Nieuws

2 dec 16 dwdd university Robbert Dijkgraaf zeer boeiend college: terugzien!
21 nov 16: Persbericht: KNAW: genome editing vraagt om publiek debat en heldere regelgeving
18 nov 16: Volkswagen schrapt 30.000 banen door dieselschandaal en transitie naar elektrische auto
16 nov 16: 100.000e elektrische auto rijdt op de Nederlandse weg (AD)
10 nov 16: Is Erik Verlinde de nieuwe Einstein? Sterrenkundige Margot Brouwers resultaten wijzen er op dat Verlindes theorie klopt!
8 nov 16: Nederlander Erik Verlinde komt met baanbrekende theorie over zwaartekracht
8 nov 16: Chimpansees winden draderige algen als spaghetti om een stokje nrc
6 nov 16: The Origami Code. NPO 2 Zondag 6 nov 2016 19:15. Kijk de aflevering hier terug. Is zeer de moeite waard!

*) zie hier. [ Archief Actualiteiten ]

02 maart 2012

Stabiliteit van DNA wordt schromelijk overdreven

Ik schreef eerder dat DNA kennelijk voldoet, want het heeft al 3 miljard jaar niet onverdienstelijk zijn functie vervult als erfelijkheids molecuul. Maar dat is wat kort door de bocht. Dat bewijst niet dat de dubbele helix opzich stabiel is. De stabiliteit van DNA wordt schromelijk overdreven.


Aanstaande maandag 5 maart begint er een 4-daags congres Maintenance of Genome Stability op de Bahamas met als onderwerpen:

DNA repair, replication and recombination
DNA repair and genome stability
DNA damage checkpoints and the cell cycle
Genome instability, disease and aging

Honderden wetenschappers waaronder de Nederlander Jan Hoeijmakers zullen zich buigen over de vraag hoe de cel schade aan DNA repareert. Hoeijkmakers "cloned the first of many human DNA-repair genes and discovered the strong evolutionary conservation of DNA repair systems in general".

DNA blijft intact niet alleen dankzij zijn chemische stabiliteit van de dubbele helix, maar mede dankzij een waanzinnig complex DNA repair systeem (enzymen) dat uit tientallen genen bestaat. Als die repairsystemen niet goed werken wordt je ziek:

Retinoblastoma, Bloom syndrome, DiGeorge syndrome, Ataxia telangiectasia, Xedorerma pigmentosum, Cockayne's syndrome, Nijmegen Break syndrome, Werner syndrome, Non-polyposic hereditary colon cancer, breast cancer, ...

De oorzaken van DNA schade zijn velerlei:

bron: http://www.genomic-instability.org/

Laten we zeggen dat vanaf haar oorsprong DNA op zichzelf stabiel genoeg was om te komen tot het stadium van een eencellige eukaryote om vervolgens in staat te zijn om systemen te ontwikkelen die de integriteit van het genoom konden onderhouden door repair activiteiten. Want die repair systemen zijn grotendeels hetzelfde in gist en mens (evolutionair geconserveerd).

Natuurlijk kan een repair systeem niet een fundamenteel instabiel molecuul in stand houden, maar als DNA stabiel genoeg was, dan hadden we geen repair systeem nodig.

Op 13 mei houdt Jan Hoeijkmakers de Paradisolezing: Genonderhoud - het geheim van gezond oud.

Postscript zaterdag:

Nuttig als aanvulling: ancient DNA (bijv. van Neanderthaler, mammoet) is meestal of gemummificeerd of bevroren DNA, maar sterk beschadigd (gemuteerd, gefragmenteerd). Ancient DNA is enerzijds bewijs dat onder gunstige omstandigheden DNA niet onmiddellijk totaal uit elkaar valt als het organisme dood is, maar anderzijds een duidelijk bewijs dat je een levende cel nodig hebt met DNA-repair systemen om DNA intact te houden. De zwakheden van DNA worden blootgelegd in: 'Patterns of damage in genomic DNA sequences from a Neandertal'.

19 opmerkingen:

harry p zei

zullen we onze discussie ook op de bahama's voortzetten?

gert korthof zei

see you in Sheraton Nassau Beach Resort!

nand braam zei

@ Gert @ Harry

Wel drankjes op de Bahama’s heren maar, denk erom, drankjes zonder alcohol, want anders verlies je het zicht op de DNA-realitieit. We krijgen hopelijk toch wel een verslagje van het congres,na afloop, dat hopelijk voor de vaste lezers van dit weblog nog enigszins te begrijpen is.

gert korthof zei

Nand, jij bent ook uitgenodigd hoor! Als gastbijdrage auteur en chemicus hebben we jou nodig voor de chemische binding, en Martin voor de vrije energie...

Is iemand het oneens met de stelling van dit blog dat de stabiliteit van DNA schromelijk overdreven wordt?

nand braam zei

@ Gert

Ik ben begonnen aan het stuk DNA repair uit Wikipedia, dat je aanbevolen hebt. Echter ook 1. Lamellen leggen in een kamer o.l.v. . mijn vrouw, die een buitengewoon praktisch inzicht heeft ( meer dan ik en je weet twee kapiteins op één schip kan fataal worden) en 2. Start wielerseizoen met morgen “Ontwakingstocht” op Utrechtse heuvelrug.

Ik denk dat de titel “Stabiliteit DNA wordt schromelijk overdreven” op zich niet onjuist is, hoewel ik eerder zou zeggen, denk ik, “Stabiliteit van DNA “an sich” wordt overdreven”. Met name de 4 basen A, T, G en C ingebouwd in het DNA zijn chemisch gezien nog redelijk reactief, vanwege hun chemische aard. Mijn”definitieve” oordeel schort ik op tot ik het stuk echt goed bekeken heb. Kom er nog op terug.

gert korthof zei

OK! Succus! Dit vond ik interessant: "Met name de 4 basen A, T, G en C ingebouwd in het DNA zijn chemisch gezien nog redelijk reactief, vanwege hun chemische aard.". Daar zitten interessante aanknopingspunten.

Martin zei

Nand, als chemicus moet je niet met DNA beginnen, maar met nucleotiden.

Nucleotiden komen niet alleen in DNA en RNA voor. B.v. de voor ook biologen bekende moleculen ATP, ADP en AMP zijn adeninefosfaten, waarin de adenine dus de A basis van DNA is.

Dat komt natuurlijk door "Met name de 4 basen A, T, G en C ingebouwd in het DNA zijn chemisch gezien nog redelijk reactief, vanwege hun chemische aard."

http://nl.wikipedia.org/wiki/Nucleotide

"Met in vitro-synthese wordt een synthese in het laboratorium bedoeld. Tijdens deze synthese moeten evenwel beschermende groepen gebruikt worden om polymerisatie te verhinderen".

Het woord "verhinderen" is relevant voor DNA formatie, lijkt mij.

Het is dus niet zo dat eerst de backbones formeren en dat dan A, T, C en G eraan gaan zitten. Nucleotides waar al een purine aan zitten polymeriseren.

Het feit dat nucleotides, en ook dinucleotides, zo vaak voorkomen betekent dat de formatie van DNA misschien wel niet te verhinderen was.

B.v. NAD is een dinucleotide: http://nl.wikipedia.org/wiki/Nicotinamideadeninedinucleotide

De formatie van een double helix gebeurt dan vanzelf als een strand een complementaire strand tegenkomt. Zip, daar heb je de double helix.

naam zei

@ Gert

Juist terug van “Ontwakingstocht”’ de traditionele opening van het wielerseizoen voor wielertoeristen. Organisator Driebergse Tourclub, die veel leuke wielertoertochten organiseert.

De backbone is, volgens mij, chemisch stabiel. Er zitten, volgens mij, eigenlijk geen groepen/atomen meer in de backbone die gemakkelijk “aangepakt” kunnen worden.
Echter de 4 basen A, T, G en C ingebouwd in het DNA zijn chemisch gezien nog redelijk reactief, vanwege hun chemische aard. Om waterstofbruggen te kunnen vormen om de helix in stand te houden heb je in het ene molecuul een H-atoom nodig en in het andere molecuul een N- of O- of F-atoom. Die 3 atomen zullen goed bereikbaar moeten zijn voor het H-atoom van het andere molecuul. Ergo: N, O en F bv. gebonden aan een ring en dan dus iets naar buiten stekend.
N, O en F hebben een hoge elektronegativiteit resp. 3,1 , 3,5 en 4,1. Dat betekent dat ze zelf zullen meedoen in een polair-covalente binding , hetgeen ladingsverschuivingen oplevert (in tegenstelling tot de zuiver-covalente binding). Zodra er in een molecuul ladingsverschuivingen zijn, is het molecuul “vatbaar” voor reactie. Ik heb al eerder uitgelegd waarom het begrijpelijk is dat F niet in of aan de ring van A, T, G of C zal zitten. Blijven over N en O.
Enerzijds hadden we dus redelijk reactieve stoffen nodig om “überhaupt”met het deoxyribose te kunnen reageren en d.m.v. H-bruggen een wenteltrap in stand te kunnen houden, anderzijds betekent dat dan wel dat de ingebouwde 4 basen nog redelijk wat reactiviteit over hebben. We zitten hier nu met de bekende spanning tussen de idealiteit (volledig stabiel systeem) en de realiteit (ingebouwde basen zijn nog enigszins reactief).
Om dan te zeggen dat “de stabiliteit van DNA schromelijk wordt overdreven” betekent, volgens mij, dat je deze “chemisch”noodzakelijke spanning tussen idealiteit en realiteit in een eenzijdig licht plaatst. Hier geldt toch bij uitstek: de beste/mooiste oplossing onder de gegeven contingente omstandigheden.
We moeten ons overigens weer verwonderen over de geweldige reparatiekracht van het systeem in zijn geheel.
Eigenlijk zeg ik hierboven dus dat DNA eigenlijk niet perfect kan zijn, vanuit chemisch standpunt gezien. Tenminste zoals ik er met de kennis van nu tegenaan kijk (voorbehoud dus). Dit sluit dan goed aan bij mijn laatste comment op je vorige stuk “’reactie op de gastbijdrage DNA en the secret of life, die ik zojuist verstuurd heb.

nand braam zei

@ Gert

Uiteraard had naam in de vorige post Nand Braam moeten zijn, excuus.

gert korthof zei

Nand, kijk ook op de engelse wiki: nucleotide:
"For reference, the syntheses of the purine and pyrimidine nucleotides are carried out by several enzymes in the cytoplasm of the cell".
Die enzymen staan in blauw in het schema 'The synthesis of UMP' onder het kopje 'Pyrimidine ribonucleotide synthesis'.

Vermoedelijk lopen die reacties ook op een laag pitje zonder enzymen, wat belangrijk is voor The Origin of Life, maar dan hebben we wel data nodig over reactiesnelheden om te zien welke reacties realistisch zijn.

Verder weet je natuurlijk ook wel als chemicus dat:
"all building blocks in living organisms having the same "handedness" (amino acids being left-handed, nucleic acid sugars (ribose and deoxyribose) being right-handed". (Origin of Life).
Dat moet natuurlijk ook verklaard worden! (dat wist je misschien niet)

Martin zei

http://astrobiology.nasa.gov/articles/potential-origin-of-primordial-protein-enzymes/

Enzymen de novo?

http://evolutionarypsychiatry.blogspot.com/2010/08/evolution-of-serotonin.html

Waar komt Tryptophan hydroxylase vandaan?

gert korthof zei

Nand, "De backbone is, volgens mij, chemisch stabiel."
daartegen pleit het verschijnsel doublestrand break wat immers de backbone breekt (zie: DNA repair in wiki).

"dat de ingebouwde 4 basen nog redelijk wat reactiviteit over hebben":
dat kan wel in overeenstemming zijn met het feit dat
cytosine wordt regelmatig gemethyleerd (zie: DNA methylation in wiki).

Nand je concludeert "Hier geldt toch bij uitstek: de beste/mooiste oplossing onder de gegeven contingente omstandigheden." maar ik heb een heel blog geschreven omdat standpunt te kritiseren en daar ben je nog niet echt op ingegaan. Je zei dat je toen net terug kwam uit het ziekenhuis, en dat snap ik ook wel. Maar de status is dat je er niet echt op gereageerd hebt, zeker niet weerlegd, dus dan kun je niet zomaar een claim gaan herhalen.

nand braam zei

@ Gert

Over chiraliteit:

http://www.nwo.nl/nwohome.nsf/pages/NWOP_66cbrt

nand braam zei

@ Gert

Alles is uiteraard relatief. Ik had beter kunnen zeggen : de backbone is chemisch gezien stabieler dan de aangekoppelde 4 basen.

DNA-repair geeft ook veel verwijzigen naar de ingebouwde basen als chemisch nog veranderbaar:

“The vast majority of DNA damage affects the primary structure of the double helix; that is, the bases themselves are chemically modified.”

En ook:
There are five main types of damage to DNA due to endogenous cellular processes:
1. oxidation of bases [e.g. 8-oxo-7,8-dihydroguanine (8-oxoG)] and generation of DNA strand interruptions from reactive oxygen species,
2. alkylation of bases (usually methylation), such as formation of 7-methylguanine, 1-methyladenine, 6-O-Methylguanine
3. hydrolysis of bases, such as deamination, depurination, and depyrimidination.
4. "bulky adduct formation" (i.e., benzo[a]pyrene diol epoxide-dG adduct)
5. mismatch of bases, due to errors in DNA replication, in which the wrong DNA base is stitched into place in a newly forming DNA strand, or a DNA base is skipped over or mistakenly inserted.

De spanning tussen de idealiteit (volledig stabiel DNA) en de realiteit (om DNA te kunnen krijgen heb je stoffen nodig, die na de opbouw van het DNA onvermijdelijk een zekere rest-chemische aktiviteit houden, waardoor voortdurend reparaties nodig zijn) levert uiteindelijk een optimum op en dat is het “natuurlijke” DNA zoals we dat nu kennen. Dat de stabiliteit van het DNA te verbeteren is, zal ongetwijfeld waar zijn/worden. Ik ga steeds uit van het “natuurlijke”’ DNA.

gert korthof zei

Nand,
tweede discussie spoor over "beste/mooiste oplossing onder de gegeven contingente omstandigheden":
je schreef:
"Om dan te zeggen dat “de stabiliteit van DNA schromelijk wordt overdreven” betekent, volgens mij, dat je deze “chemisch”noodzakelijke spanning tussen idealiteit en realiteit in een eenzijdig licht plaatst. Hier geldt toch bij uitstek: de beste/mooiste oplossing onder de gegeven contingente omstandigheden.
We moeten ons overigens weer verwonderen over de geweldige reparatiekracht van het systeem in zijn geheel.
Eigenlijk zeg ik hierboven dus dat DNA eigenlijk niet perfect kan zijn, vanuit chemisch standpunt gezien."

Je opvattingen over DNA zijn verwarrend en tegenstrijdig: soms zeg je dat DNA perfect is (gegeven de omstandigheden) en soms zeg je dat DNA eigenlijk niet perfect kan zijn. Dit is erg verwarrend en tegenstrijdig. Probeer een helder standpunt te formuleren zonder je theologische achtergrond daarin te betrekken. Zonder helder standpunt komen we niet verder. Dat is echt noodzakelijk.

1. Probeer aub alleen zakelijke uitspraken te doen als je een tegen-argument wilt maken, dus niet: "We moeten ons overigens weer verwonderen ...". Dit is dichterlijke taal, dat is heel mooi zo nu en dan, maar is geen argument.

2. uitdrukkingen als ""beste/mooiste oplossing onder de gegeven contingente omstandigheden" zeggen niets als je niet zegt wat die gegeven omstandigheden dan zijn (zoals ik al in mijn blog aangaf).
Als je bedoelt dat je met de onderdelen van DNA alleen DNA kunt maken, en niet iets anders/beters dan zegt dat net zoveel als met de onderdelen van een auto kun je die auto bouwen.

3. feiten moeten beslissend zijn, die moeten je mening beinvloeden, je kunt feiten niet negeren. Als er een complex DNA repair systeem is, dan kun je je standpunt dat DNA perfect is niet blijven herhalen. Ik concludeerde in mijn bovenstaand blog: "Natuurlijk kan een repair systeem niet een fundamenteel instabiel molecuul in stand houden, maar als DNA stabiel genoeg was, dan hadden we geen repair systeem nodig.". Daar moet je dan op reageren.

gert korthof zei

Nand, punt 4:
er is nog onduidelijkheid over direct of indirect design. (wat jij 1e of 2e orde design noemt, wat ik onduidelijk vindt). Als DNA niet direct ontworpen is, waarom blijf je zo hangen aan het idee dat DNA perfect (optimaal) is? Als alleen 'de omstandigheden' ontworpen zijn, dan zou dat overeenkomen met: je accepteert alle natuurwetten, inclusief natuurlijke selectie, en dan zou je evolutiebiologen aan het woord moeten laten, wat die zeggen over het karakter van natuurlijke selectie. En daaruit blijkt dat er alleen blinde moleculaire krachten aan het werk zijn, en dat er geen reden is dat DNA perfect, optimaal is, maar een compromis, het komt nooit boven de grenzen van natuurlijke selectie uit. Vandaar ook mutatie, DNA-repair, ziekte, kanker, dood.
Ten slotte: hoe indirect is het 'design': alleen de big bang?

nand braam zei

@ Gert

Ik zeg toch nergens dat DNA perfect is. Ik zeg juist steeds dat er een spanning is tussen de idealiteit (perfect DNA) en de realiteit (om DNA te kunnen krijgen heb je stoffen nodig, die na de opbouw van het DNA onvermijdelijk een zekere rest-chemische aktiviteit houden, waardoor voortdurend reparaties nodig zijn) levert uiteindelijk een optimum op en dat is het “natuurlijke” DNA zoals we dat nu kennen.

Een optimum is niet hetzelfde als perfect. Optimaal onder de geven omstandigheden is iets anders dan perfect.

gert korthof zei

Nand, sorry dat ik je verkeerd begreep. De achtergrond is een eeuwenoude bewondering van gelovigen, religieuzen voor de schepping zoals bijvoorbeeld The Bridgewater Treatises On the Power Wisdom and Goodness of God As Manifested in the Creation (1833-1840) tot en met creationisten die recentelijk het idee aanvallen dat er junk DNA zou bestaan, want de Schepper maakt geen rotsooi (Jonathan Wells, 2011 The Myth of Junk DNA). Vandaar.

gert korthof zei

Fouten in Volkskrant Wetenschap zaterdag 3 maart:
Het artikel 'Ziekte zonder eenduidig antwoord' gaat over Cystic Fobrosis. In het artikel staat:
"Maar zolang de oorzaak niet wordt aangepakt...".
'De oorzaak' is maar zeer relatief: ze bedoelen de productie van het foute CF eiwit in het lichaam van de patient. Dat is in feite nog steeds symptoom bestrijding. De bevruchtte eicel heeft de CF mutatie immers al. De echte oorzaak is de aanwezigheid van CF dragers (heterozygoten) in de populatie. Wanneer beide ouders dragers zijn, hebben ze een 25% kans op een CF kind. Komt CF in de familie voor dan zou prenatale diagnostiek een oplossing kunnen zijn om de geboorte van een CF patient te voorkomen en tevens om de frequentie van CF in de populatie te laten dalen. Maar omdat er ook nieuwe mutaties kunnen ontstaan zou je iedere zwangerschap moeten testen...