Molecuul van de twintigste eeuw

DNA mag zich zonder schroom het in de laatste jaren meest onderzochte molecuul noemen. Niet vreemd, DNA is de belangrijkste bouwsteen van het leven. Het onderzoek naar deze bijzondere bouwsteen begon al in 1869. Miesscher ontdekte toen het DeoxyriboNucleicAcid, ofwel DNA. Doordat hij aanvankelijk niet door heeft hoe belangrijk zijn ontdekking is, komt het onderzoek op een laag pitje te staan. Pas met de eeuwwisseling is er meer over DNA bekend. Wetenschappers storten zich vanaf die tijd weer stevig op de ontrafeling van het menselijke DNA. En eindelijk, na jaren onderzoek doen, maakt president Clinton in 2000 bekend dat het hele menselijke genoom bekend is. Maar wat weten we nu eigenlijk?

DNA, wat is dat?

DNA is de opslagplaats voor de 'codes' van al onze eigenschappen, organen en eiwitten die in ons lichaam werkzaam zijn. DNA is een dubbelstrengs molecuul en ziet eruit als een soort wenteltrap: de dubbele helix. Deze helix is opgebouw uit nucleotiden die op hun beurt weer zijn opgebouwd uit een fosfaatgroep, een suikermolecuul en een base. De basen van de twee strengen van het DNA strekken elkaar aan en vormen H-bruggen; de twee ketens zijn verbonden. Altijd liggen de basen A (adenine) & T (thymine) en C (cytosine) & G (guanine) tegenover elkaar. Naast alle bovenstaande onderdelen, bevat het DNA ook nog histonen. Dit zijn kleine eiwitbolletjes die een DNA molecuul ondersteuning bieden in hun vorm (opgerold) en stevigheid.

In alle menselijke cellen is DNA aanwezig. Dit DNA bevindt zich in 23 paar (46) chromosomen. Cellen zijn altijd in de weer met het kopiëren van DNA en het maken van RNA. Het kopiëren van DNA is nodig voor de celdeling: als er nieuwe cellen ontstaan, moet er ook in die cellen DNA komen te zitten. RNA is nodig voor het maken van de juiste eiwitten die een grote rol spelen in allerlei chemische processen in ons lichaam.

DNA maakt DNA

Als het DNA wordt verdubbeld, vóór en voor de celdeling, spreken we van replicatie. DNA-helicase 'knipt' stukje bij beetje de bestaande helix doormidden. Beide strengen die nu ontstaan vormen het uitgangspunt voor een nieuw DNA-molecuul. DNA-polymerase gaat achter DNA-helicase aan en zorgt ervoor dat er aan beide strengen nieuwe nuceotiden (uit het grondplasma van de cel) worden geplakt. Als er bij een bepaalde nucelotide een A en een T tegenover elkaar zaten, komt er bij de streng die nu de A bevat een T te zitten en bij de streng die nu de T bevat, komt er een A te zitten. Dit principe zorgt ervoor dat de twee DNA-moleculen die hierbij ontstaan, precies aan elkaar gelijk zijn (ze hebben nu allebei het koppel A-T). Er is alleen één lastig punt: de DNA-strengen hebben een 3' uiteinde en een 5' uiteinde. Daar waar de twee strengen van het oorspronkelijke molecuul nog aan elkaar vastzitten, heeft een van de strengen het 5' en een het 3' uiteinde. De strengen liggen dus als het ware gespiegeld. Als DNA-helicase de strengen van elkaar knipt, worden de strengen afgelezen. Het aflezen van een streng DNA (om er zo nieuwe nucleotiden tegenaan te kunnen plakken) kan maar in één richting, namelijk van 3' naar 5'. Het bijplakken van de nieuwe nucleotiden kan dus alleen maar in de richting van 5' naar 3' gebeuren. Bij een van de beide strengen zorgt dit niet voor problemen: de richting waarin DNA-helicase werkt is hetzelfde als de richting waarin DNA-polymerase werkt. Voor de andere streng is dit niet het geval. Helicase werkt dan precies tegenovergesteld aan polymerase (helicase gaat vooruit en polymerase achteruit). Hierdoor ontstaan er steeds kleine stukjes gekopieerd DNA die niet aan elkaar vastzitten, de zogenaamde Okazaki-fragmenten. Gelukkig is daar ook een oplossing voor: DNA-ligase plakt alle losse stukjes netjes aan elkaar. Als zowel helicase als polymerase het hele originele DNA-molecuul hebben doorlopen, is de kopieeractie klaar: er zijn twee nieuwe DNA-moleculen ontstaan. De cel is klaar om te gaan delen!

DNA maakt RNA

Als DNA wordt gebruikt als mal om RNA te maken, spreken we van transcriptie. RNA is nodig voor de vertaling van het DNA en de aanmaak van bepaalde eiwitten. Ook bij de aanmaak van RNA is het eerst DNA-helicase die de twee strengen van de dubbele helix van elkaar scheidt. Één streng vormt nu de coderende streng (dat is de streng met alle informatie) en de andere streng vormt nu de zogehete matrijsstreng. Deze matrijsstreng wordt afgelezen en er wordt nieuwe nucleotiden tegenaan geplakt. Dit zorgt ervoor de deze nieuwe streng tegenovergesteld is aan de matrijsstreng, maar gelijk is aan de coderende streng. Één opmerking nog: waar op de matrijsstreng een A ligt, zou normaal gesproken een T bij worden geplakt. RNA bevat echter geen thymine, maar werkt met U (uracil).

Translatie

Nu hebben we wel RNA, maar wat kunnen we ermee? Eerder is al gezegd dat RNA wordt gebruikt voor de aanmaak van eiwitten. De RNA-streng fungeert als mal voor die bepaalde eiwitten. Eiwitten bestaan uit aminozuren welke weer bestaan uit drie basen (A-T-C-G). Stel we hebben een stukje matrijsstreng, daarvan is de code AATGCTAGC. Het stukje RNA wat daarbij hoort is dan natuurlijk UUACGAUCG. De aminozuren kunnen nu zo worden afgelezen: UUA staat voor Leucine, CGA staat voor Arginine en UCG staat voor Serine. Een speciaal soort RNA, transport-RNA, brengt deze aminozuren naar de RNA-streng waar ze aan elkaar worden gekoppeld. Een aantal aminozuren aan elkaar vormen samen een eiwit. Hoeveel aminozuren er in het eiwit komen, is afhankelijk van de code van de basen. Een eiwit start altijd met een starcodon (AUG) en eindigt met een bepaald stopcodon (UAA, UAG of UGA).

Ter afsluiting

Dus ja, wat weten we nu eigenlijk? Wetenschappers hebben het gehele menselijke genoom ontrafeld, waardoor verder onderzoek naar ziekten en afwijkingen mogelijk wordt. Maar om iets van dit genoom te snappen, hoef je geen wetenschapper te zijn. Ook wij weten inmiddels welke processen er in al onze microscopisch kleine cellen plaatsvinden en wat het nut van al die processen is. En dat is iets om te koesteren: wie wil nu niet weten hoe en waaruit zijn leven is opgebouwd?

Lees verder

• Genen in beeld