De DNA-translatie; het aflezen van het erfelijk materiaal

De erfelijke basis van de mens ligt besloten in de genen. Hoe komt het DNA eigenlijk tot expressie in het menselijk lichaam? In dit artikel laat ik zien hoe de genen ervoor zorgen dat er een specifiek eiwit wordt gemaakt, en hoe het DNA (het genotype) zijn stempel drukt op hoe het organisme eruit ziet (het fenotype).

De transcriptie

De basen van het DNA coderen voor een bepaald eiwit dat gemaakt moet worden in de cel. Elk groepje van drie basen codeert voor één aminozuur. Zo’n groepje van drie basen wordt ook wel een codon genoemd. Het DNA wordt niet direct afgelezen. In een proces genaamd transcriptie wordt met behulp van het enzym RNA-polymerase een deel van het DNA “gekopieerd” in de vorm van RNA, dat een net iets andere structuur heeft dan DNA. In plaats van een desoxyribosegroep is er een ribosegroep waar elke base aan vast zit (vandaar RNA, ribo nucleic acid) en de base Thymine is vervangen door Uracil. Daarnaast is RNA vrijwel altijd enkelstrengs (dus aanwezig zonder complementaire streng). De transcriptie gaat altijd langs dezelfde kant, van de 3’ kant naar de 5’ kant. Deze getallen staan voor de nummers van de koolstofatomen van de (desoxy)ribosegroep.

De translatie

Bij het aflezen van DNA wordt een complementaire streng RNA gevormd, dus de basensequentie ATCGAA van het DNA geeft bij aflezen de basensequentie UAGCUU. Dit RNA dat wordt gebruikt voor het uiteindelijke produceren van een eiwit heet messenger RNA ofwel mRNA. In de ribosomen, hiervoor gespecialiseerde organellen, begint het proces dat translatie, de daadwerkelijke eiwitsynthese uit het erfelijk materiaal, genoemd wordt. In de ribosomen zijn moleculen transfer RNA (tRNA) aanwezig. Dit zijn DNA-afschriften die een belangrijke rol spelen bij de eiwitsynthese. Het tRNA heeft de vorm van een kruis. Aan de ene arm is een zogenaamd anticodon aanwezig, en aan de overliggende kant een bindingsplaats voor een aminozuur dat specifiek is voor dat anticodon. Het anticodon bindt in het ribosoom aan het bijbehorende complementaire codon van het mRNA.

De eiwitsynthese

Als de hypothetische mRNA-keten “AUGCUAGUAUAGAAC” het ribosoom nadert gaat het eenvoudig gezegd als volgt: als eerste bindt zich het stukje mRNA met het 3’ uiteinde in het ribosoom. Er is een bindingsplaats voor twee codons in het ribosoom, dus het eerste codon AUG schuift door zodat ook het codon CUA zich bindt aan het ribosoom. Nu wacht het eerste codon tot het tRNA met het juiste anticodon, namelijk UAC, langskomt. Dit tRNA draagt het aminozuur methionine mee. Het anticodon UAC vormt een binding met het codon AUG van het mRNA. Vervolgens vormt een tRNA met anticodon GAU een binding met het codon CUA, dit stuk tRNA heeft het aminozuur aspartaat bij zich. Het ribosoom zorgt er nu voor dat methionine en aspartaat een binding vormen. Het begin van het eiwit is gemaakt. Nu schuift de RNA-streng door: het tRNA dat het methionine had geleverd laat los van het mRNA zonder zijn aminozuur. Later vormt zich een nieuwe binding van het bijbehorende aminozuur met het tRNA en wordt het weer hergebruikt. Het volgende codon GUA wacht nu op dezelfde manier op het juiste tRNA, en de keten wordt uitgebreid met het aminozuur valine. Nu komt het vierde codon UAG aan: er is echter geen tRNA met complementair anticodon hiervoor. De keten breekt af en het eiwit Met-Asp-Val is klaar. De streng wordt niet meer verder afgelezen, dus het codon AAC voegt hier geen aminozuur toe. In werkelijkheid zijn de enzymen die geproduceerd worden veel langer dan slechts 3 aminozuren; het eiwit alpha-globine (hoofdbestanddeel van rode bloedcellen) bestaat bijvoorbeeld uit 141 aminozuren.