Het DNA is het erfelijkheidsmateriaal. Maar hoe werkt dit? En waar zit het DNA?

DNA

Hoe de cavia eruit ziet, is afhankelijk van zijn DNA. Zowel de kleur van zijn ogen, de kleur van zijn vacht, de lengte van zijn haren en nog veel meer eigenschappen, vinden hun oorsprong in het DNA. DNA is het erfelijkheidsmateriaal, de genetische code. Het is de blauwdruk van de cavia: als de cavia in de baarmoeder groeit, groeit hij aan de hand van zijn genetische code. En dat hij een cavia wordt, en geen koe, is ook vastgelegd in een genetische code, namelijk die van zijn vader en moeder, om specifieker te zijn: in de eicel van zijn moeder en in de zaadcel van zijn vader.



Waar zit het DNA?

Het DNA zit in de celkern.
Een lichaam bestaat uit kleinere delen zoals organen, botten en weefsel (zoals spierweefsel en bindweefsel). De organen, botten en weefsels zijn ook opgebouwd uit kleinere delen: de cellen.
En iedere cel is op zijn beurt ook weer samengesteld uit kleine onderdelen die allemaal een taak hebben: de organellen. Net zoals ons lichaam organen nodig heeft om in leven te blijven, net zo heeft een cel organellen nodig om in leven te blijven en zijn werk te kunnen doen. Je zou de organellen dan ook kunnen zien als de organen van de cel.
Eén van die organellen in de cel is de celkern. En in de celkern zit het DNA in de vorm van chromosomen die op hun beurt weer bestaan uit genen.

Het genoom

Al het DNA van één lichaam tezamen, noemen we een genoom. Genoom betekent letterlijk: de totale som van alle genen van een lichaam.
Je kan een genoom vergelijken met een handleiding om iets te bouwen, te laten werken en te onderhouden. Als je een computer wilt bouwen, maar je weet niet hoe dat moet, is een handleiding onontbeerlijk. Zonder zo'n handleiding ben je nergens.
Een genoom werkt hetzelfde: er dient een lichaam te worden gebouwd, het lichaam dient te werken en het moet onderhouden worden.
Als je een computer bouwt, heb je diverse onderdelen nodig en van ieder onderdeel moet je weten waar het moet komen, hoe het moet worden aangesloten et cetera.
Als er een lichaam gebouwd moet worden, heb je ook diverse onderdelen nodig. En het genoom van de mens en van de cavia bestaat uit 46 chromosomen die tezamen 23 chromosomenparen vormen. Je zou kunnen zeggen dat de handleiding voor het bouwen van een mensenlichaam of een cavialichaam uit 23 delen bestaat.



Genen en chromosomen

DNA bestaat uit chromosomen en op de chromosomen zitten de genen. Het genoom, de 'handleiding' voor het bouwen van een lichaam, bestaat uit 23 delen, oftewel 23 chromosomenparen. Er zijn 46 chromosomen die tezamen 23 homologe chromosomenparen vormen. Homoloog betekent 'overeenstemmend' of gelijksoortig. De chromosomen zitten in het kernlichaam van de celkern. Iedere cel heeft een celkern en in die kern zit een kernlichaam. Zeg maar de kern van de celkern.

Plaats van het DNA

Het DNA zit in de cel, maar ook in de celkern. De cel is gevuld met een gelei-achtig vocht dat voor 80% uit water bestaat en dat cytoplasma wordt genoemd. Plasma betekent 'vocht' en cyto betekent 'cel'. Cytoplasma is dus celvocht.
Het DNA dat in de celkern zit, noemen we DNA, maar het DNA dat in het cytoplasma zit, noemen we RNA.
Dat verschil komt voort uit het feit dat er een verschil van één zuurstofatoom tussen beide zijn. zowel DNA als RNA zijn nucleïnezuren. Dat beide nucleïnezuren genoemd worden, komt omdat de ontdekker ervan het als naam acid gaf. Dat is Engels voor 'zuur'.
Nucleïne is afgeleid van nucleus, dat 'kern' betekent; in dit geval de kern van de cel.

DNA en RNA zijn dus beide nucleïnezuren, maar het DNA heeft één zuurstofatoom minder dan RNA. RNA heeft vijf koolstofatomen en vijf zuurstofatomen; DNA heeft eveneens vijf koolstofatomen, maar vier zuurstofatomen.

De volledige naam van RNA is ribonucleïnezuur. Ribo komt van ribose en dat bekent 'suikersoort met vijf koolstofatomen'. De naam ribonucleïnezuur betekent dan ook zoveel als: een suikersoort met vijf koolstofatomen dat in het celvocht zit.
DNA heeft echter één zuurstofatoom minder en wordt daarom desoxyribonucleïnezuur genoemd.
Desoxyribonucleïnezuur is samengesteld uit hetzelfde woord als dat voor RNA wordt gebruikt, namelijk ribonucleïnezuur, maar daarvóór staan nog des en oxy.
Des betekent 'niet' of 'geen' en oxy is afgeleid van het Engelse woord oxygen dat 'zuurstof' betekent. Desoxy betekent dus: iets minder zuurstof, oftewel: één zuurstofatoom minder.
De afkortingen DNA en RNA komen van de Engelse woorden DeoxyriboNucleic Acid en RiboNucleic Acid. Beide woorden betekenen hetzelfde als in het Nederlands.

DNA, met zijn vier zuurstofatomen, vinden we dus in de celkern en RNA, met zijn vijf zuurstofatomen, in het cytoplasma (het celvocht).



Chromosomen

Het DNA bestaat uit chromosomen (en chromosomen uit genen) en het DNA-alfabet bestaat uit vier letters. Het genoom, de handleiding, van de mens bestaat uit drie miljard DNA-letters. Dit houdt in dat iedere cel in het menselijk lichaam over 1,8 meter aan DNA bezit. Als je de DNA-handleiding tenminste achter elkaar legt. Omdat 1,8 meter aan DNA per cel in zou houden dat iedere lichaamscel ook zo lang zou moeten zijn, en dit onmogelijk is, wordt al het DNA opgerold. Het DNA zit dan ook in een spiraalvormige ladder en zo'n opgerold stuk DNA noemen we een chromosoom. En de chromosomen zitten in de celkern. Er zijn 23 chromosomen, of, juister gezegd, er zijn 23 chromosomenparen die opgebouwd zijn uit 46 chromosomen. Van die 46 chromosomen zijn er steeds twee die gelijkgevormd zijn en deze vormen dan ook een paar; op die manier ontstaan er 23 chromosomenparen.

Als de chromosomen niets te doen hebben, dat wil zeggen als ze zich niet delen (voor nieuwe cellen zorgen) zitten de chromosomen in elkaar gestrengeld, net zoals een pluk watten: er zijn wel afzonderlijke strengetjes, maar die zie je niet. Pas als de chromosomen aan het werk moeten, zijn ze afzonderlijk te zien als de 46 afzonderlijke chromosomen en dan worden ze ook korter en dikker.
Van de 46 chromosomen is de ene helft afkomstig uit de eicel van de moeder en de andere helft uit de zaadcel van de vader. De gelijksoortige chromosomen zoeken elkaar op en vormen paren. Dat ze gelijksoortig zijn, wil echter niet zeggen dat ze identiek zijn: ze bevatten soortgelijke informatie, bijvoorbeeld voor de kleur van de ogen, maar het kan heel goed zijn dat op het ene chromosoom de instructie voor het maken van blauwe ogen staat, terwijl op het andere de instructie voor het maken van bruine ogen staat.

Van de 46 chromosomen zijn er slechts twee die het geslacht bepalen van het individu. De overige 44 chromosomen doen dat niet en worden autosomen genoemd. Autos komt van het Grieks en betekent: 'persoonlijk' of 'eigen aan ieder lid van de soort, ongeacht het geslacht'.
De twee die wel het geslacht bepalen, noemt men de geslachtschromosomen. Vrouwen hebben twee X-chromosomen, mannen hebben één X-chromosoom en één Y-chromosoom.

Verschil in aantal chromosomen

Mensen hebben 46 chromosomen, en 23 chromosomenparen. Cavia's ook. Maar niet ieder dier heeft 46 chromosomen, andere hebben er meer of minder.

DNA structuur: ladders en sporten

De vier bestanddelen waaruit het DNA bestaat en die adenine, cytosine, guanine en thymine worden genoemd (het DNA-alfabet), vormen altijd paren. Adenine wordt gekoppeld aan thymine, en guanine aan cytosine. Dit is de structuur van het DNA. Omdat A koppelt aan T en G aan C, worden er altijd paren gevormd.

Deze DNA paren vormen zo een ladder, waarbij elke sport wordt gevormd door een A-T of een G-C verbinding.
De DNA-ladder loopt echter niet recht, maar lijkt nog het meeste op een wenteltrap. Dit noemen we de DNA-helix. Helix betekent schroef of spiraal, en dat is inderdaad waar de DNA-helix op lijkt.

De taal van het DNA

DNA kan je zien als een taal. Het alfabet bestaat uit vier letters waarmee woorden van drie letters worden gemaakt.
De vier letters waar het DNA-alfabet uit bestaat zijn A, C, G en T. Dit zijn afkortingen van de vier eenheden waaruit het DNA bestaat: adenine, cytosine, guanine en thymine.
Met deze DNA-letters worden woorden gemaakt die altijd uit drie letters bestaan. Zoiets als dit:
act cct gaa gaa aaa

Dat zegt ons niets, maar als je een zin neemt die alleen uit drie woorden bestaat, dan begrijp je direct wat er bedoeld wordt:
Die koe zit bij het hek.

Dat komt omdat wij onze taal begrijpen. Net zo begrijpt het DNA zijn taal. En alles wat er opgeschreven staat in het genoom (al het DNA van één lichaam tezamen), kan het DNA lezen en begrijpen. En dat is nodig ook, want het is dankzij dit genoom dat een lichaam groeit en in stand wordt gehouden. Het genoom zou je kunnen omschrijven als de handleiding voor een lichaam. Als je een kast in elkaar wilt zetten, is het handig als je een handleiding hebt, anders weet je niet waar wat moet. Hetzelfde geldt voor het genoom: zonder deze handleiding zou een lichaam niet op de juiste manier in elkaar worden gezet.

De sporten van de ladder worden gevormd door de A-T en G-C verbindingen, maar dit zijn niet de woorden waaruit het DNA bestaat. Immers, alle DNA-woorden bestaan uit drie letters en de A-T en G-C verbindingen bestaan uit twee letters.

De DNA woorden worden dan ook niet gevormd uit de sporten van de ladder, maar uit de ladder zelf.

Iedere letter van het DNA wordt een base genoemd. Een opeenvolging van drie basen is een triplet (triple betekent drievoudig).



Woorden en zinnen in de DNA-taal

Als we een willekeurige zin nemen in de DNA-taal, dan zien we zoiets als dit:
atg aaa aaa aaa aaa aaa aaa aaa aaa cgg aaa aaa aaa aaa aaa taa

Hoewel het DNA niet onze taal is, kunnen we inmiddels veel van het DNA lezen. Het DNA werkt niet, zoals een andere taal, met komma's, hoofdletters en punten.
Wij weten in onze taal door de interpunctie (het gebruik van hoofdletters, punten en dergelijke) waar een zin begint en eindigt. Hoewel het DNA geen interpunctie kent zoals wij die kennen, weet het toch heel goed waar een zin begint en eindigt, of, om het in DNA-taal te zeggen: waar een instructie begint en waar deze eindigt. Dat is namelijk wat ieder woord in het DNA is: een instructie. Om bepaalde stoffen te maken die een lichaam nodig heeft om te groeien en om in stand te worden gehouden.
Zo'n instructie in de DNA-taal noemen we een codon.

Het DNA weet waar een codon begint en eindigt omdat het gebruik maakt van interpunctie-codons. Iedere instructie begint met een startcodon en eindigt met een stopcodon.
In deze DNA zin:
atg aaa aaa aaa aaa aaa aaa aaa aaa cgg aaa aaa aaa aaa aaa taa

is het startcodon het woord atg en het stopcodon is het woord taa. De instructie is cgg; in dit geval zorgt deze instructie ervoor dat het aminozuur arginine wordt gemaakt. De rest van de woorden (al de aaa-woorden) zijn junk-DNA. Junk-DNA is de term voor DNA-zinnen en -woorden die nergens toe lijken te dienen. Of ze inderdaad nergens toe dienen of dat ze toch een functie hebben, is nog niet bekend. Meer dan 90% van het DNA bestaat uit junk-DNA.



Wanneer wordt er DNA 'gesproken'?

In iedere cel zit DNA. En iedere cel heeft DNA nodig om nieuwe cellen te kunnen maken. Maar wat zou een levercel nu moeten met de instructies om een bloedcel te maken? Niets, helemaal niets. Want een levercel moet levercellen maken en geen bloedcellen. Maar toch heeft iedere levercel de complete genetische code voor het maken van bloedcellen - en de complete genetische codes voor het maken van netgelijk welke andere cel in het lichaam. Hoe weet de levercel dan welke instructies uit de handleiding hij moet volgen zodat hij een levercel maakt en niet een bloedcel?
Ook dat staat aangegeven in de DNA-taal door middel van DNA-interpunctie. Een instructie wordt namelijk ook voorafgegaan door een aantal woorden die promotoren heten. Deze promotoren vertellen aan de levercel dat hij levercellen moet maken en niet een ander soort cel.
Maar de levercellen kunnen natuurlijk niet onbeperkt levercellen aanmaken, want dan komen er veel te veel levercellen. Hoe weet de levercel wanneer hij een nieuwe levercel aan moet maken? En hoeveel hij er moet maken? Ook dat staat beschreven in het DNA, en wel in de regulatoren. Dit zijn een aantal woorden die de instructie voorafgaan en die de levercel vertellen wanneer en hoeveel hij een nieuwe levercel moet maken.



Genen: het echte werk

DNA zit in de celkern en is opgebouwd uit chromosomen. Op de chromosomen liggen de genen, of, eigenlijk worden chromosomen gevormd door een aaneenschakeling van vele genen. Het woord gen is gevormd van het Griekse genea of genos: 'geboorte' of 'afstamming'.

Een gen doet het echte werk: dat wil zeggen dat er een gen nodig is om een bepaald eiwit te maken. Want het zijn eiwitten die in belangrijke mate de bouw en werking van een lichaam of organisme bepalen. Structuureiwitten zijn nodig als bouwstenen van bepaalde organen, zoals collageen (bindweefsel) en filamenten (vezels) die de spieren doen samentrekken. Transporteiwitten zijn nodig voor het transport van zuurstof in het bloed. Beschermende eiwitten zijn nodig voor de afweer en regulerende eiwitten zijn nodig om processen ordelijk te doen verlopen. Enzymen zijn eiwitten die bepalen wanneer bepaalde chemische reacties moeten plaatsvinden en deze controleren.

Eiwitten bestaan uit een aantal aminozuren. Deze aminozuren kunnen in diverse bepaalde volgordes voorkomen en het doel en de werking van een eiwit is afhankelijk van de samenstelling van zo'n door aminozuren gevormde keten.
Een eiwit is dus een stof die nauwkeurig moet worden gevormd, juist omdat het zo'n belangrijk onderdeel vormt van de opbouw en in stand houden van een lichaam of organisme. En dat wat ervoor zorgt dat het eiwit precies en exact zo wordt zodat het zijn taak kan doen, is het gen.



Hoe werkt het gen?

Het gen bestaat uit letters in de DNA-taal. Ieder woord bestaat uit drie letters; dat is een triplet (triple betekent drievoudig).
Dan is er het mRNA. De m die voor het RNA staat, is de afkorting van messenger, het Engelse woord voor 'boodschapper', en dat is dan ook wat mRNA is: een boodschapper die de instructies van het DNA overbrengt.
Het mRNA zorgt ervoor dat de DNA-code correct wordt overgebracht en dat aan de hand van die code een aminozuur wordt gemaakt.

Je kan dat vergelijken met een bandje die muziek maakt en nu weleens een plantencontract in de wacht wil slepen. Om dat te doen, hebben ze eerste een cd nodig met wat leuke nummers. Dus ze gaan de muziekstudio in, beginnen te spelen en nemen dat op op een cd.
De cd kan je vergelijken met het mRNA.

Zo'n 'zin' van DNA-letters geeft opdracht om een bepaald soort eiwit te maken die uit een keten van aminozuren bestaat. Dit proces heet eiwisynthese en verloopt als volgt.
In de kern van de cel worden er kopiën gemaakt van dat deel van het DNA dat gekopieerd moet worden. Dit heet transcriptie. Transcriptie betekent het overzetten van bepaalde informatie in een andere vorm. Deze andere vorm waaruit de kopiën bestaan bevatten meer informatie dan noodzakelijk is voor het vormen van het specifieke eiwit en daarom moeten ze eerst geschikt gemaakt worden voor ze de celkern kunnen verlaten: de overtollige informatie moet eruit worden gehaald en er dienen bovendien een aantal aanvullende instructies aan toegevoegd worden.
Deze ruwe kopiën noemt men pre-mRNA.

Vergelijk dit met de cd die het bandje heeft opgenomen. Het blijkt dat sommige nummers wat meer effect moeten hebben terwijl andere niet helemaal uit de verf kwamen. Daarom gaat de band met hun cd naar een goede vriend die alle muziek zal verfijnen tot het nèt zo is als ze willen. De ruwe cd wordt zo omgezet tot een cd die af is; hij is 'rijp'.

Het pre-mRNA wordt omgezet tot rijp mRNA: dit proces noemt men processing. Processing komt van het werkwoord to process en betekent 'fabriceren' of 'maken'.
Als het mRNA rijp is (dus exclusief overtollige informatie en inclusief aanvullende instructies) verlaat het mRNA de celkern en gaat het naar het cytoplasma dat in de cel zit. Het cytoplasma is het vocht dat in de cel zit. Dáár zit het RNA terwijl het DNA in de kern van de cel zit.

In het cytoplasma wordt de boodschap van het mRNA afgelezen door ribosomen. Je kan je dit principe voorstellen als een cd-speler waarop de cd van de band wordt afgespeeld: de ribosomen zijn de cd-speler en het mRNA is de cd die afgespeeld wordt. Nadat de ribosomen het mRNA gelezen hebben en dus weten wat ze moeten doen, worden vervolgens de aminozuren gemaakt die samen het specifieke eiwit vormen. Dit proces heet translatie. Translatie betekent overbrenging of overdracht, en in dit specifieke geval betekent het de omzetting van een genetische code in een eiwitstructuur.

Als dat klaar is, is het eiwit gemaakt! Precies zoals het moet zijn. Dankzij de instructies in het DNA.