Oefening 18.4 ★.**

Zet de stadia van de [mitose](#def-b1-replication-mitosis-mitosis) op volgorde en geef van elk de bepalende gebeurtenis.

**Oplossing van Oefening 18.4.**

Profase (condensatie, de [spoelfiguur](#def-b1-replication-mitosis-mitosis) vormt zich), prometafase (de envelop valt uiteen, de kinetochoren hechten), metafase (uitlijning op de evenaar), anafase (de [chromatiden](#def-b1-replication-mitosis-mitosis) gaan uiteen), telofase (de enveloppen vormen zich opnieuw), daarna de cytokinese.

**Oefening 18.5 ★★.**

Bereken het aantal [okazakifragmenten](#def-b1-replication-mitosis-fork) dat er bij het kopiëren van het menselijk [genoom](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/17-genomen-van-cellen-en-virussen#def-b1-genomes-genome) wordt gemaakt ($6.4 \times 10^{9}$ paren, fragmenten van $150\,$), en het aantal primers, primerverwijderingen en ligaties dat dat betekent.

**Oplossing van Oefening 18.5.**

De helft van het [genoom](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/17-genomen-van-cellen-en-virussen#def-b1-genomes-genome) is synthese van de volgende streng: $6.4 \times 10^{9}/150 =
4.3 \times 10^{7}$ fragmenten; evenveel primers, verwijderingen en ligaties.

**Oefening 18.6 ★★.**

Bereken de foutfrequentie per menselijk [genoom](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/17-genomen-van-cellen-en-virussen#def-b1-genomes-genome) per replicatie voor een polymerase alleen ($10^{-5}$), met proeflezen ($10^{-7}$) en met mismatchherstel ($10^{-9}$). Hoeveel mutaties geeft elk per deling?

**Oplossing van Oefening 18.6.**

$6.4 \times 10^{9}\times 10^{-5} = 64\,000$; $\times 10^{-7}$: 640; $\times 10^{-9}$: ongeveer 6 mutaties per deling.

**Oefening 18.7 ★★.**

Een lichaamscel verliest per deling $80\,$ [nucleotiden](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/11-nucleotiden-en-nucleinezuren#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) [telomeer](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/17-genomen-van-cellen-en-virussen#def-b1-genomes-karyotype) en begint met $10\,\mathrm{kb}$; zij houdt bij $5\,\mathrm{kb}$ op met delen. Hoeveel delingen kan zij maken? Waarom heeft een kankercel telomerase nodig?

**Oplossing van Oefening 18.7.**

$5000/80 = 62$ delingen. Een tumor moet onbeperkt delen; zonder telomerase zouden zijn telomeren opraken en zouden zijn [cellen](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/5-de-cel-eenheid-van-het-leven#def-b1-cell-unit-of-life-cell) stilvallen of sterven, en daarom activeren vrijwel alle kankers het [enzym](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/13-enzymen-en-biochemische-katalyse#def-b1-enzymes-enzyme) opnieuw.

**Oefening 18.8 ★★.**

Een [weefsel](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/4-bouwplannen-en-weefsels-van-dieren#def-b1-body-plans-tissues-tissue) heeft $5\,\%$ van zijn [cellen](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/5-de-cel-eenheid-van-het-leven#def-b1-cell-unit-of-life-cell) in de [mitose](#def-b1-replication-mitosis-mitosis) en $30\,\%$ in de S-fase; de [mitose](#def-b1-replication-mitosis-mitosis) duurt één uur. Bereken de lengte van de cyclus en van de S-fase.

**Oplossing van Oefening 18.8.**

Cyclus $= 1\,\mathrm{h}/0.05 = 20\,\mathrm{h}$; S $= 0.30\times 20 =
6\,\mathrm{h}$.

**Oefening 18.9 ★★.**

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) heeft 2n $= 8$. Geef het aantal [chromosomen](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/17-genomen-van-cellen-en-virussen#def-b1-genomes-genome), het aantal [chromatiden](#def-b1-replication-mitosis-mitosis) en het DNA-gehalte (in $q$) in G$_1$, in G$_2$, in de metafase, en in elke dochtercel na de telofase.

**Oplossing van Oefening 18.9.**

G$_1$: 8 [chromosomen](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/17-genomen-van-cellen-en-virussen#def-b1-genomes-genome), 8 [chromatiden](#def-b1-replication-mitosis-mitosis), $q$. G$_2$: 8, 16, $2q$. Metafase: 8, 16, $2q$. Dochtercel: 8, 8, $q$.

**Oefening 18.10 ★★★.**

*E. coli* heeft $40\,\mathrm{min}$ nodig om haar [chromosoom](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/17-genomen-van-cellen-en-virussen#def-b1-genomes-genome) te repliceren maar deelt in een rijk medium elke $20\,\mathrm{min}$. Leg uit hoe, en bereken hoeveel oorsprongen en vorken 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) op het moment van de deling bevat.

**Oplossing van Oefening 18.10.**

Er beginnen elke $20\,\mathrm{min}$ nieuwe rondes bij de oorsprong voordat de vorige ronde is afgelopen: de replicatie overlapt, en een pasgeboren [cel](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/5-de-cel-eenheid-van-het-leven#def-b1-cell-unit-of-life-cell) heeft al gedeeltelijk gerepliceerd [DNA](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/11-nucleotiden-en-nucleinezuren#def-b1-nucleic-acids-chain). Bij de deling is het [chromosoom](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/17-genomen-van-cellen-en-virussen#def-b1-genomes-genome) dat zijn ronde afmaakt $40\,\mathrm{min}$ eerder begonnen, heeft een tweede ronde die $20\,\mathrm{min}$ eerder begon haar vorken halverwege, en begint een derde net: 4 oorsprongen en 6 vorken in de delende [cel](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/5-de-cel-eenheid-van-het-leven#def-b1-cell-unit-of-life-cell).

**Oefening 18.11 ★★★.**

Colchicine breekt [microtubuli](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/6-functionele-organisatie-van-de-eukaryote-cel#def-b1-eukaryotic-cell-cytoskeleton) af. Voorspel wat er met een delende [cel](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/5-de-cel-eenheid-van-het-leven#def-b1-cell-unit-of-life-cell) gebeurt die ermee wordt behandeld, wat er met haar aantal [chromosomen](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/17-genomen-van-cellen-en-virussen#def-b1-genomes-genome) gebeurt als zij daarna de [interfase](#def-b1-replication-mitosis-cycle) weer ingaat, en waarom het middel wordt gebruikt om [karyotypes](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/17-genomen-van-cellen-en-virussen#def-b1-genomes-karyotype) te maken.

**Oplossing van Oefening 18.11.**

Er vormt zich geen [spoelfiguur](#def-b1-replication-mitosis-mitosis): de [chromosomen](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/17-genomen-van-cellen-en-virussen#def-b1-genomes-genome) condenseren wel maar kunnen zich niet uitlijnen of scheiden, en 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) blijft bij het spoelfiguurcontrolepunt steken in een metafase-achtige toestand. Glijdt zij zonder te delen terug in de [interfase](#def-b1-replication-mitosis-cycle), dan heeft zij 4n [chromosomen](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/17-genomen-van-cellen-en-virussen#def-b1-genomes-genome) (tetraploïd). Stilgelegde [cellen](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/5-de-cel-eenheid-van-het-leven#def-b1-cell-unit-of-life-cell) met gecondenseerde, afzonderlijke [chromosomen](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/17-genomen-van-cellen-en-virussen#def-b1-genomes-genome) zijn precies wat een [karyotype](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/17-genomen-van-cellen-en-virussen#def-b1-genomes-karyotype) nodig heeft: het middel wordt gebruikt om ze op te hopen.

**Oefening 18.12 ★★★.**

“De [mitose](#def-b1-replication-mitosis-mitosis) is een kopiëren van het [genoom](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/17-genomen-van-cellen-en-virussen#def-b1-genomes-genome) gevolgd door een tellen.” Bespreek dat in een alinea: wat de replicatie waarborgt, wat de [spoelfiguur](#def-b1-replication-mitosis-mitosis) waarborgt, de [controlepunten](#prop-b1-replication-mitosis-checkpoints) ertussen, en wat er misgaat 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) die een [chromosoom](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/17-genomen-van-cellen-en-virussen#def-b1-genomes-genome) verkeerd verdeelt.

**Oplossing van Oefening 18.12.**

De replicatie waarborgt dat elk [chromosoom](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/17-genomen-van-cellen-en-virussen#def-b1-genomes-genome) twee identieke [chromatiden](#def-b1-replication-mitosis-mitosis) wordt, tot op één fout per miljard; de [spoelfiguur](#def-b1-replication-mitosis-mitosis) waarborgt dat elke dochtercel er van elk paar één ontvangt, door elk [chromosoom](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/17-genomen-van-cellen-en-virussen#def-b1-genomes-genome) vanuit beide polen vast te hechten en de anafase op te houden tot elk [chromosoom](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/17-genomen-van-cellen-en-virussen#def-b1-genomes-genome) onder spanning staat. Het [controlepunt](#prop-b1-replication-mitosis-checkpoints) aan het eind van G$_2$ zorgt dat het kopiëren klaar is voordat het tellen begint; het spoelfiguurcontrolepunt zorgt dat het tellen is opgezet voordat de scheiding komt. 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) die verkeerd verdeelt eindigt met één [chromosoom](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/17-genomen-van-cellen-en-virussen#def-b1-genomes-genome) te veel of te weinig (aneuploïdie): een tot op de letter juiste kopie, op het verkeerde adres bezorgd — wat de meeste van zulke [cellen](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/5-de-cel-eenheid-van-het-leven#def-b1-cell-unit-of-life-cell) doodt en de meeste kankers kenmerkt.

## 18.6 Vraagstuk: een menselijk genoom kopiëren

**Probleem 18.1.**

Weekendvraagstuk — een S-fase van acht uur: vorken geklokt, oorsprongen geteld, fragmenten en primers opgeteld, fouten berekend en een bacterie vergeleken, eindigend op het kleinste aantal oorsprongen

Een menselijke [cel](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/5-de-cel-eenheid-van-het-leven#def-b1-cell-unit-of-life-cell) repliceert $6.4 \times 10^{9}$ [basenparen](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/11-nucleotiden-en-nucleinezuren#thm-b1-nucleic-acids-helix) in een S-fase van $8\,\mathrm{h}$. Een eukaryote vork beweegt met $50\,\mathrm{bp}/\mathrm{s}$; een bacteriële vork met $1000\,\mathrm{bp}/\mathrm{s}$. [Okazakifragmenten](#def-b1-replication-mitosis-fork) zijn $150\,$ [nucleotiden](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/11-nucleotiden-en-nucleinezuren#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) lang bij eukaryoten en $1500\,$ bij bacteriën. Elke toegevoegde [nucleotide](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/11-nucleotiden-en-nucleinezuren#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) kost twee ATP-equivalenten (de trifosfaatvoorloper). Foutfrequenties per base: $10^{-5}$ voor het polymerase alleen, $10^{-7}$ met proeflezen, $10^{-9}$ met mismatchherstel.

**Deel I — Vorken en oorsprongen.**

1. Hoeveel [basenparen](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/11-nucleotiden-en-nucleinezuren#thm-b1-nucleic-acids-helix) kopieert één vork in $8\,\mathrm{h}$ ?
2. Een oorsprong stuurt twee vorken uit. Hoeveel [basenparen](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/11-nucleotiden-en-nucleinezuren#thm-b1-nucleic-acids-helix) kopieert één oorsprong in $8\,\mathrm{h}$ ?
3. Bereken het kleinste aantal oorsprongen dat nodig is om het [genoom](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/17-genomen-van-cellen-en-virussen#def-b1-genomes-genome) in $8\,\mathrm{h}$ te kopiëren als zij allemaal bij aanvang starten.
4. Bereken de gemiddelde afstand tussen die oorsprongen langs het [DNA](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/11-nucleotiden-en-nucleinezuren#def-b1-nucleic-acids-chain) , in kilobasen en in micrometers.
5. In werkelijkheid starten oorsprongen de hele S-fase door en worden er ongeveer $40\,000$ gebruikt. Bereken de gemiddelde afstand en de gemiddelde weg die één vork werkelijk aflegt.
6. Hoe lang zou het duren om het grootste [chromosoom](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/17-genomen-van-cellen-en-virussen#def-b1-genomes-genome) ( $250\,\mathrm{Mb}$ ) te kopiëren vanuit één oorsprong in het midden?
7. Leg uit waarom het aantal oorsprongen, en niet de vorksnelheid, is wat de evolutie heeft bijgesteld om de S-fase kort te maken.

**Deel II — Fragmenten en primers.**

8. Bereken het aantal [okazakifragmenten](#def-b1-replication-mitosis-fork) dat in één S-fase wordt gemaakt.
9. Bereken het aantal RNA-primers dat wordt neergelegd, met één per leidende streng per oorsprong meegerekend.
10. Bereken het aantal ligaties dat nodig is.
11. Bereken het totale aantal gepolymeriseerde [nucleotiden](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/11-nucleotiden-en-nucleinezuren#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) (beide strengen van het hele [genoom](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/17-genomen-van-cellen-en-virussen#def-b1-genomes-genome) ).
12. Bereken de ATP-equivalenten die aan het polymeriseren worden besteed, en de gemiddelde snelheid in [ATP](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/8-water-en-kleine-biomoleculen#def-b1-water-small-molecules-atp) per seconde over de S-fase.
13. Vergelijk dat met de ATP-omzet van een rustende [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 ongeveer $10^9$ per seconde: welk deel van de energie 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) gaat naar het polymeriseren?

**Deel III — Fouten.**

14. Bereken het aantal fouten per S-fase bij elk van de drie foutfrequenties.
15. De coderende sequentie van een [gen](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/17-genomen-van-cellen-en-virussen#def-b1-genomes-gene) is $1.5\,\mathrm{kb}$ . Hoe groot is met de volledige machinerie de kans dat een bepaald [gen](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/17-genomen-van-cellen-en-virussen#def-b1-genomes-gene) bij één deling een mutatie oploopt?
16. De [cellen](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/5-de-cel-eenheid-van-het-leven#def-b1-cell-unit-of-life-cell) van een persoon ondergaan in een leven zo’n $10^{16}$ delingen. Hoeveel mutaties in totaal, bij $10^{-9}$ ? Waarom verdraagt het lichaam dat?
17. Een mutatie schakelt het mismatchherstel uit. Met welke factor stijgt de mutatiesnelheid, en wat doet dat met het kankerrisico over een leven?

**Deel IV — De bacterie.** *E. coli*: $4.6\,\mathrm{Mb}$, één oorsprong, twee vorken.

18. Bereken de tijd om het [chromosoom](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/17-genomen-van-cellen-en-virussen#def-b1-genomes-genome) te repliceren.
19. In een rijk medium deelt 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) elke $20\,\mathrm{min}$ . Hoeveel replicatierondes lopen er tegelijk, en hoeveel oorsprongen draagt een pasgeboren [cel](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/5-de-cel-eenheid-van-het-leven#def-b1-cell-unit-of-life-cell) ?
20. Bereken het aantal [okazakifragmenten](#def-b1-replication-mitosis-fork) per ronde en per seconde.
21. Bereken de fouten per ronde bij $10^{-9}$ en het deel van de dochtercellen dat een nieuwe mutatie draagt.
22. Een kweek van $10^9$ [cellen](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/5-de-cel-eenheid-van-het-leven#def-b1-cell-unit-of-life-cell) per milliliter deelt eenmaal. Hoeveel nieuwe mutaties verschijnen er in een milliliter, en hoeveel daarvan treffen een bepaald [gen](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/17-genomen-van-cellen-en-virussen#def-b1-genomes-gene) van $1\,\mathrm{kb}$ ?
23. Leg uit waarom er in vrijwel elke grote kweek van een gevoelige stam resistentie tegen antibiotica te vinden is.
24. Vergelijk de twee [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) : [basenparen](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/11-nucleotiden-en-nucleinezuren#thm-b1-nucleic-acids-helix) , oorsprongen, vorksnelheid, duur van de S-fase, en het ontwerp dat het grotere [genoom](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/17-genomen-van-cellen-en-virussen#def-b1-genomes-genome) in een vergelijkbare tijd laat kopiëren.
25. Geef het resultaat: het kleinste aantal oorsprongen voor een menselijke S-fase van $8\,\mathrm{h}$ , en het werkelijke aantal en de afstand ertussen.

**Oplossing van Probleem 18.1.**

**1.** $50\times 28\,800 = 1.44 \times 10^{6}\,\mathrm{bp}$. **2.** $2.88 \times 10^{6}\,\mathrm{bp}$. **3.** $6.4 \times 10^{9}/2.88 \times 10^{6} = 2220$ oorsprongen. **4.** $2.9\,\mathrm{Mb}$, oftewel $2.9\times 10^6\times 0.34\,\mathrm{nm} =
0.98\,\mathrm{mm}$ [DNA](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/11-nucleotiden-en-nucleinezuren#def-b1-nucleic-acids-chain) tussen de oorsprongen. **5.** $6.4 \times 10^{9}/40\,000 = 160\,\mathrm{kb}$ afstand; elke vork legt ongeveer $80\,\mathrm{kb}$ af, een half uur werk. **6.** $125\,\mathrm{Mb}$ per vork bij $50\,\mathrm{bp}/\mathrm{s}$: $2.5 \times 10^{6}$ s, 29 dagen. **7.** De vorksnelheid wordt begrensd door de chemie en door het chromatine (twintigvoudig trager dan bij bacteriën); oorsprongen kunnen onbeperkt worden vermenigvuldigd, zodat de S-fase wordt verkort door startpunten toe te voegen en niet door de vorken op te jagen. **8.** De synthese van de volgende streng beslaat de helft van het [genoom](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/17-genomen-van-cellen-en-virussen#def-b1-genomes-genome), $3.2 \times 10^{9}$ [nucleotiden](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/11-nucleotiden-en-nucleinezuren#def-b1-nucleic-acids-nucleotide): $2.1 \times 10^{7}$ fragmenten (de twee vorken van elke oorsprong hebben elk een volgende streng, en de helften tellen op tot één [genoom](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/17-genomen-van-cellen-en-virussen#def-b1-genomes-genome)). **9.** $2.1 \times 10^{7} + 2\times40\,000 = 2.1 \times 10^{7}$ primers. **10.** Ongeveer $2.1 \times 10^{7}$ ligaties (één per fragment) plus één per ontmoeting van vorken. **11.** $2\times6.4 \times 10^{9} = 1.28 \times 10^{10}$ [nucleotiden](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/11-nucleotiden-en-nucleinezuren#def-b1-nucleic-acids-nucleotide). **12.** $2.56 \times 10^{10}$ [ATP](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/8-water-en-kleine-biomoleculen#def-b1-water-small-molecules-atp); over $28\,800\,\mathrm{s}$ is dat $8.9 \times 10^{5}$ per seconde. **13.** Ongeveer $0.1\,\%$ van de ATP-omzet 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): het polymeriseren is goedkoop; duur zijn het maken van de [nucleotiden](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/11-nucleotiden-en-nucleinezuren#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) en van de [histonen](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/17-genomen-van-cellen-en-virussen#def-b1-genomes-nucleosome). **14.** $64\,000$, 640 en 6,4 fouten. **15.** $1500\times 10^{-9} = 1.5 \times 10^{-6}$: één [gen](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/17-genomen-van-cellen-en-virussen#def-b1-genomes-gene) op zevenhonderdduizend per deling. **16.** $10^{16}\times 6.4 = 6.4 \times 10^{16}$ mutaties — elke mogelijke enkelvoudige verandering van het [genoom](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/17-genomen-van-cellen-en-virussen#def-b1-genomes-genome) vele malen, verspreid over $10^{13}$ [cellen](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/5-de-cel-eenheid-van-het-leven#def-b1-cell-unit-of-life-cell): vrijwel alle vallen in niet-coderend [DNA](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/11-nucleotiden-en-nucleinezuren#def-b1-nucleic-acids-chain) of in [cellen](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/5-de-cel-eenheid-van-het-leven#def-b1-cell-unit-of-life-cell) die worden afgestoten, en een gemuteerde [cel](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/5-de-cel-eenheid-van-het-leven#def-b1-cell-unit-of-life-cell) is er één op miljarden; alleen enkele combinaties in één [cel](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/5-de-cel-eenheid-van-het-leven#def-b1-cell-unit-of-life-cell) doen ertoe. **17.** Honderdvoudig ($10^{-7}$): de reeks mutaties die een kanker maakt, en die bij $10^{-9}$ decennia kost om zich op te hopen, hoopt zich veel eerder op — erfelijke gebreken in het mismatchherstel veroorzaken darmkanker op jonge volwassen leeftijd. **18.** $2.3 \times 10^{6}$ paren per vork bij $1000\,\mathrm{bp}/\mathrm{s}$: $2300\,\mathrm{s}$, $38\,\mathrm{min}$. **19.** Ongeveer twee overlappende rondes; een pasgeboren [cel](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/5-de-cel-eenheid-van-het-leven#def-b1-cell-unit-of-life-cell) draagt twee oorsprongen (die elk al eenmaal zijn gerepliceerd) en heeft haar vorken halverwege: haar [chromosoom](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/17-genomen-van-cellen-en-virussen#def-b1-genomes-genome) is bij de geboorte al gedeeltelijk gerepliceerd. **20.** $4.6 \times 10^{6}/1500 = 3070$ fragmenten per ronde, ongeveer 1,3 per seconde. **21.** $4.6 \times 10^{6}\times 10^{-9} = 4.6 \times 10^{-3}$ fouten per ronde: ongeveer één dochtercel op 200 draagt een nieuwe mutatie. **22.** $10^9\times4.6 \times 10^{-3} = 4.6 \times 10^{6}$ nieuwe mutaties per milliliter; een bepaald [gen](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/17-genomen-van-cellen-en-virussen#def-b1-genomes-gene) van $1\,\mathrm{kb}$ wordt $4.6 \times 10^{6}\times
1000/4.6 \times 10^{6} = 1000$ keer getroffen. **23.** Met duizend onafhankelijke mutaties in elk willekeurig [gen](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/17-genomen-van-cellen-en-virussen#def-b1-genomes-gene) per milliliter per deling is elke mogelijke enkelvoudige verandering — ook die welke resistentie geven — al aanwezig in een grote kweek voordat het antibioticum wordt toegediend; het middel selecteert, het schept niet. **24.** Mens: $6.4 \times 10^{9}$ paren, $40\,000$ oorsprongen, $50\,\mathrm{bp}/\mathrm{s}$, $8\,\mathrm{h}$. Bacterie: $4.6 \times 10^{6}$ paren, één oorsprong, $1000\,\mathrm{bp}/\mathrm{s}$, $40\,\mathrm{min}$. Een [genoom](https://one-course.com/books/biology/3/nl/chapter/17-genomen-van-cellen-en-virussen#def-b1-genomes-genome) dat duizend keer groter is, gekopieerd door vorken die twintig keer trager zijn, in slechts twaalf keer de tijd: het verschil zijn de tienduizenden oorsprongen die parallel werken. **25.** Minimaal ongeveer $2200$ oorsprongen, als zij allemaal tegelijk zouden starten; in werkelijkheid zo’n $40\,000$, één per $160\,\mathrm{kb}$, die na elkaar starten zodat elke vork ongeveer $80\,\mathrm{kb}$ aflegt.