DNA
DNA is essentieel voor levende organismen. Maar wat is DNA precies? En wat is het verschil met RNA? Op deze pagina lees je alles wat je moet weten over DNA.
Wat is DNA?
Iedere cel van een organisme bevat DNA. DNA fungeert als een soort code, die specifiek kan worden afgelezen, waardoor er biologische processen in gang kunnen worden gezet. Je kunt DNA vergelijken met bijvoorbeeld muzieknoten: iemand die een muziekinstrument kan bespelen kan deze noten lezen en omzetten in een akkoord of een mooie melodie. Dit geldt ook voor jouw cellen, DNA is de code (de muzieknoten op papier), die specifiek kan worden afgelezen, waardoor er een actie wordt uitgevoerd/ontstaat. DNA bevat dus heel veel informatie. DNA is een molecuul (polynucleotide) dat al het erfelijk materiaal van een organisme bevat. DNA slaat dus al jouw genetische informatie op en hierdoor is het ook mogelijk om deze informatie uiteindelijk weer door te geven aan de volgende generatie.
Opbouw van DNA
DNA is eigenlijk een Engelse afkorting, die staat voor deoxyribonucleic acid. In het Nederlands spreek je van desoxyribonucleïnezuur. Dit zijn ontzettend lange namen, maar ze geven je eigenlijk vrij veel informatie over hoe dit molecuul eruitziet. DNA bestaat namelijk uit nucleïnezuren. Een nucleïnezuur is opgebouwd uit verschillende nucleotiden. Een nucleotide is weer opgebouwd uit een suikergroep, namelijk desoxyribose, een fosfaatgroep en een stikstofbase. DNA heeft vier verschillende stikstofbasen: cytosine (C), guanine (G), adenine (A) en thymine (T). Deze stikstofbasen vormen vaste paren met elkaar, C-G en A-T. Dit wordt ook wel basenparing genoemd. Cytosine en guanine vormen drie waterstofbruggen als paar. Adenine en thymine vormen twee waterstofbruggen met elkaar. De binding tussen cytosine en guanine is daardoor ook sterker dan tussen adenine en thymine. Door de vorming van deze bindingen ontstaat de kenmerkende helixstructuur van DNA.
Waarschijnlijk heb je de 3D-structuur van DNA wel eens gezien. Deze dubbele helix kun je ook wel vergelijken met een wenteltrap. Er zijn twee nucleotidenstrengen, die een soort wenteltrap vormen. Deze strengen bestaan dus uit de suikergroep (desoxyribose) en de fosfaatgroep: de suikerfosfaatstrengen vormen dus een soort 'ruggengraat' van het DNA. De kleine 'traptreden', die uit deze suikerfosfaatruggengraat steken, zijn de stikstofbasen (A-T en C-G), die de twee strengen met elkaar verbinden. Hierdoor verkrijg je dus de kenmerkende DNA-helixstructuur.
De stikstofbasen zijn de 'taal' waarin de genetische code is geschreven. De verschillende combinaties van A-tjes, T-tjes, C-tjes en G-tjes bepalen steeds de actie, die wordt uitgevoerd/ontstaat. Als we het weer even vergelijken met muziek, dan kun je met de zeven muzieknoten alle muziek van de wereld beschrijven. Alleen de muziek van Mozart klinkt natuurlijk heel anders, dan die van Jan Smit. Zo moet je het je ook voorstellen met DNA en zijn stikstofbasen. Een AAT combinatie betekent iets anders dan een CCG combinatie.
Opbergen van het DNA
In elke cel in jouw lichaam bevindt zich ongeveer 2 meter DNA! Het DNA bevindt zich vooral in de celkern, dit wordt kern-DNA genoemd. Hoe krijgt het lichaam dat voor elkaar? Dit komt doordat het DNA op een unieke manier is verpakt in de celkern. Deze lange strengen van DNA zijn gewikkeld om speciale eiwitten. Deze speciale eiwitten heten histonen. Een pakketje van histonen met een stuk DNA eromheen gewikkeld heet weer een nucleosoom. Deze nucleosomen draaien ook weer tegen elkaar aan! Door deze wikkelmethodes wordt het DNA ontzettend compact opgerold. Een dikke draad van aan elkaar gedraaide nucleosomen heet weer een chromatine. Uiteindelijk heb je zo een enorme streng DNA opgerolde chromatines in een hele compacte structuur en dat wordt een chromosoom genoemd. Een mens heeft meestal 46 chromosomen, waarvan er 23 chromosomen zijn gekregen van elke ouder. Er zijn dus 23 chromosomenparen.
Één chromosoom bevat dus een deel van al het erfelijke materiaal. Het totale menselijk erfelijk materiaal bevindt zich dus in die 46 chromosomen. De chromosomen zorgen ervoor dat het DNA op een compacte manier is opgeborgen in de celkern. Een chromosoom bestaat dus niet alleen maar uit DNA, maar ook uit speciale eiwitten, zoals histonen, die ervoor zorgen dat het DNA goed wordt opgerold. Zie de afbeelding hieronder.
Aflezen van de code: van DNA naar RNA naar eiwit
Het DNA heeft dus alle informatie en bevindt zich in alle cellen van je lichaam. Alleen een darmcel doet natuurlijk iets heel anders dan een spiercel. Dit onderscheid in cellen begint bij het DNA. Andere delen van het DNA worden afgelezen in een darmcel dan in een spiercel. Het aflezen van DNA gebeurt op een bepaalde manier: van DNA naar RNA naar eiwit. Eiwitten zijn namelijk hele belangrijke bouwstoffen in je lichaam. Eiwitten voeren heel veel verschillende functies uit in je cellen! Beschouw ze dus eigenlijk als speciale 'werkers' in je lichaam, allemaal met een andere specialiteit. Het DNA is de code, maar de eiwitten hebben specifieke functies om dingen uit te gaan voeren. Het proces, dat ervoor zorgt dat DNA wordt afgelezen en RNA ontstaat, heet transcriptie. Het proces, dat van RNA eiwitten maakt, heet translatie.
Er wordt vrij voorzichtig omgegaan met het DNA in je lichaam. Het is eigenlijk een vrij kwetsbaar molecuul, omdat daar letterlijk al jouw informatie in is opgeslagen. Je moet deze informatie ook nog eens doorgeven aan je nakomelingen, dus je moet het DNA extra goed beschermen. Daarom beschermen je cellen je DNA ook in de celkern. Toch moet je je code weleens aflezen, anders kun je niet goed dingen uitvoeren als cel. Maar je wilt natuurlijk niet dat het DNA wordt beschadigd. Daar heeft je cel een trucje voor bedacht: het maken van een kopie van het DNA! Op deze manier kan de 'echte' versie (het DNA) niet per ongeluk worden onderschept of aangepast. Als je één specifieke functie wilt uitvoeren, heb je niet meteen een volledige kopie nodig van al je DNA. Eén specifiek stukje van het DNA wordt dan gekopieerd en deze kopie wordt RNA genoemd. Het ligt aan omgevingsfactoren en andere signalen, wat de cel gaat doen en welk specifiek stukje van het DNA dan moet worden gekopieerd om dat specifieke RNA te verkrijgen. Denk er bijvoorbeeld aan, dat spiercellen stukjes van het DNA aflezen en die coderen voor een eiwit dat betrokken is bij spieraanspanning. Dat specifieke stukje DNA wordt niet afgelezen in een darmcel. Die heeft geen spierspannings-eiwit nodig. Het DNA wordt dus eerst afgelezen en er ontstaat dan RNA voordat er bijvoorbeeld een eiwit ontstaat.
RNA staat voor ribonucleïnezuur (in het Engels ribonucleic acid). RNA is ook een polynucleotide net zoals het DNA. Het is alleen een enkelstrengse kopie, meestal van een specifiek stukje. Het RNA bestaat ook uit nucleotiden. Deze nucleotiden hebben een suikergroep (ribose) een fosfaatgroep en stikstofbasen. De stikstofbasen van het RNA zijn cytosine (C), guanine (G), adenine (A) en uracil (U). Er zijn dus wat verschillen met het DNA. Het RNA is enkelstrengs, terwijl het DNA dubbelstrengs is. Verder heeft het RNA de suikergroep ribose en het DNA de suikergroep desoxyribose. Het RNA heeft de stikstofbasen uracil in plaats van thymine. Door een nét wat andere structuur te gebruiken, kan de cel makkelijker onderscheid maken tussen het DNA en het RNA. Het is dus een manier om de kopie en het origineel van elkaar te kunnen onderscheiden. Zie afbeelding hieronder.
Genen en niet-coderend DNA
De lengte van het menselijk DNA bestaat uit ongeveer 3.200.000.000 nucleotideparen! Specifieke stukjes van het DNA kan een gen worden genoemd. Een gen codeert voor een fysiek/functioneel stukje van een erfelijke eigenschap. Een gen is dus een afgebakend stukje van het DNA op een chromosoom dat kan coderen voor bijvoorbeeld een bepaald eiwit. Dat eiwit kan dan een specifieke functie gaan uitvoeren, die uiteindelijk betrokken is bij een erfelijke eigenschap (denk bijvoorbeeld aan een eiwit dat meehelpt aan welke haarkleur je krijgt). Een gen hoeft niet per se te coderen voor een eiwit. Eigenlijk codeert maar 1% van het DNA voor eiwitten. De overige 99% van het DNA worden de niet-coderende regionen genoemd. De niet-coderende regionen hebben ook weer andere functies, bijvoorbeeld de regulatie van de DNA-replicatie of het reguleren van de eiwitproductie. Er wordt nog steeds onderzoek gedaan naar de niet-coderende regionen van het DNA.
In deze niet-coderende regionen bevindt zich ook repetitief DNA. Dit wordt vaak gebruikt bij forensisch onderzoek en heb je vast weleens gehoord in een misdaadserie. Ze moeten DNA verzamelen om de dader te vinden. Hierbij wordt gebruikgemaakt van het repetitief DNA om de dader uiteindelijk te vinden. Repetitief DNA bestaat uit korte DNA-sequenties, die zich achter elkaar herhalen, bijvoorbeeld CACACA of AGTAAGTAAGTA. Hoe vaak deze sequentie wordt herhaald, verschilt per individu. Je kunt dus door al die repetitieve DNA-patronen te analyseren een DNA-profiel opstellen wat past bij de dader. Dit repetitief DNA ligt dus op niet-coderende regionen in het DNA en codeert dus niet direct voor een erfelijke eigenschap.
Video
Wil je een samenvatting op video zien over de opbouw van DNA? Kijk dan onderstaande video van NGbiologie.
