Genen en DNA

Eén menselijke chromosomenset bevat ongeveer 3 miljard DNA-basenparen; ongeveer 1 procent van de sequentie codeert voor eiwitten.

Instructies die van ouder op kind worden doorgegeven

Kinderen hebben vaak de oogkleur van een ouder of de neusvorm van een grootouder. Er moet iets zijn dat die informatie van de ene generatie op de volgende overdraagt, en het moet elke keer dat een cel zich deelt worden gekopieerd. Dat iets is desoxyribonucleïnezuur, kortweg DNA. NHGRI, het genoomonderzoeksinstituut van de Amerikaanse National Institutes of Health, beschrijft DNA als het molecuul dat de biologische instructies bevat die elke soort uniek maken. Die instructies worden bij de voortplanting van volwassenen aan hun nakomelingen doorgegeven.

Bij planten, dieren en schimmels (de eukaryoten) zit het meeste DNA in de celkern van elke cel. Een cel is piepklein en bevat veel lange DNA-moleculen, dus elk molecuul zit strak verpakt in een structuur die een chromosoom heet. Het DNA in de kern vormt het kerngenoom; het volledige genoom omvat ook DNA buiten de kern. Er zit ook wat DNA in de mitochondriën, de delen van de cel die energie vrijmaken, en dat DNA wordt alleen van de moeder geërfd, omdat alleen de eicel bij de bevruchting haar mitochondriën behoudt.

Vier letters op een keten van suiker en fosfaat

DNA is een keten van bouwstenen die nucleotiden heten. Elk nucleotide heeft drie delen: een fosfaatgroep, een suiker die desoxyribose heet en een van vier stikstofhoudende basen. De basen zijn adenine (A), thymine (T), guanine (G) en cytosine (C). Suikers en fosfaten wisselen elkaar af en vormen zo de lange ruggengraat, en de basen steken eruit als de tanden van een kam. De volgorde van de basen langs de keten, de sequentie, is de informatie. In het 3D-model zijn de beige kralen suikers, de oranje kralen fosfaten en de gekleurde plaatjes basen.

Volgens NHGRI bevat één menselijke chromosomenset ongeveer 3 miljard basenparen en ongeveer 20 000 eiwitcoderende genen op 23 chromosomen. Een gen is een stuk DNA met instructies voor een eiwit of functioneel RNA. Eiwitcoderende gebieden vormen ongeveer 1 procent van de DNA-sequentie. Sommige niet-coderende gebieden helpen bepalen wanneer, waar en hoeveel van elk eiwit wordt gemaakt.

Van gen naar eiwit in twee stappen

Eiwitten doen het meeste werk in het lichaam: ze bouwen haar en spieren, vervoeren zuurstof en versnellen chemische reacties. Een cel maakt in twee stappen een eiwit van een gen. Eerst leest een enzym bij de transcriptie één streng van het DNA af en bouwt er een passend molecuul boodschapper-RNA (mRNA) bij. RNA gebruikt de base uracil (U) waar DNA thymine gebruikt. Daarna leest de eiwitfabriek van de cel bij de translatie het mRNA af, drie basen tegelijk. Elke groep van drie, een codon, staat voor een van 20 soorten aminozuren of voor ‘stop’. De aminozuren worden in die volgorde aan elkaar gezet tot een eiwit.

Je kunt narekenen waarom er drie letters nodig zijn. Met twee basen per codon zijn er maar 4 × 4 = 16 combinaties, te weinig voor 20 aminozuren. Met drie zijn het er 4 × 4 × 4 = 64, ruim genoeg, en daarom betekenen meerdere codons vaak hetzelfde aminozuur. Het model op deze pagina begint met ATG, het startcodon dat voor methionine staat. Kies in het menu Weergave Transcriptie en druk op Afspelen om een mRNA-kopie langs het gen te zien groeien.