DNA-replicatie en eiwitsynthese

DNA oftewel desoxyribose-nucleïnezuur is een alom bekend fenomeen waar de informatie over ons opstaat. Het bevindt zich overal in het lichaam en is overal hetzelfde. Het DNA van iedere persoon is uniek en daarom kan het gebruikt worden om misdaden op te lossen. Het DNA in je kleine teen is hetzelfde als het DNA in je rechterschouder. Hieronder meer over de werking van DNA.

Over DNA en RNA

Een DNA-molecuul ligt opgerold om allerlei eiwitmoleculen, ze liggen spiraalvormig om elkaar heen en vormen op die manier een dubbele helix. In het DNA molecuul komen 4 verschillende stikstofbasen voor, te weten: adenine (A), guanine (G), thymine (T) en cytosine (C). Er komt een basenparing tot stand door middel van waterstofbruggen, deze waterstofbruggen worden altijd gevormd tussen adenine en thymine en tussen guanine en cytosine. Dit zijn dus vaste paren en daarom worden ze complementair genoemd. Een RNA-molecuul bestaat uit slechts één keten, het verschil met DNA is dat het monosacharide bij RNA ribose is in plaats van desoxyribose. Verder is er een verschil in stikstofbasen. Bij RNA is er geen thymine maar uracil (U).

DNA-replicatie

Voor de DNA-replicatie worden vrije nucleotiden gebruikt die een stikstofbase, desoxyribose en drie fosfaatgroepen hebben. Dit zijn dATP, dTTP, dCTP en dGTP. Deze vrije nucleotiden bevatten veel chemische energie. DNA-polymerase is een enzym dat langs de enkelvoudige nucleotideketens gaat. Er ontstaan nu waterstofbruggen tussen vrije nucleotiden en stikstofbasen, hiervoor is veel energie nodig en de vrije nucleotiden splitsen twee fosfaatgroepen af. De stoffen die nu overblijven zijn dAMP, dTMP, dCMP en dGMP. Deze nucleotiden een nieuwe complementaire keten aan een oude DNA-keten. DNA-polymerase werkt slechts in één richting van de 3'-kant naar de 5'-kant. Als je een dubbele helix hebt, heb je de ene keten die van 3' naar 5' gaat en de andere keten gaat dan andersom. DNA-polymerase begint op verschillende plekken in de helix dus het hoeft maar een deel te doen anders zou het natuurlijk veel te lang duren voordat de replicatie af is. Hierdoor krijg je kleine stukjes DNA wat aan elkaar wordt gezet door het enzym DNA-ligase.

Op de plek waar de complementaire keten aan het DNA zit neemt het DNA weer een dubbele helixvorm aan. Dit gebeurt allemaal in de S-fase van de celcyclus. Er vindt replicatie plaats aan de hele keten behalve op één plek, het zogenaamde centromeer. Hier worden de waterstofbruggen in het DNA-molecuul nog niet verbroken. Bij het begin van de mitose worden de chromosomen zichtbaar en ze spiraliseren. Elk chromosoom heeft dan 2 chromatiden die bij het centromeer aan elkaar vastzitten. Tijdens de mitose worden de 2 chromatiden uit elkaar getrokken en ze worden elk een chromosoom in een dochtercel. Hierdoor is de dochtercel hetzelfde als de moedercel.

De eiwitsynthese

Er zijn 3 typen RNA die een rol spelen bij de zogenaamde eiwitsynthese, dit zijn:

1. messengere-RNA(mRNA)
2. transfer-RNA(tRNA)
3. ribosomaal RNA(rRNA)

RRNA is een bestanddeel van ribosomen. Een ribosoom bestaat uit een klein en een groot deel. Elk deel is opgebouwd uit eiwitten en rRNA. Als het ribosoom inactief is, betekent dit dat het grote en het kleine deel gescheiden zijn. De delen kunnen aan elkaar komen door invloed van mRNA.

MRNA bevat informatie over de volgorde van de aminozuren. Het mRNA brengt deze informatie over van het DNA in de celkern naar de ribosomen die zich in het cytoplasma bevinden. De genetische code houdt in dat een mRNA molecuul deze informatie in gecodeerde vorm in zich opgeslagen heeft.

TRNA is belangrijk bij de vertaling van deze genetische code, dit noemen we translatie. Het kan een aminozuur binden waardoor een tRNA-aminozuurcomplex ontstaat. Het aminozuurmolecuul kan vervolgens pas weer vrijkomen in het ribosoom, hier kan het ingebouwd worden in een polypeptideketen.

Transcriptie

RNA wordt gevormd door de RNA-polymerase, dit is enzym gaat langs een deel van een DNA-molecuul en maakt op die manier de complementaire RNA-moleculen. Deze moleculen worden opgebouwd uit RNA-nucleotiden die in het kernplasma aanwezig zijn. RNA-polymerase kan zich op verschillende plaatsen in het DNA-molecuul plaatsen, deze plaats heet de promoter. Vaak is dit het begin van een gen, maar dit hoeft niet zo te zijn. Een promoter bevat een specifieke volgorde stikstofbasen.

Als RNA-polymerase zich eenmaal aan de promoter heeft gebonden worden in één richting de waterstofbruggen verbroken. De ketens raken los en verliezen hun spiraalvorm. De kern met de promotor heet de template-streng, de andere keten heet de coderende-streng. Vrije RNA-nucleotiden gaan zich hechten aan de template-streng. Deze moleculen verbinden zich dan met elkaar en vormt samen met de template streng van het DNA een DNA-RNA-hybride helix. Het RNA-polymerase blijft doorschuiven totdat het einde van het gen bereikt is. Daar vindt je een baseparing die het eindsignaal aangeven. Het DNA-polymerase laat dan los van het DNA. Ook het RNA-molecuul laat los en wordt naar het cytoplasma getransporteerd.

Translatie

De aminozuren worden bepaald door de volgorde van stikstofbasen in het mRNA-molecuul. Drie opeenvolgende nucleotiden zorgen voor één aminozuur, die 3 nucleotiden noemen we een codon of triplet. TRNA-moleculen zijn een klein beetje opgevouwen, omdat er basenparing plaatsvindt tussen verschillende delen van de keten. Hierdoor kan een lus naar buiten uitsteken, deze ongepaarde delen hebben een speciale functie, ze vormen een zogenaamd anticodon. Dit anticodon kan zich door middel van basenparing binden aan stikstofbasen van een specifiek codon van een mRNA-molecuul.

Het startcodon is altijd AUG, dit correspondeert met methionine, dit deel is dus in elke polypeptideketen te vinden, maar op den duur wordt het vaak weer afgesplitst. Er zijn 3 stopcodons, te weten: UAA, UAG en UGA. Deze codons geven het einde van de eiwitsynthese aan. Alle tRNA moleculen hebben aan één uiteinde dezelfde 3 ongepaarde nucleotiden: CCA. Hieraan kan één specifiek aminozuurmolecuul binden. Dit vindt plaats onder invloed van een enzym.

Een ribosoom heeft 2 actieve centra: de A-plaats en de P-plaats. Elk codon passeert eerst de A-plaats en daarna pas de P-plaats. Aan elk codon kan zich bij de A-plaats een specifiek tRNA-aminozuurcomplex binden. Het anticodon hiervan moet complementair zijn aan het codon van mRNA, want anders kunnen er geen waterstofbruggen vormen.

In het endoplasmatisch reticulum, ook wel ER genoemd, liggen heel veel ribosomen. Het ER is een netwerk van dubbele membranen die bijna tegen elkaar aanliggen zodat holten en kanaaltjes ontstaan. Door het ER kan stoffentransport binnen de cel plaatsvinden. Als het stopcodon wordt bereikt komt er aan het einde van het mRNA een speciaal molecuul genaamd de termination factor. Hierdoor wordt de polypeptideketen losgemaakt en is de eiwitsynthese voltooid. Veel van deze ketens moeten nog andere veranderingen ondergaan voordat ze echt een werkend eiwit worden.

Veel eiwitten krijgen pas in het Golgi-systeem hun uiteindelijke vorm. Het Golgi-systeem is een soort distributiecentrum in de cel dat bestaat uit een opeenstapeling van platte blaasjes die elk omgeven zijn door een membraan. Pre-eiwitten zijn eiwitten die pas gaan werken als ze buiten de cel gekomen zijn en daar reageren met andere stoffen.