De DNA-code is eigenlijk de 'taal van het leven.' Het bevat de instructies voor het maken van een levend wezen. De DNA-code bestaat uit een eenvoudig alfabet dat slechts vier 'letters' en 64 drie-letter 'woorden' bevat die codons worden genoemd. Het is misschien moeilijk te geloven dat de meeste van de wonderbaarlijke diversiteit van het leven is gebaseerd op een 'taal' die eenvoudiger is dan het Engels—maar het is waar.
Deze code bestaat niet letterlijk uit letters en woorden. In plaats daarvan vertegenwoordigen de vier letters vier individuele moleculen die nucleotiden worden genoemd: thymine (T), adenine (A), cytosine (C) en guanine (G). De volgorde of sequentie van deze basen creëert een unieke genetische code.
Deze codon 'woorden' in de genetische code zijn elk drie nucleotiden lang—en er zijn 64 van deze codons. Als je de rekensom maakt, zijn dit evenveel combinaties van drie letters als je kunt krijgen met slechts vier letters. ATG en CCC zijn een paar voorbeelden van codons.
Net zoals er meer is in menselijke talen zoals het Engels dan alleen letters en woorden, zoals interpunctie, komma's, enzovoort, geldt hetzelfde voor de genetische code. Bijvoorbeeld, in plaats van de eerste letter van een zin te kapitaliseren, geeft de genetische code bijna altijd het begin van nieuwe instructies aan met ATG, een van die drie-letter codons.
En in plaats van punten, eindigen genen met een van de drie verschillende codons: TAG, TAA of TGA. Er zijn andere delen van het DNA die geen codons zijn, maar die kunnen fungeren als een soort interpunctie of signalen die bijvoorbeeld aangeven wanneer, waar en hoe sterk een gen gelezen moet worden.
Hoe codeert DNA informatie?
Een van de belangrijkste manieren waarop DNA informatie binnen cellen codeert, is via genen. Mensen hebben ongeveer 20.000 genen. Elk gen bevat de instructies voor het maken van een specifieke eiwit, en elk eiwit vervult een specifieke functie in de cel.
Bijvoorbeeld, het lactase-gen bevat de instructies voor het maken van het lactase-eiwit. Het lactase-eiwit breekt de suiker lactose af die in melk voorkomt. Mensen met een uitgeschakeld lactase-gen zijn lactose-intolerant.
De instructies voor het maken van deze eiwitten zijn gecodeerd in de eerder besproken drie-nucleotide codons. Maar net zoals een set instructies die gelezen moet worden om iets te bouwen, moeten de instructies die in het DNA zijn gecodeerd ook worden gelezen.
Bijvoorbeeld, het DNA met de code voor het maken van het lactase-eiwit zal de suiker lactose niet kunnen afbreken. Om lactose te verteren, moet een cel eerst het gen lezen en vervolgens het eiwit lactase maken.
De eerste stap in het lezen van een gen is het overdragen van de informatie van DNA naar boodschapper RNA (mRNA) met behulp van een eiwit dat RNA-polymerase wordt genoemd (bij mensen is de polymerase die genen zoals lactase leest RNA-polymerase II). Dit proces wordt transcriptie genoemd.
Het mRNA gaat vervolgens naar een eiwitmakende machine in de cel, die een ribosoom wordt genoemd. Daar wordt het mRNA vertaald in het specifieke eiwit waarvoor het de instructies heeft. Het lactase-mRNA wordt in het ribosoom vertaald naar het eiwit lactase.
Waarvoor Codons Coderen?
Een codon is een reeks van drie nucleotiden op een streng DNA of RNA. Elk codon is als een woord van drie letters, en al deze codons samen vormen de DNA (of RNA) instructies. Omdat er slechts vier nucleotiden in DNA en RNA zijn, zijn er slechts 64 mogelijke codons.
Van de 64 codons coderen 61 voor aminozuren, die de bouwstenen voor eiwitten zijn. Eiwitten worden gemaakt door een reeks aminozuren aan elkaar te koppelen. Elk eiwit is anders vanwege de volgorde en het aantal aminozuren dat het heeft. Dus de DNA-code is eigenlijk gewoon de instructies voor het aan elkaar rijgen van het juiste aantal en type aminozuren in de juiste volgorde.
De drie codons die niet coderen voor aminozuren worden stopcodons genoemd. Beschouw ze als punten aan het einde van een zin. Ze dienen als het stopsignaal dat het ribosoom vertelt dat het aan het einde van de eiwit-instructies is gekomen en moet stoppen met het toevoegen van aminozuren. In RNA wordt de nucleotidebase thymine (T) vervangen door de nucleotidebase uracil (U). De drie stopcodons in mRNA zijn UAG, UAA en UGA.
Terwijl 61 codons coderen voor aminozuren, hebben mensen slechts 20 aminozuren, dus er zijn meer codons dan nodig. Dit staat bekend als redundantie. Een aminozuur kan meer dan één codon hebben dat ervoor codeert. Bijvoorbeeld, zowel UUU als UUC coderen voor het aminozuur fenylalanine (Phe).
Redundantie helpt de impact van veranderingen in het DNA te verminderen. Voor een eiwit om optimaal te functioneren, moet het het juiste aminozuur op de juiste plaats hebben. Elke verandering in een gen die één aminozuur in een ander verandert, kan ervoor zorgen dat een eiwit stopt met functioneren.
Hoewel dit misschien niet zo'n groot probleem is voor het lactase-gen (je hoeft alleen maar Lactaid te nemen wanneer je melk drinkt), kunnen de effecten voor andere genen ernstiger zijn. Sikkelcelanemie is een geval waarin een enkele verandering van aminozuur in het beta-globine-gen leidt tot de ziekte.
Redundantie maakt het minder waarschijnlijk dat mutaties leiden tot veranderingen in aminozuren en dus mogelijke ziekten, omdat sommige veranderingen in het DNA, zogenaamde stille mutaties, resulteren in hetzelfde aminozuur. Als een C de laatste U in UCU vervangt om UCC te vormen, zal de codon nog steeds hetzelfde aminozuur maken: serine (Ser). Meer dan één codon per aminozuur kan de creatie van een niet-functioneel eiwit voorkomen.
Hoeveel mogelijke codons zijn er?
De meeste organismen, zoals mensen, hebben vergelijkbare genetische codes met 64 codons die op dezelfde manier werken. In feite staat het zelfs bekend als de 'Universele Genetische Code.' Een voorbeeld zou ACG zijn, dat codeert voor het aminozuur threonine (Thr) bij mensen, katten en planten.
Echter, recent onderzoek toont aan dat sommige bacteriën codons hebben die anders coderen. Bijvoorbeeld, het stopcodon UGA kan coderen voor het aminozuur glycine (Gly) in sommige bacteriën. Evenzo kan het stopcodon UGA coderen voor tryptofaan in mitochondriën in sommige organismen.
Waarvoor Biedt DNA de Code?
Slechts ongeveer twee procent van het DNA in uw cellen codeert daadwerkelijk voor eiwitten. De rest wordt soms zelfs junk-DNA genoemd—maar wetenschappers zijn misschien een beetje overhaast geweest om het zo te noemen. Dit niet-coderende DNA heeft veel verschillende functies in de cel, zoals het reguleren van genen. Niet-coderend DNA kan helpen om genen aan en uit te schakelen, een plaats bieden voor eiwitten om zich te binden, zodat ze hun werk kunnen doen, enzovoort. Het bestuderen van niet-coderend DNA is momenteel een actief onderzoeksgebied.
