DNA de informatiedrager van ons lichaam

DNA (een afkorting van Deoxyribo Nucleic Acid - deoxyribonucleïnezuur, vaak ook desoxyribonucleïnezuur genoemd) is een dimere macromolecule dat in levende wezens de drager is van erfelijke informatie. Sommige soorten virussen gebruiken het verwante RNA als drager van erfelijke informatie.

Het DNA wordt in levende cellen gelezen en via diverse stappen leidt dit tot de aanmaak van eiwitten in de cel. Bij de voortplanting wordt (een deel van) het DNA doorgegeven aan het nageslacht, door middel van chromosomen.

Erfelijke informatie gedragen door het DNA

DNA is de drager van erfelijke informatie. Op het DNA liggen de afzonderlijke genen. Eén gen bevat over het algemeen de instructies voor het aanmaken van één bepaald soort eiwit. De eiwitten zijn uiteindelijk bepalend voor de biochemische activiteiten van de cel.

Het aantal genen kan per organisme verschillen. Planten hebben de meeste genen, rond de 50 duizend. Zoogdieren als de mens, de muis en de rat hebben ongeveer 25 duizend genen, insecten en wormen tussen de 10 duizend en 20 duizend genen. Alle genen van een organisme worden samen het genoom genoemd.

Bij normale celdeling (mitose) wordt het DNA in de oorspronkelijke cel gekopieerd, en elke dochtercel krijgt een kopie van het het totale genoom. Bij meiose, een vorm van celdeling waarbij de geslachtscellen (gameten) ontstaan, krijgt elke dochtercel slechts de helft van de DNA in de moedercel. Omdat geslachtscellen als ze versmelten ook hun DNA samenvoegen, heeft het nieuwe organisme dat hieruit ontstaat, weer de normale hoeveelheid DNA. De eigenschappen van het nieuwe organisme, zoals vastgelegd in het DNA, zijn op deze wijze van beide ouders afkomstig.

Het DNA bij onze dieren

"Hogere" organismen (eukaryoten: planten, dieren, schimmels en protisten) hebben in elke cel een celkern (nucleus - vandaar ook nucleïnezuur) waarin het DNA zich bevindt. Het DNA is verdeeld in een aantal afzonderlijke strengen. De strengen vormen in de celkern chromosomen. Een chromosoom is een complex van DNA en specifieke eiwitten die histonen worden genoemd.

Chromosomen komen in het algemeen voor in paren: elke cel heeft twee exemplaren van elk chromosoom. Een soort heeft over het algemeen een vast aantal chromosomen. De mens heeft 46 chromosomen, dat wil zeggen 2 maal 23, meestal geschreven als 2n=46. Geslachtscellen hebben van elk chromosoom slechts één exemplaar: 1n chromosomen, bij de mens is dat dus 23.

 

 

 

 

 

 

 

 

Hier zie je hoe de chromosomen uit de celkern komen, die chromosomen zijn opgebouwd uit DNA.

Er zijn uitzonderingen op de regel dat bij een soort het aantal chromosomen van alle individuen hetzelfde is. Soms treedt verdubbeling op en ontstaan polyploïden en soms wordt er zelfs een potje van gemaakt zoals bij veldbeemdgras waar het aantal chromosomen van plant tot plant varieert van 28 tot meer dan 100. Veldbeemdgras kan zich dan ook moeilijk geslachtelijk vermeerderen en vermeerdert zich hoofdzakelijk door apomixie.

Buiten de celkern komt in sommige organellen ook DNA voor. Alle eukaryote cellen hebben mitochondriën met eigen DNA en bij planten wordt in verschillende soorten plastiden zoals bladgroenkorrels DNA gevonden. Men gaat er van uit dat deze organellen in de loop van de evolutie zijn ontstaan door opname van complete andere cellen in de eukaryote cel. Niet alle organellen hebben eigen DNA. Dit extranucleair DNA wordt bij geslachtelijke voortplanting alleen via de vrouwelijke lijn doorgegeven. Van een mannelijke voortplantingscel versmelt alleen het DNA uit de celkern met het DNA van de eicel. De zo ontstane zygote gebruikt de celorganellen uit de eicel.

De chemische structuur van DNA

Een DNA-molecuul bestaat uit twee lange ketens of strengen die precies als puzzelstukjes in elkaar passen. Elk van deze twee strengen heeft een ruggengraat van afwisselend deoxyribose (een suiker) en een fosfaatgroep. De fosfaatgroepen zitten aangesloten op de zogenaamde 5'- en de 3'-posities van de deoxyribosegroep. Aan iedere deoxyribose-groep zit op de 1'-positie een van de vier basen: Adenine (A), Thymine (T), Cytosine (C) of Guanine (G). De A in een streng past tegenover de T in de tegenoverliggende streng en de G past tegenover de C. Hoewel er dus maar vier verschillende 'codeletters' zijn is het aantal mogelijke lettercombinaties van een stukje DNA van slechts honderd van deze zogenaamde baseparen al astronomisch groot. Een voorbeeld van de basevolgorde in een stukje DNA is:

5'---ATGCCGTTAGACCGTTAGCGGACCTGAC→3'
3'←TACGGCAATCTGGCAATCGCCTGGACTG---5'

De twee strengen van het DNA hebben ieder een eigen richting en lopen tegengesteld (antiparallel) van elkaar. In de afbeelding is dit enigszins zichtbaar gemaakt:


Hier zie je de dubbele helix structuur.

In de linker streng zit de 5'-positie van de deoxyribosegroep van boven; en de 3'-positie van onder. Zoals gezegd, zijn de 5'- en de 3'-posities de posities waaraan de fosfaatgroepen zijn bevestigd. In de rechter streng is het andersom, daar zitten de deoxyribosegroepen bij wijze van spreken 'op z'n kop'. De linker streng heeft dus de 5'-->3' richting, en de rechter streng staat in de 3'-->5' richting afgebeeld (van boven naar onder). De terminologie van 5'-->3' en 3'-->5' is met name van belang in beschrijvingen van de DNA-replicatie.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Hier zie je een dubbele streng DNA met de verschillende aminozuren (Adenine (A), Thymine (T), Cytosine (C) of Guanine (G)) die samen een geheel vormen.

De twee strengen die precies op elkaar passen en het DNA-molecuul vormen, worden wel complementaire strengen genoemd. Deze strengen samen vormen een dubbele helix, de vorm van een spiraal of wenteltrap. De twee strengen worden bij elkaar gehouden door zwakke waterstofbruggen. Twee tussen A en T en drie tussen C en G.

Hoe gaat DNA zich vermenigvuldigen?

DNA replicatie of DNA-synthese is het proces waarbij het dubbelstrengs DNA gecopiëerd wordt. Het enzym DNA-polymerase kan echter het eind van het chromosoom niet repliceren, omdat het voortijdig van het DNA afvalt. Aan het eind van een chromosoom zit een telomeer dat uit enkelstrengs DNA bestaat en bij elke celdeling korter wordt. Het bestaat uit repeterende stukjes DNA dat de belangrijke genen beschermt tegen het korter worden van de chromosomen.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 
Hier wordt een dubbel strengig DNA ontkoppeld en omgevormd tot enkelvoudig DNA, deze worden dan weer omgevormd tot dubbel strengig DNA

Er worden bij de replicatie drie stappen onderscheiden: initiatie, replicatie en terminatie. Voorafgaand aan de celdelingen, meiose of mitose, gaan de strengen tijdens de interfase uit elkaar en kan een nieuw DNA-molecuul gevormd worden doordat zich op de sense streng een complementaire streng vormt. Replicatie gebeurt in de 5'-> 3' richting. De twee strengen van een DNA molecuul worden dus in tegenovergestelde richting gerepliceerd. De replicatie begint op vaste plaatsen op het DNA, de zogenaamde 'origin of replication'.
Dit wordt semiconservatieve replicatie genoemd. De nieuwe dubbelstrengs DNA moleculen zijn bijna helemaal gelijk aan de oorspronkelijke streng, maar soms treden er afwijkingen (mutaties) op.

Als het DNA zonder controle van het lichaam gaat vermenigvuldigen dan spreken we van kanker