De opbouw van het DNA

DNA (deoxyribonucleicacid, of in het Nederlands: deoxyribonucleïnezuur) is de bouwsteen van het leven.

Hele simpele bacteriën hebben een beperkte genetische code en een beperkt aantal erfelijke eigenschappen (genen). Complexere organismen hebben een grotere genetische code en vaak vele duizenden genen.

De mens heeft ongeveer 20.000 erfelijke eigenschappen. De genetische code van de mens en elk ander organisme ligt versleuteld in de opbouw van het DNA. Bij eukaryoten ligt het DNA opgeborgen in de celkern. Bij prokaryoten, zoals bacteriën, wordt het DNA niet omsloten door een kernmembraan maar ligt het vrij in het cytoplasma. In het artikel hieronder leggen we je meer uit over hoe het DNA is opgebouwd.

Nucleotiden

Nucleotiden zijn de bouwstenen waaruit DNA en RNA is opgebouwd. De erfelijke informatie ligt besloten in de volgorde, oftewel sequentie, van de nucleotiden. Doordat er ontzettend veel combinaties mogelijk zijn, kan de volgorde zorgen voor unieke erfelijke informatie. Een nucleotide bestaat uit drie onderdelen: een stikstofbase , een suikergroep en een of meer fosfaatgroepen . Er zijn vijf stikstofbasen die in DNA en RNA kunnen voorkomen: Adenine (A), Cytosine (C), Guanine (G), Thymine (T) en Uracil (U). In DNA komen alleen de A, C, G en T-stikstofbasen voor. In RNA komen alleen de A, C, G en U-stikstofbasen voor. De stikstofbasen zijn verbonden met een koolstofatoom van de suikergroep (BiNaS 71A). De suikergroep die in DNA aanwezig is, is deoxyribose. De suikergroep in RNA heet ribose. Beide suikergroepen zijn gevormd uit een ring van vier koolstofatomen en een zuurstofatoom. Het verschil tussen deoxyribose en ribose is dat het ribose-molecuul een OH-groep aan het tweede koolstofatoom gebonden heeft, terwijl het deoxyribose-molecuul aan het tweede koolstofatoom alleen een H-atoom gebonden heeft (BiNaS 67H). De fosfaatgroep zit aan het vijfde koolstofatoom van de suikergroep. De fosfaatgroep bindt zich vervolgens aan het derde koolstofatoom van de suikergroep van het vorige nucleotide. De keten die hierdoor gevormd wordt, is de ruggengraat van het DNA.

Basenparing

Het DNA en RNA vormt een streng met een tegenoverliggende streng van nucleotiden. Dit gebeurt door waterstofbruggen die gevormd worden tussen de stikstofbasen. In DNA en RNA binden Cytosine (C) en Guanine (G) altijd met elkaar. In DNA worden waterstofbruggen gevormd tussen Adenine (A) en Thymine (T), in RNA bindt Adenine (A) met Uracil (U).

Zo werkt de app

• Download de app

De opbouw van DNA

Een DNA-molecuul bestaat dus uit een dubbele helix, die gevormd is uit twee lange strengen. De lange strengen bestaan uit nucleotiden en de nucleotiden van de twee strengen binden weer aan elkaar via waterstofbruggen. Deze dubbele helix is opgerold om speciale eiwitten, die histonen heten. Histonen zijn basisch terwijl DNA zuur is. Hierdoor hechten DNA en histonen dus goed aan elkaar. Histonen dienen op hun beurt weer als bouwstenen voor nucleosomen. Een nucleosoom is een eiwitbolletje dat bestaat uit acht histonen waaromheen een DNA-keten van circa 147 basenparen gewikkeld is. Chromatines zijn vervolgens weer draden van nucleosomen. De functie van chromatine is het compact maken van het DNA, zodat het in de celkern past en het verstevigen van het DNA tijdens mitose en meiose. Tijdens de mitose en meiose spiraliseren de chromatines nog verder tot chromasomen. Het DNA wordt dan in 46 chromosomen netjes geordende chromosomen. Een chromosoom is dus dubbel gespiraliseerd DNA, omwikkeld rondom eiwitten. De verzameling van alle chromosomen samen heet het genoom. Elke lichaamscel van een individu bevat het hele genoom . Telkens als een cel zich gaat vermenigvuldigen, ook wel replicatie, wordt al dat DNA gekopieerd. DNA kan heel strak of veel losser opgerold zitten. Als DNA losjes is opgerold, spreken we van een euchromatine . Doordat de structuur open is, is de genetische informatie makkelijk af te lezen. Het materiaal is dan dus actief. Als DNA erg strak zit opgerold, spreken we van een heterochromatine . Doordat de structuur hier veel compacter van is, is het DNA lastig af te lezen. Eerder werd gedacht dat dit DNA niet werd afgelezen en dus non-actief was, maar uit onderzoek is gebleken dat dit DNA wel degelijk actief is, maar weer op non-actief wordt gesteld door silencer-DNA in de transcriptie naar RNA (BiNaS 71F). 90% van het DNA is niet-actief en codeert daarmee dus niet voor een gen. Dit noemen we ook wel junk-DNA. De functies van junk-DNA zijn nog lang niet allemaal bekend.

Oefenvragen

1. Voor het maken van DNA-fingerprints wordt uitsluitend repetitief niet-coderend DNA gebruikt, omdat daarin een veel grotere variatie is ontstaan dan in het coderende DNA. Aan de hand van een beperkt aantal loci kan hiermee het unieke genoom van een persoon worden weergegeven. Leg uit waardoor het niet-coderende DNA van mensen een grotere variabiliteit in genotypen is gaan vertonen dan het coderende DNA.
2. Leg uit waarom in forensisch onderzoek ontlasting niet geschikt is om een DNA-profiel van een dader te achterhalen.

Leerlingen die hier vragen over hebben, keken ook naar:

DNA/RNA: wat is het en wat is het verschil?

De transcriptie en translatie (eiwitsynthese)

De mitose