DNA, RNA en eiwit

Als ik kijk in het compendium naar wat jullie moeten weten op het eindexamen, hoef je niet alles te weten wat er in het boek staat.
Maar je moet in ieder geval wel de termen replicatie, transcriptie en translatie weten.
Replicatie
Dit is het verdubbelen van het DNA, ten behoeve van celdeling. In de s-fase van de celcyclus (moet je weten). Je weet al jaren dat DNA bestaat uit twee ketens die elkaars spiegelbeeld zijn door de baseparing. De nucleotiden zitten aan elkaar vast met steeds een fosfaat tussen de deoxyriboses. En, je weet het, die vebindingsfosfaten zitten aan de ene kant vast aan de C3 (vanaf nu de 3 accent, 3’ genoemd), aan de andere kant aan de C5 (5 accent, 5’). Daardoor ontstaat er een richting in het DNA-molecuul met naar de ene kant steeds de 3’, naar de andere kant steeds de 5’. En, nog mooier, die twee om elkaar gedraaide DNA-moleculen zitten andersom! Dus de ene heeft alle 3’ links, de andere alle 5’ links. De enzymen die het DNA moeten repliceren (verdubbelen dus) kunnen maar een kant op want ze plakken losse deoxynucleotiden vast aan de groeiende keten, en ze gebruiken hiervoor dATP, dGTP, dCTP en dGTP, dus met alle vier drie fosfaten aan de 5’ C vastgemaakt (zie vorige artikel). Die gaan dus vastgemaakt worden aan de 3” kant van een DNA molecuul. DNA (en RNA ook) groeit alleen aan aan de 3’kant! Zie de korte fragmenten tegenover de ene keten en de doorlopende keten tegenover de andere.
Transcriptie
DNA zit altijd in de celkern, eiwitten worden gevormd in het cytoplasma. Dus moet er informatie over de gewenste aminozuurvolgorde de celkern uit. Daarvoor wordt er een copie gemaakt van een stuk DNA met informatie over de bouw van een bepaald eiwit (een gen heet zoiets) en die copie wordt uitgevoerd in RNA. Met ribose in plaats van deoxyribose en met uracil in plats van thymine. Dat RNA wordt gevormd tegenover slechts een (en dus niet allebei) van de DNA-strengen en kennelijk zit er dus op sommige plaatsen in het DNA een signaal zodat RNA-maak-enzym (RNA-polymerase) weet waar hij moet beginnen. Het spiegelbeeld van dat signaal werkt dan niet als beginsignaal.
RNA wordt gemaakt door dat RNA-polymerase uit losse ATP. GTP. CTP en UTP. Dat wist je al, he, dat er geen thymine inzit maar uracil. En de ATP enz hebben allemaal ribose als suiker en allemaal drie fosfaten an de 5’-kant van die ribose. Dus groit RNA ook, net als DNA, aan haar 3’-kant en antiparallel aan de DNA keten die overgeschreven gaat worden. Met die twee DNA-ketens is trouwens wat raars aan de hand want je noemt degene die gebruikt wordt om RNA langs te maken de templatestrand (template is mal, iedereen gebruikt altijd strand, nooit keten, strend dus). Nix mis mee, maar die andere DNA-keten noem je de coderende keten. Terwijl hij nix doet bij de RNA-vorming. Zo’n RNA-molecuul dat langs een gen wordt gevormd, noem je messenger-RNA. Messenger RNA (mRNA) bevat het recept voor de aminozuurvolgorde van een eiwit, maar mestal zitten er aan allebei de uiteinden van het RNA (de 3’ en de 5’-kant) nog flauwekulstukken die niet vertaald moeten worden. En, bij alle organismen (vooral in organismen met celkern, dus ook planten en schimmels, maar gek genoeg niet in het DNA uit de mitochondria van gewervelde dieren en heel weinig in bacterien, weetje uit wikipedia), zitten er ook stukken binnenin de messenger die niet bedoeld zijn om te vertalen. Zo’n stuk heet een intron en die introns worden er al binnen de celkern uitgeknipt. Dat proces heet splicing en dat woord (splicing dus) staat helaas in het compendium. Mischien omdat ze alternative splicing willen gaan vragen in het CSE. In sommige celtypes wordt namelijk op andere plaatsen introns uitgesneden dan in andere cellen, zodat je een andere messenger krijgt en dus een ander eiwit. Verder verlaat het mRNA met de 5'-kant voorop de celkern door een van die poortjes in de celkernmembraan, meestal dus met een flauwekulstuk (niet coderend stuk bedoel ik) voorop.
Translatie (vertaling naar eiwit)
De translatie is het verhaal van de ribosomen en het tRNA. Eerst die ribosomen: kleine organellen, alleen zichtbaar met een electronenmicroscoop, voor de helft RNA (4 ketens, ze heten rRNA, worden gemaakt in de celkern, gewoon door transcriptie, voor de andere helft eiwitten, 79!verschillende (Science, 16 dec ’11). Alle eukaryoten (dus alle dieren, planten en schimmels) hebben vrijwel dezelfde ribosomen ( kleine verschillen in de eiwitten), bacterien hebben kleiner en lichtere. O, en mitochondria en bladgroenkorrels hebben ribosomen van de bacterie-soort. Maar dat vermoedde je al.
Het mRNA gaat, nadat de introns eruitgesneden zijn, de celkern uit, de 5’ voorop en gaat naar een ribosoom. Dan is er keus: sommige ribosomen liggen los in het cytoplasma, de meeste zitten vast aan het Endoplasmatisch reticulum, weet je nog, dat uit membranen bestaand buisjessysteem in de cel. MRNA blijkt een soort adressercode te bavatten met naar welke soort ribosoom hiu moet, dat zal wel zitten in het niet-vertaalde stuk an het 5’-eind (maar ik was te lui om dat te googelen). Als een mRNA aankomt bij een ribosoom, maakt hij zich vast (niet gaan zitten leren van die A en P-plaats). Nu komen de tRNA’s naar de ribosomen, elk opgeladen, ergens in de cel door speciale enzymen, met “hun” aminozuur. D.w.z. het aminozuur dat bij hun antitriplet hoort. Kijk even naar de plaatjes van tRNA’s: best en ingewikkeld opgevouwen voorm, met een antitriplet en meet een uiteinde (altijd –CCA) waaraan het meegebrachte aminozuur vastzit. Nu past het ribosoom even of drie RNA-basen uit het mRNA passen op het antitriplet van de tRNA en als dat het geval is, koppelt het aminozuur los en wordt het vast gemaakt aan de groeiende eiwitketen. mRNA schuift door, volgend triplet gaat gepast worden en de lege tRNA gaat het ribosoom uit en wordt een tijdje later ergens in de cel weer opgeladen met het “eigen" aminozuur.
Je weet al dat die vertaalwoordenboekjes van mRNA-triplet (ook codon genoemd) naar aminozuren gelijk zijn voor alle organismen (op een paar heel rare bacterien na, en dan gaat het nog om heel kleine verschillen). En in de BINAS altijd vanaf 5’ (dus bij AAC zit die C aan de 3’ kant).
In die vertaallijstjes vind je ook start-codons en stopcodons. Die zijn nodig omdat het m-RNA dat bij een ribosoom komt begint en eindigt met niet coderende stukken. Elk eiwit begint dus altijd met het aminozuur methionine, maar dat wordt er voordat het eiwit aan het werk kan gaan vaak weer afgeknipt. Want dat is wel van belang: veel eiwitten moeten na hun vorming door en ribosoom nog flink bewerkt worden. Goed gevouwen, zwavelbruggen maken, som knippen. Dat soort dingen wordt vaak gedaan in het ER (endoplasmatisch reticulum, weet je wel) en in het Golgi-systeem.
Regulatie
Kijk op blz 35 even naar dat regelmodel van Jacob en Monod. Je ziet dan heel mooi dat er plaatsen op het DNA zitten waar het enzym dat mRNA gaat maken, zich vastgrijpt om aan het werk te gaan (de promotor), maar dat er andere plekken zijn waar zich remmende of stimulerende eiwitten vastmaken (de operators). Er worden in cellen allerlei eiwitten gemaakt (de transcriptiefactoren) die bepalen (door zich te binden aan een operatorplek) welk gen wanneer wordt afgelezen. Realiseer je dat een verandering in zo’n operator kan betekenen dat een gen nooit meer wordt fgelezen, of juist in de verkeerde cellen of op het verkeerde moment. En dat sommige transcriptiefactoren hele series genen (die dan allemaal dezelfde operator hebben) tegelijk aan kunnen zetten, bijv tijdens de embryovorming. Kortom: wat leeft en groeit en ons altijd weer boeit!
Kijk ook even (niet te lang) naar die regulatie door allerlei kleine RNA moleculen die in de celkern kunnen worden gemaakt en die ervoor kunnen zorgen dat heel specifieke messengers worden afgebroken zodat heel specifiek een bepaald eiwit niet meer gemaakt wordt. Het werkt mestal doordat dat kleine RNA-molecuul zich met baseparing verbindt met een stuk messenger, Daardoor ontstaat dubbelstrengs RNA (dsRNA). Binnen de cellen van planten en dieren zitten standaard (altijd, in alle cellen dus) enzymen die dsRNA afbreken. Dat komt omdat dsRNA veel voorkomt bij allerlei virussen en het dus heel nuttig is om dat af te breken. In een planten, dieren of schimmelcel komt nooit dsRNA voor, behalve dus dat RNA dat nu afgebroken moert worden om een gen tot zwijgen te brengen. Je snapt wel dat synthetisch RNA, gemaakt door onderzoekers, nu gebruikt kan worden om tijdens een onderzoek, elk gewenst gen uit te schakelen.
Mutaties
Denk erom: veel ziekmakende mutaties komen uit zaadcellen. Zelden uit eicellen. Dat komt omdat in teelballen voortdurend replicatie (dat DNA-copieren) plaatsvindt met alle kans op kleine copieerfoutjes. O, en veel mutaties komen door het per ongeluk ontstaan van een stopcodon. Het eiwit wordt dan niet afgemaakt en werkt niet. Voorbeeld: verreweg de meeste Cystic Fibrosispatienten hebben stopcodons in het Cystic Fibrosisgen).
Genetisch Modificeren
Kijk even naar het restrictieenzym-voorbeeld. Dit kan, maar een onderzoeker heeft keus: er zijn ook restrictieenzymen die recht afsnijden (blunt end) of met of zonder fosfaatgroepen er nog aan aan de 3’ of 5’ kant.