DNA is één lang molecuul. Dat roept twee vragen op:
(1) Klopt het beeld van DNA als één lang molecuul?
(2) Hoe herkennen we in die lange DNA-streng de afzonderlijke genen?
We beginnen met de eerste vraag.
1. Klopt de voorstelling van DNA als zijnde één lang molecuul?
Antwoord
De voorstelling klopt deels, maar heeft een belangrijke nuance.
Al het DNA in één menselijke cel vormt samen niet één ononderbroken molecuul.
Het totale menselijke genoom (jouw complete DNA-code) is namelijk opgedeeld in 46 afzonderlijke pakketjes: de chromosomen (23 paar).
Maar, als je inzoomt op één zo’n individueel chromosoom, dan is dat inderdaad wél één gigantisch lang, ononderbroken, dubbelstrengs DNA-molecuul.
Dus in plaats van één onafgebroken touw in je celkern, heb je eigenlijk 46 strak opgerolde, losse touwtjes die samen de complete handleiding van jouw lichaam vormen. En ieder touwtje bestaat uit één molecuul.
Op de afbeelding zie je hoe de chromosomenset van een mens eruitziet: 23 paren. In bijna elke cel van ons lichaam bevinden zich 46 chromosomen, verdeeld over 23 paren. Van elk paar krijg je één chromosoom van je vader en één van je moeder.
Geslachtschromosomen
Het laatste paar, nummer 23, bestaat uit de geslachtschromosomen. Bij vrouwen zijn dat meestal twee X-chromosomen (XX), en bij mannen meestal een X- en een Y-chromosoom (XY).
Hoe herkennen we in die lange reeks letters de individuele genen?
Een gen is een specifiek stukje code op een lang DNA-molecuul, bijvoorbeeld het recept voor een bepaald eiwit. Tussen de genen liggen ook grote stukken DNA die niet direct dienen voor het maken van eiwitten.
Net zoals je in een boek zinnen herkent aan een hoofdletter en een punt, herkent de cel belangrijke delen van een gen aan vaste signalen in de lettercode (A, C, G en T).
De promotor: de landingsbaan
Vlak vóór een gen zit vaak een specifieke reeks letters die we de promotor noemen. Die werkt als een soort uithangbord of landingsbaan. Eiwitten die betrokken zijn bij het aflezen van DNA herkennen deze lettervolgorde en weten zo waar een gen in de buurt begint.
Het startcodon: het beginteken
Verderop in de code ligt het startcodon. Dat is vaak de lettercombinatie ATG. Vanaf daar begint meestal het deel van de code dat wordt gebruikt voor het maken van een eiwit.
Het stopcodon: het eindteken
Aan het einde van zo’n coderend stuk zit een stopcodon. Dat is een combinatie van drie letters, zoals TAA, TAG of TGA. Daarmee wordt aangegeven dat het recept is afgelopen.
Zo vindt de cel de genen
Zowel de cel als wetenschappers die DNA met computers bestuderen, letten dus op vaste patronen in de code. Zo kunnen zij beter herkennen waar een gen begint en waar het eindigt.
Soms wordt een gen minder goed afgelezen doordat er kleine chemische veranderingen optreden op het DNA. Een bekend voorbeeld is methylatie. Daardoor kan de cel de “landingsbaan” minder goed herkennen. Het gevolg kan zijn dat een belangrijk eiwit minder of helemaal niet meer wordt gemaakt.
Als het stopteken is veranderd, kan de cel te lang doorgaan met aflezen. Daardoor ontstaat een eiwit dat te lang is of niet goed werkt. Ook dat kan problemen geven in de cel.
Door straling, schadelijke stoffen of gewone kopieerfouten kan een letter in het gen veranderen. Het begin van het recept wordt dan nog wel gevonden, maar het eiwit dat wordt gemaakt kan minder goed werken of zelfs schadelijk zijn.
Onderzoekers Ada en Don Olins van de Universiteit van Tennessee en ORNL ontdekten het nucleosoom in de jaren 70 met behulp van elektronenmicroscopie en publiceerden hun resultaten in een nummer van Science uit 1974. Afbeelding: Ada Olins en Donald Olins, Universiteit van Tennessee/Oak Ridge Graduate School of Biomedical Sciences
Chromosomen kun je met een gewone lichtmicroscoop zien. In menselijke lichaamscellen zijn dat er 46, verdeeld over 23 paren. Tijdens de celdeling wordt het DNA heel strak opgerold. Daardoor worden de chromosomen compact genoeg om zichtbaar te worden onder de lichtmicroscoop.
Chromosomen zijn dus dik genoeg — zo’n 1.000 keer dikker dan losse DNA-draden — en worden dan zichtbaar als X-vormige structuren onder de lichtmicroscoop.
Met een elektronenmicroscoop kun je DNA wél rechtstreeks zien, omdat die veel hogere vergrotingen halen. Er bestaan dus foto’s van DNA die met zulke instrumenten zijn gemaakt — je ziet dan dunne, kronkelende draden. Hier tonen we een voorbeeld.
Een gen is een stukje DNA met een opdracht. Je kunt het zien als een recept of een instructie. De belangrijkste functie van een gen is: de cel vertellen hoe zij een bepaald eiwit moet maken.
Dat gaat niet in één stap. Eerst wordt de informatie uit het DNA overgeschreven naar RNA. Dat noemen we transcriptie.
RNA: de tussenstap
RNA is een tijdelijke kopie van een stukje DNA. De cel gebruikt deze kopie als werkbriefje om een eiwit te maken. Daarom zie je in het schema dat DNA niet meteen in een eiwit verandert: er zit eerst een stap met RNA tussen.
Daarna gebruikt de cel dat RNA dus als werkbriefje om een eiwit te maken. Dat noemen we translatie.
Waarom zijn die eiwitten zo belangrijk? Omdat eiwitten in ons lichaam heel veel werk doen. Ze helpen bijvoorbeeld bij de opbouw van cellen, bij het vervoer van stoffen, bij de afweer, bij de werking van spieren en bij talloze processen in onze organen.
Je kunt dus zeggen:
een gen bevat de code, maar het eiwit doet het werk.
Niet ieder gen is actief
Niet ieder gen is in elke cel actief. Een huidcel gebruikt andere genen dan een spiercel of een zenuwcel. Juist daarin zit een belangrijk geheim van het lichaam: bijna al onze cellen bevatten hetzelfde DNA, maar ze gebruiken steeds andere stukken daarvan.
Wat bepaalt welke genen worden gebruikt?
Later komen we een belangrijk nieuw begrip tegen: het epigenoom. Dat speelt een grote rol bij de vraag welke genen in een cel actief zijn en welke niet.
Je kunt de ondertiteling inschakelen via het tandwieltje rechtsonder.
Misschien denk je dat de streepjes bij forensisch DNA-onderzoek iets zeggen over genen. Dat is niet zo. Een forensisch DNA-profiel laat meestal geen genen zien, maar kijkt naar stukjes DNA die vooral worden gebruikt om mensen van elkaar te onderscheiden.
Onderzoekers richten zich daarbij op bepaalde stukken DNA waarin korte stukjes code zich meerdere keren herhalen. Het gaat dus niet om iemands erfelijke eigenschappen, maar om de lengte van die herhalingen op verschillende plaatsen in het DNA.
Wanneer je in films of op het nieuws zo’n forensische ‘streepjescode’ ziet, kijk je dus niet naar genen, maar naar een patroon van verschillen in lengte. Dat patroon kan dus worden gebruikt om iemand te identificeren.
Kortom: een DNA-profiel is vooral een technisch herkenningspatroon. Het is bedoeld om personen van elkaar te onderscheiden, niet om te laten zien hoe iemand eruitziet of welke eigenschappen iemand heeft.
Antwoord: Nee, dat klopt niet helemaal. Het totale menselijke genoom is opgedeeld in 46 afzonderlijke pakketjes, die we chromosomen noemen. Als je echter inzoomt op één individueel chromosoom, dan is dat wel één gigantisch lang en ononderbroken DNA-molecuul.
Antwoord: Een gen is een specifiek stukje code op een lang DNA-molecuul dat je kunt zien als een recept of instructie. De belangrijkste functie van een gen is de cel vertellen hoe zij een bepaald eiwit moet maken. Terwijl het gen de code bevat, is het uiteindelijk het eiwit dat het eigenlijke werk in ons lichaam doet.
Antwoord: De cel herkent vaste signalen in de lettercode, vergelijkbaar met hoofdletters en punten in een boek. Vlak vóór een gen zit een ‘promotor’ die werkt als een landingsbaan voor eiwitten. Het begin van het recept wordt aangegeven door een startcodon (vaak ATG), en het einde door een stopcodon (zoals TAA, TAG of TGA).
Antwoord: Hoewel bijna al onze cellen precies hetzelfde DNA bevatten, is niet ieder gen in elke cel actief. Een huidcel gebruikt simpelweg andere stukken van de DNA-handleiding dan een spiercel of een zenuwcel. Het epigenoom speelt een grote rol bij het bepalen welke genen aan- of uitstaan
Antwoord: DNA verandert niet direct in een eiwit; er zit een tussenstap tussen die RNA wordt genoemd. RNA is een tijdelijke kopie van een stukje DNA dat de cel gebruikt als een soort ‘werkbriefje’ om een eiwit te bouwen. Het overschrijven van DNA naar RNA noemen we transcriptie.
Antwoord: Nee, een forensisch DNA-profiel laat meestal geen genen of erfelijke eigenschappen zien. Het kijkt naar patronen in de lengte van herhaalde stukjes code om mensen van elkaar te kunnen onderscheiden. Het is dus vooral een technisch herkenningspatroon om iemand te identificeren, niet om iemands uiterlijk te bepalen.