Desoxyribonucleïnezuur

DNA, kort voor desoxyribonucleïnezuur, is het molecuul dat de genetische code van organismen bevat. Dit omvat dieren, planten, protisten, archaea en bacteriën.

DNA zit in elke cel van het organisme en vertelt de cellen welke eiwitten ze moeten maken. Meestal zijn deze eiwitten enzymen. DNA wordt door kinderen geërfd van hun ouders. Daarom delen kinderen eigenschappen met hun ouders, zoals huid, haar en kleur van de ogen. Het DNA in een persoon is een combinatie van het DNA van elk van hun ouders.

Een deel van het DNA van een organisme is "niet-coderende DNA" sequenties. Ze coderen niet voor eiwitsequenties. Sommige niet-coderende DNA wordt getranscribeerd in niet-coderende RNA-moleculen, zoals transfer-RNA, ribosomaal RNA en regulatoir RNA. Andere sequenties worden helemaal niet getranscribeerd, of geven aanleiding tot RNA van onbekende functie. De hoeveelheid niet-coderend DNA verschilt sterk per soort. Zo is bijvoorbeeld meer dan 98% van het menselijk genoom niet-coderend DNA, terwijl slechts ongeveer 2% van een typisch bacterieel genoom niet-coderend DNA is.

Virussen gebruiken DNA of RNA om organismen te infecteren. De genoomreplicatie van de meeste DNA-virussen vindt plaats in de celkern, terwijl RNA-virussen zich meestal in het cytoplasma repliceren.

De structuur van een deel van een dubbele DNA-helix
De structuur van een deel van een dubbele DNA-helix

Chemische structuur van DNA. De fosfaatgroepen zijn geel, de desoxyribonucleïnezuren zijn oranje en de stikstofbasissen zijn groen, paars, roze en blauw. De getoonde atomen zijn: P=fosfor O=zuurstof =stikstof H=waterstof
Chemische structuur van DNA. De fosfaatgroepen zijn geel, de desoxyribonucleïnezuren zijn oranje en de stikstofbasissen zijn groen, paars, roze en blauw. De getoonde atomen zijn: P=fosfor O=zuurstof =stikstof H=waterstof

DNA dat wordt gekopieerd
DNA dat wordt gekopieerd

De structuur van een deel van een dubbele DNA-helix
De structuur van een deel van een dubbele DNA-helix

Chemische structuur van DNA. De fosfaatgroepen zijn geel, de desoxyribonucleïnezuren zijn oranje en de stikstofbasissen zijn groen, paars, roze en blauw. De getoonde atomen zijn: P=fosfor O=zuurstof =stikstof H=waterstof
Chemische structuur van DNA. De fosfaatgroepen zijn geel, de desoxyribonucleïnezuren zijn oranje en de stikstofbasissen zijn groen, paars, roze en blauw. De getoonde atomen zijn: P=fosfor O=zuurstof =stikstof H=waterstof

DNA dat wordt gekopieerd
DNA dat wordt gekopieerd

Structuur van het DNA

Het DNA heeft een dubbele helixvorm, die als een tot een spiraal gedraaide ladder is. Elke trede van de ladder is een paar nucleotiden.

Nucleotiden

Een nucleotide is een molecuul dat bestaat uit:

  • deoxyribose, een soort suiker met 5 koolstofatomen,
  • een fosfaatgroep gemaakt van fosfor en zuurstof, en
  • stikstofhoudende basis

Het DNA is gemaakt van vier soorten nucleotide:

  • Adenine (A)
  • Thymine (T)
  • Cytosine (C)
  • Guanine (G)

De 'sporten' van de DNA-ladder zijn elk gemaakt van twee basen, een basis die uit elk been komt. De basen verbinden in het midden: 'A' alleen paren met 'T', en 'C' alleen paren met 'G'. De basen worden bij elkaar gehouden door waterstofbruggen.

Adenine (A) en thymine (T) kunnen worden gekoppeld omdat ze twee waterstofbruggen maken, en cytosine (C) en guanine (G) kunnen worden gekoppeld om drie waterstofbruggen te maken. Hoewel de basen altijd in vaste paren zijn, kunnen de paren in elke willekeurige volgorde komen (A-T of T-A; zo ook C-G of G-C). Op deze manier kan het DNA 'codes' schrijven uit de 'letters' die de basen zijn. Deze codes bevatten de boodschap die de cel vertelt wat hij moet doen.

Chromatine

Op chromosomen is het DNA gebonden aan eiwitten die histon-eiwitten worden genoemd om chromatine te vormen. Deze associatie neemt deel aan epigenetica en genregulatie. Genen worden in- en uitgeschakeld tijdens de ontwikkeling en de celactiviteit, en deze regulatie is de basis van het grootste deel van de activiteit die in de cellen plaatsvindt.

Structuur van het DNA

Het DNA heeft een dubbele helixvorm, die als een tot een spiraal gedraaide ladder is. Elke trede van de ladder is een paar nucleotiden.

Nucleotiden

Een nucleotide is een molecuul dat bestaat uit:

  • deoxyribose, een soort suiker met 5 koolstofatomen,
  • een fosfaatgroep gemaakt van fosfor en zuurstof, en
  • stikstofhoudende basis

Het DNA is gemaakt van vier soorten nucleotide:

  • Adenine (A)
  • Thymine (T)
  • Cytosine (C)
  • Guanine (G)

De 'sporten' van de DNA-ladder zijn elk gemaakt van twee basen, een basis die uit elk been komt. De basen verbinden in het midden: 'A' alleen paren met 'T', en 'C' alleen paren met 'G'. De basen worden bij elkaar gehouden door waterstofbruggen.

Adenine (A) en thymine (T) kunnen worden gekoppeld omdat ze twee waterstofbruggen maken, en cytosine (C) en guanine (G) kunnen worden gekoppeld om drie waterstofbruggen te maken. Hoewel de basen altijd in vaste paren zijn, kunnen de paren in elke willekeurige volgorde komen (A-T of T-A; zo ook C-G of G-C). Op deze manier kan het DNA 'codes' schrijven uit de 'letters' die de basen zijn. Deze codes bevatten de boodschap die de cel vertelt wat hij moet doen.

Chromatine

Op chromosomen is het DNA gebonden aan eiwitten die histon-eiwitten worden genoemd om chromatine te vormen. Deze associatie neemt deel aan epigenetica en genregulatie. Genen worden in- en uitgeschakeld tijdens de ontwikkeling en de celactiviteit, en deze regulatie is de basis van het grootste deel van de activiteit die in de cellen plaatsvindt.

DNA kopiëren

Wanneer DNA wordt gekopieerd, wordt dit DNA-replicatie genoemd. Kort gezegd worden de waterstofbruggen die de gepaarde basen bij elkaar houden, gebroken en wordt het molecuul in tweeën gesplitst: de benen van de ladder worden van elkaar gescheiden. Dit geeft twee enkele strengen. Nieuwe strengen worden gevormd door de basen (A met T en G met C) te matchen om de ontbrekende strengen te maken.

Ten eerste, een enzym genaamd DNA helicase splitst het DNA in het midden door het breken van de waterstofbruggen. Dan nadat de DNA-molecule in twee afzonderlijke stukken is, maakt een andere molecule genaamd DNA-polymerase een nieuwe streng die overeenkomt met elk van de strengen van de gespleten DNA-molecule. Elke kopie van een DNA-molecule is gemaakt van de helft van de originele (beginnende) molecule en de helft van nieuwe basen.

Mutaties

Wanneer DNA wordt gekopieerd, worden er soms fouten gemaakt - dit worden mutaties genoemd. Er zijn drie hoofdtypen mutaties:

  • Schrapping, waarbij één of meer bases zijn weggelaten.
  • Substitutie, waarbij een of meer bases worden vervangen door een andere base in de reeks.
  • Invoeging, waarbij een of meer extra voetjes worden geplaatst.
    • Duplicatie, waarbij een opeenvolging van basenparen wordt herhaald.

Mutaties kunnen ook worden ingedeeld naar hun effect op de structuur en functie van eiwitten, of hun effect op de conditie. Mutaties kunnen slecht zijn voor het organisme, of neutraal, of van voordeel. Soms zijn mutaties fataal voor het organisme - het eiwit dat door het nieuwe DNA wordt gemaakt werkt helemaal niet, en dit zorgt ervoor dat het embryo afsterft. Aan de andere kant wordt de evolutie vooruitgeholpen door mutaties, wanneer de nieuwe versie van het eiwit beter werkt voor het organisme.

DNA kopiëren

Wanneer DNA wordt gekopieerd, wordt dit DNA-replicatie genoemd. Kort gezegd worden de waterstofbruggen die de gepaarde basen bij elkaar houden, gebroken en wordt het molecuul in tweeën gesplitst: de benen van de ladder worden van elkaar gescheiden. Dit geeft twee enkele strengen. Nieuwe strengen worden gevormd door de basen (A met T en G met C) te matchen om de ontbrekende strengen te maken.

Ten eerste, een enzym genaamd DNA helicase splitst het DNA in het midden door het breken van de waterstofbruggen. Dan nadat de DNA-molecule in twee afzonderlijke stukken is, maakt een andere molecule genaamd DNA-polymerase een nieuwe streng die overeenkomt met elk van de strengen van de gespleten DNA-molecule. Elke kopie van een DNA-molecule is gemaakt van de helft van de originele (beginnende) molecule en de helft van nieuwe basen.

Mutaties

Wanneer DNA wordt gekopieerd, worden er soms fouten gemaakt - dit worden mutaties genoemd. Er zijn vier hoofdtypen mutaties:

  • Schrapping, waarbij één of meer bases zijn weggelaten.
  • Substitutie, waarbij een of meer bases worden vervangen door een andere base in de reeks.
  • Invoeging, waarbij een of meer extra voetjes worden geplaatst.
    • Duplicatie, waarbij een opeenvolging van basenparen wordt herhaald.

Mutaties kunnen ook worden ingedeeld naar hun effect op de structuur en functie van eiwitten, of hun effect op de conditie. Mutaties kunnen slecht zijn voor het organisme, of neutraal, of van voordeel. Soms zijn mutaties fataal voor het organisme - het eiwit dat door het nieuwe DNA wordt gemaakt werkt helemaal niet, en dit zorgt ervoor dat het embryo afsterft. Aan de andere kant wordt de evolutie vooruitgeholpen door mutaties, wanneer de nieuwe versie van het eiwit beter werkt voor het organisme.


Eiwitsynthese

Een gedeelte van het DNA dat instructies bevat om een eiwit te maken, wordt een gen genoemd. Elk gen heeft de sequentie voor minstens één polypeptide. Eiwitten vormen structuren, en vormen ook enzymen. De enzymen doen het meeste werk in de cellen. Eiwitten worden gemaakt van kleinere polypeptiden, die worden gevormd door aminozuren. Om een eiwit te maken voor een bepaald werk, moeten de juiste aminozuren in de juiste volgorde worden samengevoegd.

Eiwitten worden gemaakt door kleine machines in de cel die ribosomen worden genoemd. Ribosomen zitten in het hoofdlichaam van de cel, maar DNA zit alleen in de kern van de cel. Het codon maakt deel uit van het DNA, maar het DNA verlaat de kern nooit. Omdat DNA de kern niet kan verlaten, maakt de cel een kopie van de DNA-sequentie in RNA. Deze is kleiner en kan door de gaten - de poriën - in het membraan van de kern en in de cel terechtkomen.

Genen gecodeerd in DNA worden getranscribeerd in boodschapper-RNA (mRNA) door eiwitten zoals RNA-polymerase. Volwassen mRNA wordt dan gebruikt als een sjabloon voor eiwitsynthese door het ribosoom. Ribosomen lezen codons, 'woorden' die bestaan uit drie basenparen die het ribosoom vertellen welk aminozuur moet worden toegevoegd. Het ribosoom scant langs een mRNA, waarbij het de code leest terwijl het eiwit maakt. Een ander RNA genaamd tRNA helpt het juiste aminozuur aan elk codon te koppelen.

Eiwitsynthese

Een gedeelte van het DNA dat instructies bevat om een eiwit te maken, wordt een gen genoemd. Elk gen heeft de sequentie voor minstens één polypeptide. Eiwitten vormen structuren, en vormen ook enzymen. De enzymen doen het meeste werk in de cellen. Eiwitten worden gemaakt van kleinere polypeptiden, die worden gevormd door aminozuren. Om een eiwit te maken voor een bepaald werk, moeten de juiste aminozuren in de juiste volgorde worden samengevoegd.

Eiwitten worden gemaakt door kleine machines in de cel die ribosomen worden genoemd. Ribosomen zitten in het hoofdlichaam van de cel, maar DNA zit alleen in de kern van de cel. Het codon maakt deel uit van het DNA, maar het DNA verlaat de kern nooit. Omdat DNA de kern niet kan verlaten, maakt de celkern een kopie van de DNA-sequentie in RNA. Deze is kleiner en kan door de gaten - poriën - in het membraan van de celkern naar buiten komen.

Genen gecodeerd in DNA worden getranscribeerd in boodschapper-RNA (mRNA) door eiwitten zoals RNA-polymerase. Volwassen mRNA wordt dan gebruikt als een sjabloon voor eiwitsynthese door het ribosoom. Ribosomen lezen codons, 'woorden' die bestaan uit drie basenparen die het ribosoom vertellen welk aminozuur moet worden toegevoegd. Het ribosoom scant langs een mRNA, waarbij het de code leest terwijl het eiwit maakt. Een ander RNA genaamd tRNA helpt het juiste aminozuur aan elk codon te koppelen.

Geschiedenis van het DNA-onderzoek

Het DNA werd voor het eerst geïsoleerd (geëxtraheerd uit cellen) door de Zwitserse arts Friedrich Miescher in 1869, toen hij werkte aan bacteriën uit de etter in chirurgisch verband. De molecule werd gevonden in de kern van de cellen en dus noemde hij het nucleïne.

In 1928 ontdekte Frederick Griffith dat eigenschappen van de "gladde" vorm van Pneumococcus konden worden overgedragen op de "ruwe" vorm van dezelfde bacterie door het mengen van gedode "gladde" bacteriën met de levende "ruwe" vorm. Dit systeem leverde de eerste duidelijke suggestie op dat DNA genetische informatie bevat.

Het Avery-MacLeod-McCarty experiment identificeerde DNA als het transformerende principe in 1943.

De rol van DNA in de erfelijkheid werd bevestigd in 1952, toen Alfred Hershey en Martha Chase in het Hershey-Chase experiment aantoonden dat DNA het genetisch materiaal van de T2-bacterie is.

In de jaren vijftig vond Erwin Chargaff dat de hoeveelheid thymine (T) in een DNA-molecuul ongeveer gelijk was aan de hoeveelheid adenine (A) die aanwezig was. Hij vond dat hetzelfde geldt voor guanine (G) en cytosine (C). Chargaff's regels vat deze bevinding samen.

In 1953 stelden James D. Watson en Francis Crick voor wat nu wordt geaccepteerd als het eerste correcte dubbele-helix model van de DNA-structuur in het tijdschrift Nature. Hun dubbel-helix, moleculair model van DNA, was toen gebaseerd op een enkel röntgendiffractiebeeld "Foto 51", genomen door Rosalind Franklin en Raymond Gosling in mei 1952.

Experimenteel bewijs ter ondersteuning van het Watson en Crick model werd gepubliceerd in een reeks van vijf artikelen in hetzelfde nummer van Nature. Hiervan was Franklin en Gosling's paper de eerste publicatie van hun eigen röntgendiffractiegegevens en originele analysemethode die het Watson en Crick model gedeeltelijk ondersteunde; dit nummer bevatte ook een artikel over de DNA-structuur door Maurice Wilkins en twee van zijn collega's, wiens analyse en in vivo B-DNA röntgenpatronen ook de aanwezigheid in vivo van de dubbelhelicale DNA-configuraties zoals voorgesteld door Crick en Watson voor hun dubbel-helix moleculair model van DNA in de vorige twee pagina's van Nature ondersteunde. In 1962, na de dood van Franklin, ontvingen Watson, Crick en Wilkins gezamenlijk de Nobelprijs voor Fysiologie of Geneeskunde. Nobelprijzen werden destijds alleen toegekend aan levende personen. Er wordt nog steeds gediscussieerd over de vraag wie de eer moet krijgen voor de ontdekking.

In 1957 verklaarde Crick de relatie tussen DNA, RNA en eiwitten in het centrale dogma van de moleculaire biologie.

Hoe het DNA werd gekopieerd (het replicatiemechanisme) kwam in 1958 door het Meselson-Stahl experiment. Meer werk van Crick en collega's toonde aan dat de genetische code gebaseerd was op niet-overlappende drieling van basen, codons genaamd. Deze bevindingen vertegenwoordigen de geboorte van de moleculaire biologie.

Hoe Watson en Crick aan Franklin's resultaten kwamen is veel besproken. Crick, Watson en Maurice Wilkins kregen in 1962 de Nobelprijs voor hun werk aan DNA - Rosalind Franklin was in 1958 overleden.

James D. Watson en Francis Crick (rechts), met Maclyn McCarty (links)
James D. Watson en Francis Crick (rechts), met Maclyn McCarty (links)

Geschiedenis van het DNA-onderzoek

Het DNA werd voor het eerst geïsoleerd (geëxtraheerd uit cellen) door de Zwitserse arts Friedrich Miescher in 1869, toen hij werkte aan bacteriën uit de etter in chirurgisch verband. De molecule werd gevonden in de kern van de cellen en dus noemde hij het nucleïne.

In 1928 ontdekte Frederick Griffith dat eigenschappen van de "gladde" vorm van Pneumococcus konden worden overgedragen op de "ruwe" vorm van dezelfde bacterie door het mengen van gedode "gladde" bacteriën met de levende "ruwe" vorm. Dit systeem leverde de eerste duidelijke suggestie op dat DNA genetische informatie bevat.

Het Avery-MacLeod-McCarty experiment identificeerde DNA als het transformerende principe in 1943.

De rol van DNA in de erfelijkheid werd bevestigd in 1952, toen Alfred Hershey en Martha Chase in het Hershey-Chase experiment aantoonden dat DNA het genetisch materiaal van de T2-bacterie is.

In de jaren vijftig vond Erwin Chargaff dat de hoeveelheid thymine (T) in een DNA-molecuul ongeveer gelijk was aan de hoeveelheid adenine (A) die aanwezig was. Hij vond dat hetzelfde geldt voor guanine (G) en cytosine (C). Chargaff's regels vat deze bevinding samen.

In 1953 stelden James D. Watson en Francis Crick voor wat nu wordt geaccepteerd als het eerste correcte dubbele-helix model van de DNA-structuur in het tijdschrift Nature. Hun dubbel-helix, moleculair model van DNA, was toen gebaseerd op een enkel röntgendiffractiebeeld "Foto 51", genomen door Rosalind Franklin en Raymond Gosling in mei 1952.

Experimenteel bewijs ter ondersteuning van het Watson en Crick model werd gepubliceerd in een reeks van vijf artikelen in hetzelfde nummer van Nature. Hiervan was Franklin en Gosling's paper de eerste publicatie van hun eigen röntgendiffractiegegevens en originele analysemethode die het Watson en Crick model gedeeltelijk ondersteunde; dit nummer bevatte ook een artikel over de DNA-structuur door Maurice Wilkins en twee van zijn collega's, wiens analyse en in vivo B-DNA röntgenpatronen ook de aanwezigheid in vivo van de dubbelhelicale DNA-configuraties zoals voorgesteld door Crick en Watson voor hun dubbel-helix moleculair model van DNA in de vorige twee pagina's van Nature ondersteunden. In 1962, na de dood van Franklin, ontvingen Watson, Crick en Wilkins gezamenlijk de Nobelprijs voor Fysiologie of Geneeskunde. Nobelprijzen werden destijds alleen toegekend aan levende personen. Er wordt nog steeds gediscussieerd over de vraag wie de eer moet krijgen voor de ontdekking.

In 1957 verklaarde Crick de relatie tussen DNA, RNA en eiwitten in het centrale dogma van de moleculaire biologie.

Hoe het DNA werd gekopieerd (het replicatiemechanisme) kwam in 1958 door het Meselson-Stahl experiment. Meer werk van Crick en collega's toonde aan dat de genetische code gebaseerd was op niet-overlappende drieling van basen, codons genaamd. Deze bevindingen vertegenwoordigen de geboorte van de moleculaire biologie.

Hoe Watson en Crick aan Franklin's resultaten kwamen is veel besproken. Crick, Watson en Maurice Wilkins kregen in 1962 de Nobelprijs voor hun werk aan DNA - Rosalind Franklin was in 1958 overleden.

James D. Watson en Francis Crick (rechts), met Maclyn McCarty (links)
James D. Watson en Francis Crick (rechts), met Maclyn McCarty (links)

DNA- en privacybelangen

De politie in de Verenigde Staten gebruikte DNA- en stamboomdatabases om koude zaken op te lossen. De AmerikaanseUnie voor BurgerlijkeVrijheden heeft haar bezorgdheid over deze praktijk geuit.

DNA- en privacybelangen

De politie in de Verenigde Staten gebruikte DNA- en stamboomdatabases om koude zaken op te lossen. De Amerikaanse Unie voor Burgerlijke Vrijheden heeft haar bezorgdheid over deze praktijk geuit.

Gerelateerde pagina's

Gerelateerde pagina's


AlegsaOnline.com - 2020 / 2021 - License CC3