Wat is DNA en wat zijn chromosomen?

De informatie van genen wordt keer op keer van cel naar dochter gekopieerd. In een mensenleven gebeurt dit miljoenen keren. Maar dit gebeurt niet alleen binnen een organisme, maar ook generaties achter elkaar via geslachtscellen.

De functie en de structuur van DNA

Chromosomen bestaan uit DNA en eiwitten. Het is lang niet duidelijk geweest welke van deze twee het genetische materiaal bevatten, mede omdat onderzoekers moeite hadden met de simpliciteit van DNA. Het leek onmogelijk dat deze relatief simpele nucleotidereeks al het genetische materiaal kon bevatten. Tegenwoordig weten we dat het DNA wel degelijk het genetische materiaal bevat en dat de eiwitten zorgen voor het correct oprollen van de lange DNA strengen.

DNA bestaat uit twee strengen

DNA, oftewel deoxyribonucleïnezuur, bestaat uit twee nucleotiden ketens. Deze nucleotiden ketens bestaan uit vier verschillende nucleotiden:

• Adenine
• Cytosine
• Guanine
• Tymine

De twee ketens zitten aan elkaar vast door middel van waterstofbruggen waarbij adenine altijd vast zit aan thymine en cytosine altijd vast zit aan guanine. De twee strengen vormen samen een dubbele helix. De ketens hebben een 3’ kant met een hydroxylgroep aan het eind en een 5’ kant met een fosfaatgroep aan het eind.

DNA structuur en erfelijkheid

Genen bevatten de erfelijke informatie door de vier nucleotiden in verschillende volgorden voor te laten komen. Deze nucleotidenvolgorde bepaalt de aminozuurvolgorde, die op zijn beurt weer het eiwit bepaalt. Omdat eiwitten bij bijna alles in het lichaam betrokken zijn, bepalen de hoeveelheid en de soort eiwitten praktisch alle processen in het lichaam. Hierdoor heeft iemand dus bepaalde eigenschappen.

Er is veel DNA nodig om een heel organisme te laten functioneren, daarom bevat elke cel ongeveer twee meter DNA. Om dit in een cel van ongeveer vijf tot acht micrometer te krijgen, is er een goede vouwstructuur nodig. Dit opgevouwen DNA wordt gevormd door chromosomen. Het meest wonderlijke is misschien nog wel dat het DNA zo is opgevouwen dat het nog steeds toegankelijk is voor bijvoorbeeld het aflezen van reparaties.

De belangrijkste taak van chromosomen is natuurlijk het dragen van de genen. Een gen is gedefinieerd als een segment van het DNA dat instructies bevat voor het maken van een bepaald eiwit, of in sommige gevallen groepjes sterk op elkaar lijkende eiwitten. Behalve genen bevatten de chromosomen ook het zogenaamde ‘junk DNA’, dit is DNA waarvan de functie nog niet bekend is of dat geen functie heeft. Ongeveer 95% van het DNA is junk DNA.

De verschillende stadia van chromosomen

Behalve de drager van het genoom moet het DNA ook in staat zijn zichzelf te verdubbelen. Zo kan het worden doorgegeven aan dochtercellen maar ook aan het volgende organisme. Om te delen maakt een cel een speciale cyclus door: de celcyclus. In verschillende stadia van de celcyclus komen de chromosomen in verschillende vormen voor. Tijdens de interfase, als het DNA wordt gekopieerd, moet het genoom goed toegankelijk zijn. Er is altijd een vaste plaats waar de replicatie begint, de 'replicatie origin', dit is een vaste nucleotidesequentie, de telomeer. De telomeer wordt bij elke deling iets korter en als de sequentie er niet meer is, kan de cel niet meer delen. Tijdens deze fase zijn de chromosomen uitgerold tot lange, dunne DNA draden, hierbij blijven ze wel in de kern. Onder de lichtmicroscoop zijn ze in dit stadium moeilijk te onderscheiden. Tijdens de mitose, de celdeling zelf, moeten de kopieën worden verdeeld over de dochtercellen. Voor deze verdeling nemen de chromosomen een compacte vorm aan. Als ze zo compact liggen, zijn ze goed te zien onder de microscoop.