Biologie voor niet-juristen I

De bouwstenen van DNA zijn nucleotiden. De belangrijke componenten van elke nucleotide zijn een stikstofhoudende base, desoxyribose (5-koolstof suiker), en een fosfaatgroep (zie figuur 1). Elke nucleotide heeft zijn naam te danken aan zijn stikstofhoudende base. De stikstofbasis kan een purine zijn, zoals adenine (A) en guanine (G), of een pyrimidine, zoals cytosine (C) en thymine (T). Uracil (U) is ook een pyrimidine (zie figuur 1), maar komt alleen voor in RNA, waarover later meer.

Figuur 1. Elke nucleotide bestaat uit een suiker, een fosfaatgroep en een stikstofhoudende base. De suiker is desoxyribose in DNA en ribose in RNA.

De nucleotiden verbinden zich met elkaar door covalente bindingen die fosfodiesterbindingen of -verbindingen worden genoemd. Het fosfaatresidu zit vast aan de hydroxylgroep van de 5′-koolstof van de ene suiker van de ene nucleotide en de hydroxylgroep van de 3′-koolstof van de suiker van de volgende nucleotide, waardoor een 5′-3′ fosfodiesterbinding wordt gevormd.

In de jaren vijftig werkten Francis Crick en James Watson samen aan het bepalen van de structuur van DNA aan de Universiteit van Cambridge, Engeland. Andere wetenschappers, zoals Linus Pauling en Maurice Wilkins, waren ook actief op dit gebied. Pauling had de secundaire structuur van eiwitten ontdekt met behulp van röntgenkristallografie. In het lab van Wilkins gebruikte onderzoeker Rosalind Franklin röntgendiffractiemethoden om de structuur van DNA te begrijpen. Watson en Crick waren in staat de puzzel van de DNA-molecule in elkaar te passen op basis van de gegevens van Franklin, omdat Crick ook röntgendiffractie had bestudeerd (figuur 2). In 1962 kregen James Watson, Francis Crick en Maurice Wilkins de Nobelprijs voor geneeskunde. Helaas was Franklin toen al overleden, en Nobelprijzen worden niet postuum toegekend.

Figuur 2. Het werk van de baanbrekende wetenschappers (a) James Watson, Francis Crick en Maclyn McCarty heeft geleid tot ons huidige begrip van DNA. Wetenschapper Rosalind Franklin ontdekte (b) het röntgendiffractiepatroon van DNA, dat hielp om de dubbele helixstructuur ervan op te helderen. (credit a: bewerking van werk van Marjorie McCarty, Public Library of Science)

Watson en Crick stelden voor dat DNA bestaat uit twee strengen die om elkaar heen gedraaid zijn om een rechtshandige helix te vormen. Basenparen vinden plaats tussen een purine en een pyrimidine; namelijk A paart met T en G paart met C. Adenine en thymine zijn complementaire basenparen, en cytosine en guanine zijn ook complementaire basenparen. De basenparen worden gestabiliseerd door waterstofbruggen; adenine en thymine vormen twee waterstofbruggen en cytosine en guanine vormen drie waterstofbruggen. De twee strengen zijn antiparallel; dat wil zeggen dat het 3′-uiteinde van de ene streng tegenover het 5′-uiteinde van de andere streng ligt. De suiker en het fosfaat van de nucleotiden vormen de ruggengraat van de structuur, terwijl de stikstofhoudende basen daarbinnen zijn gestapeld. Elk basenpaar is 0,34 nm van het andere basenpaar verwijderd, en elke omwenteling van de helix meet 3,4 nm. Per winding van de helix zijn er dus tien basenparen aanwezig. De diameter van de dubbele helix van DNA is 2 nm, en hij is overal uniform. Alleen de koppeling tussen een purine en een pyrimidine kan de uniforme diameter verklaren. De draaiing van de twee strengen om elkaar resulteert in de vorming van gelijkmatig verdeelde hoofd- en bijgroeven (figuur 3).

Figuur 3. DNA heeft (a) een dubbele helixstructuur en (b) fosfodiësterbindingen. De (c) grote en kleine groeven zijn bindingsplaatsen voor DNA-bindende eiwitten tijdens processen zoals transcriptie (het kopiëren van RNA uit DNA) en replicatie.

Bijdragen!

Verbeter deze paginaLees meer