DNA, of deoxyribonucleïnezuur, is het universele genetische materiaal dat de erfelijke informatie opslaat en doorgeeft die essentieel is voor het leven. Het is de blauwdruk voor elk eiwit dat je lichaam produceert en de basis van alle biologische diversiteit.

Structuur van DNA

DNA is een lang polymeer van nucleotiden. Elke nucleotide bevat een suiker met vijf koolstofatomen (deoxyribose), een fosfaatgroep en een stikstofbase. De vier basen – adenine (A), cytosine (C), guanine (G) en thymine (T) – zijn verdeeld in purines (A, G) met twee ringen en pyrimidines (C, T) met één ring.

In de natuur bestaat DNA uit twee complementaire strengen die via waterstofbruggen paren en zo de klassieke dubbele helix vormen. De twee strengen van de helix lopen antiparallel, wat betekent dat de ene streng 5’ → 3’ loopt, terwijl de andere 3’ → 5’ loopt.

Basiskoppelingsregels

Adenine paren uitsluitend met thymine (A – T) en cytosine paren uitsluitend met guanine (C – G). Deze één-op-één koppeling zorgt ervoor dat als de sequentie van één streng bekend is, de complementaire sequentie kan worden afgeleid.

De cellulaire locaties van DNA

Bij prokaryoten is DNA vrij in het cytoplasma; bij eukaryoten bevindt het zich in de kern, georganiseerd in 46 chromosomen (23 van elke ouder). Chromosomen zijn zichtbaar onder een microscoop en zijn genummerd van 1-22, plus geslachtschromosomen X en Y. De overeenkomstige chromosomen van elke ouder zijn homoloog.

Zowel de mitochondriën als de chloroplasten bevatten hun eigen DNA, wat hun bacteriële afkomst weerspiegelt. Mitochondriaal DNA (mtDNA) wordt uitsluitend van de moeder geërfd, omdat het in de eicel is verpakt.

DNA-replicatie

Vóór de celdeling wordt elk DNA-molecuul op een semiconservatieve manier gerepliceerd:de dubbele helix ontspant zich en elke streng dient als sjabloon voor een nieuwe complementaire streng. Het resultaat zijn twee identieke DNA-moleculen, die elk één originele en één nieuw gesynthetiseerde streng bevatten.

Introns, Exons en genexpressie

Genen zijn samengesteld uit exons (coderende sequenties) en introns (niet-coderende sequenties). Tijdens de transcriptie wordt een streng messenger-RNA (mRNA) gesynthetiseerd uit de DNA-sjabloon, waarbij thymine wordt vervangen door uracil.

Vóór de translatie ondergaat het pre-mRNA splitsing:introns worden verwijderd en exonen worden samengevoegd om een volwassen, coderend mRNA te produceren dat in een eiwit kan worden vertaald.

Transcriptie en vertaling

Transcriptie vindt plaats in de kern, waar RNA-polymerase zich bindt aan een promotorgebied en een complementaire RNA-streng synthetiseert. Het volwassen mRNA verlaat de kern en bindt zich aan een ribosoom, waar translatie de nucleotidesequentie omzet in een polypeptideketen.

Ontdekking van de dubbele helix van DNA

Het iconische dubbele-helixmodel werd in 1953 voorgesteld door James Watson en Francis Crick, voortbouwend op belangrijke gegevens van Erwin Chargaff (basepaarverhoudingen), Rosalind Franklin (röntgendiffractiebeelden) en tal van andere onderzoekers. Hun synthese van experimenteel bewijsmateriaal en theoretische modellering verlichtte de structuur die ten grondslag ligt aan erfelijkheid.

Het begrijpen van de structuur en functie van DNA blijft een hoeksteen van de genetica, biotechnologie en geneeskunde.