Structuur van het menselijke DNA

Eerst in 1953 werd de structuur van het DNA in kaart gebracht. De erfelijke code op de chromosomen bestaat uit desoxyribonucleïnezuur (DNA). Daarnaast bevatten ze echter ook nog tal van eiwitten, die heel uiteenlopende functies hebben. Bij de vorming van het DNA worden gigantische aantallen nucleotiden draadvormig aan elkaar geregen om een soort keten te vormen. Die bevat aan zijn ene zijde een monotone herhaling van telkens een suiker- en een fosforzuur en aan zijn andere zijde een willekeurige opeenvolging van vier soorten basen.

• De bouwstenen van het DNA
• Dubbele spiraalvorming
• Ondersteunende eiwitten

De bouwstenen van het DNA

Het DNA is een polymeer, wat inhoudt dat het is opgebouwd uit vele individuele monomeren die chemisch met elkaar verbonden zijn. De basiseenheid van een DNA-molecule wordt een nucleotide genoemd. Een strook DNA heet dan ook een polynucleotide. Eén zo'n nucleotide bestaat zelf ook weer uit een aantal vaste onderdelen: een suiker, een stikstofhoudende base en een fosforzuur. De suikermolecule die in het DNA aanwezig is, wordt een desoxyribose genoemd, vandaar de letter D in het woord DNA. Van de stikstofhoudende basen komen er vier varianten voor: cytosine, guanine, adenine en thymine. Veelal worden ze in het kort aangeduid met hun eerste letter: C, G, A en T. Uiteindelijk zullen zij het zijn die, door hun onderlinge opeenvolging, de erfelijke code gestalte geven. Ze worden op hun plaats gehouden doordat ze in verbinding staan met een suiker, maar het zijn uiteindelijk de fosforzuurmoleculen die - door zich telkens aan twee opeenvolgende suikers te binden - het geheel een vaste structuur meegeven.

Chromosomen

De lengte van die keten en de onderlinge volgorde van de vier basen is zeer variabel. Elk van de 46 menselijke chromosomen bevat vele miljoenen nucleotiden. Op iedere willekeurige plaats kan er een A, een T, een C of een G voorkomen. Dit levert onnoemlijk veel combinatiemogelijkheden op. Door de manier waarop de nucleotiden chemisch samengevoegd worden, kan men een onderscheid maken tussen het begin en het einde van zo'n keten. Een specifiek stukje (gen) uit de DNA keten bevat de code die nodig is om een bepaalde eigenschap tot ontwikkeling te brengen. Tevens is het van groot belang dat de code in de juiste richting 3-5 wordt afgelezen.

Dubbele spiraalvorming

De gespiraliseerde DNA-ketting kan men vergelijken met een om zijn eigen as gedraaide touwladder, waarvan de treden bestaan uit twee onderling verbonden basen en de touwen uit een reeks herhalingen van telkens een fosforzuur en een suiker. Elke chromatinedraad is deswege opgebouwd uit twee van die ketens, die via de basen stevig aan elkaar vastzitten. Beide zijn volledig complementair, in die zin dat er tegenover een adenine steeds een thymine komt te zitten en tegenover een cytosine een guanine.
Deze tegenoverliggende basen zijn aan elkaar vastgehecht door waterstofbruggen. Dit zijn chemische verbindingen die de twee nucleotidenketens stevig aan elkaar vastbinden, maar die desgewenst gemakkelijk terug ontkoppeld kunnen worden. De basen gevormd door de letters A, T, G en C liggen aan de binnenkant van de spiraal tegen elkaar aan, terwijl de suikers en de fosforzuurverbindingen aan de buitenkant gelegen zijn. De touwladder zit spiraalvormig ineengedraaid, waarbij iedere omwenteling tien basenparen bevat. De twee strengen waaruit de spiraal bestaat, zijn antiparallel: de ene loopt van het 3 naar het 5-uiteinde, de andere van 5 naar 3.

Ondersteunende eiwitten

Naast DNA bevatten de chromosomen diverse soorten eiwitten. Het geheel van nucleïnezuren (DNA) en eiwitten waaruit de chromosomen zijn opgebouwd, noemt men chromatine die verschillende vormen kan aannemen. Eén van de belangrijkste eiwitten zijn de basische histonen, waaromheen de dubbele DNA-streng gewikkeld zit. Deze histonen, die zijn vooral betrokken bij de vorming van het concrete uitzicht van de chromatinedraden, zien er uit als een spoel, waar omheen telkens op vaste afstanden een stukje van de DNA-ketting gedraaid zit. Het DNA krijgt daardoor het uitzicht van een draad met knoopjes erin. Op deze wijze wordt de globale lengte met een factor zes ingekort. Het geheel wordt dan vervolgens nog eens strak ingedraaid, waardoor een dikkere draad van zo'n 30 nanometer dik ontstaat. Ter vergelijking de dikte van de oorspronkelijke DNA-ketting is slechts 2 nanometer. Het is in die vorm dat de chromatine vervat zit in de kern van een werkende cel. In het geval dat de cel zich voorbereid om te gaan delen, zijn het andere eiwitten die voor de verdere compactering zullen zorgen. In feite bestaan histonen uit een kern van aminozuren, waarop een aantal staarten vastzitten. Nu kunnen op deze staarten verschillende chemische moleculen op een nog te ontrafelen manier vastgemaakt worden. Daarnaast bevinden zich op en rond het DNA echter nog vele andere soorten, die uiteenlopende functies vervullen.

Functies van de eiwitten

De functies van deze eiwitten kunnen onder meer worden onderscheiden in:

• het selecteren van stukjes DNA in de cel die op een gegeven moment effectief gebruikt zullen worden
• het openmaken van de DNA-streng als er iets uit overgeschreven moet worden
• het controleren en zo nodig het corrigeren van beschadigd DNA

Lees verder

• Indeling van het menselijke DNA