De post van vandaag gaat over in het rijk van de biochemie, met een blik op de chemische structuur van DNA en de rol ervan bij het maken van eiwitten in onze cellen. Natuurlijk wordt DNA niet alleen in mensen aangetroffen – het is aanwezig in de cellen van elke meercellige levensvorm op aarde. Deze grafiek geeft een overzicht van de gemeenschappelijke structuur van deze levensvormen, en een korte uitleg over hoe het DNA de aanmaak van eiwitten mogelijk maakt.
DNA bevindt zich in de celkern van meercellige organismen, en werd voor het eerst geïsoleerd in 1869, door de Zwitserse arts Friedrich Miescher. De structuur ervan werd echter pas bijna een eeuw later, in 1953, opgehelderd. De auteurs van het artikel waarin deze structuur werd voorgesteld, James Watson & Francis Crick, zijn nu bekende namen, en wonnen een Nobelprijs voor hun werk. Dit werk was echter sterk afhankelijk van het werk van een andere wetenschapper, Rosalind Franklin.
Franklin deed zelf ook onderzoek naar de structuur van DNA, en het was haar röntgenfoto, waarop de dubbele helixstructuur van DNA duidelijk te zien was, die hun werk enorm hielp. Zij had haar bevindingen nog niet gepubliceerd toen Watson en Crick er, zonder haar medeweten, toegang toe kregen. Het feit dat zij geen Nobelprijs heeft gekregen is echter geen vergissing, maar slechts een gevolg van het beleid van het comité dat Nobelprijzen niet postuum kunnen worden toegekend.
Het dubbele-helixmodel van DNA (desoxyribonucleïnezuur) bestaat uit twee in elkaar verstrengelde strengen. Deze strengen zijn opgebouwd uit nucleotiden, die zelf weer uit drie componenten bestaan: een suikergroep, een fosfaatgroep, en een base. De suiker- en fosfaatgroepen vormen samen de zich herhalende ‘ruggengraat’ van de DNA-strengen. Er zijn vier verschillende basen die aan de suikergroep kunnen worden gehecht: adenine, thymine, guanine en cytosine, aangeduid met A, T, G en C.
De basen zorgen ervoor dat de twee DNA-strengen aan elkaar blijven zitten. Sterke intermoleculaire krachten, waterstofbruggen genoemd, tussen de basen op aangrenzende strengen zijn hiervoor verantwoordelijk; vanwege de structuren van de verschillende basen vormt adenine (A) altijd waterstofbruggen met thymine (T), terwijl guanine (G) altijd waterstofbruggen vormt met cytosine (C). In menselijk DNA zitten gemiddeld 150 miljoen basenparen in één molecuul – dus veel meer dan hier is afgebeeld!
De cellen in uw lichaam delen zich voortdurend, regenereren en sterven, maar om dit proces te laten plaatsvinden, moet het DNA in de cel zichzelf kunnen repliceren. Tijdens de celdeling splitsen de twee DNA-strengen zich, en de twee enkele strengen kunnen dan worden gebruikt als sjabloon om een nieuwe versie van de complementaire streng te maken. Aangezien A altijd paart aan T, en G altijd paart aan C, is het mogelijk de volgorde van de basen op de ene streng uit te werken met behulp van de tegenoverliggende streng, en dit is waardoor het DNA zichzelf kan repliceren. Dit proces wordt uitgevoerd door een familie van enzymen die DNA-polymerasen worden genoemd.
Wanneer DNA wordt gebruikt om eiwitten te maken, moeten de twee strengen zich ook splitsen. In dit geval wordt de code van het DNA echter gekopieerd naar mRNA (messenger ribonucleic acid), een proces dat bekend staat als “transcriptie”. De structuur van RNA lijkt sterk op die van DNA, maar er zijn een paar belangrijke verschillen. Ten eerste bevat het een andere suikergroep in de suikerfosfaatruggengraat van het molecuul: ribose in plaats van desoxyribose. Ten tweede gebruikt het nog steeds de basen A, G en C, maar in plaats van de basis T gebruikt het uracil, U. De structuur van uracil lijkt sterk op die van thymine, met als enige verschil de afwezigheid van een methylgroep (CH3).
Als de nucleotiden van het DNA eenmaal zijn gekopieerd, kan het mRNA de celkern verlaten en gaat het naar het cytoplasma, waar de eiwitsynthese plaatsvindt. Hier ‘lezen’ ingewikkelde moleculen, ribosomen genaamd, de volgorde van de basen op de mRNA-molecule. Individuele aminozuren, die samen proteïnen vormen, worden gecodeerd door drie-letter-secties van de mRNA-streng. De verschillende mogelijke codes, en de aminozuren waar zij voor coderen, werden samengevat in een eerdere post waarin aminozuurstructuren werden bekeken. Een ander type RNA, transfer-RNA, is verantwoordelijk voor het transport van aminozuren naar het mRNA, en zorgt ervoor dat ze zich met elkaar verbinden.
Dit proces verloopt echter niet altijd vlekkeloos. Er kunnen fouten optreden bij het kopiëren van de DNA-sequentie naar het mRNA, en deze toevallige fouten worden mutaties genoemd. De fouten kunnen de vorm hebben van een veranderde base, of zelfs van een verwijderde of toegevoegde base. Sommige chemicaliën en straling kunnen deze veranderingen teweegbrengen, maar ze kunnen ook optreden zonder deze externe effecten. Zij kunnen ertoe leiden dat de code van een aminozuur wordt gewijzigd in die van een ander, of zelfs onleesbaar wordt gemaakt. Een aantal ziekten kan het gevolg zijn van mutaties tijdens de DNA-replicatie, zoals taaislijmziekte en sikkelcelanemie, maar mutaties kunnen ook positieve effecten hebben.
Hoewel er slechts 20 aminozuren zijn, kan het menselijk lichaam ze combineren tot een duizelingwekkend aantal van ongeveer 100.000 eiwitten. De aanmaak ervan is een continu proces, en aan een enkele eiwitketen kunnen per seconde 10-15 aminozuren worden toegevoegd via het hierboven geschetste proces. Aangezien het doel van dit artikel in de eerste plaats was om de chemische structuur van DNA te onderzoeken, is de bespreking van replicatie en eiwitsynthese kort en relatief simplistisch gehouden. Als u meer over dit onderwerp wilt weten, kunt u de links hieronder raadplegen
Dank gaat uit naar Liam Thompson voor de hulp bij het onderzoek voor deze post, en voor het verstrekken van een ongelooflijk nuttig eenvoudig overzicht van het proces van eiwitsynthese uit DNA.
De afbeelding in dit artikel is gelicenseerd onder een Creative Commons Naamsvermelding-NietCommercieel-GeenAfgeleideWerken 4.0 Internationale Licentie. Wilt u het elders delen? Zie de gebruiksrichtlijnen van de site.