DNA-strengen

De meeste mensen hebben wel eens de beroemde dubbele helix van DNA gezien – twee strengen DNA die als een wenteltrap in elkaar verstrengeld zijn. Alle levende wezens hebben DNA. Eenvoudige wezens zoals bacteriën hebben slechts één lang, cirkelvormig stuk DNA dat bestaat uit twee in elkaar verstrengelde DNA-strengen. Het menselijk genoom, het geheel van DNA in mensen, heeft veel meer DNA-strengen.

Het meeste DNA van mensen is verpakt in 46 chromosomen die zich in de celkern bevinden, een gespecialiseerd compartiment voor de opslag van DNA. Elk van de chromosomen in de celkern bestaat uit twee lineaire DNA-strengen die om elkaar heen gewikkeld zijn.

Menselijke cellen bevatten ook een kleine hoeveelheid extrachromosomaal DNA dat zich in een ander deel van de cel bevindt, de mitochondriën. Dit mitochondriale DNA lijkt meer op bacterieel DNA – een enkel lang, cirkelvormig stuk DNA dat uit twee DNA-strengen bestaat.

Een DNA-streng is een lange, dunne molecule – gemiddeld slechts ongeveer twee nanometer (of twee miljardste meter) in breedte. Dat is zo dun, dat een menselijke haar ongeveer 40.000 keer zo breed is. Door de ongelooflijke dunheid van DNA-strengen kunnen ze zeer dicht opeengepakt worden, omdat anders de meeste DNA-moleculen niet in een cel zouden passen.

Betekent dit even: als je elke streng DNA in een enkele menselijke cel van begin tot eind zou uitrekken, zou deze bijna twee meter lang zijn, ofwel ongeveer 2,5 meter. Als de kern van een cel zo groot zou zijn als een honkbal, dan zou dat neerkomen op 8,3 mijl aan DNA dat erin is gepropt.

Delen van een DNA-streng

Of de DNA-streng nu lang is of zich in een cel bevindt, alle DNA-strengen hebben een gemeenschappelijke structuur. Ze zijn allemaal opgebouwd uit bouwstenen, nucleotiden genaamd, die op een rij aan elkaar zijn gekoppeld. Nucleotiden zelf bestaan uit drie aan elkaar gekoppelde delen: een suikermolecuul, een fosfaatgroep, en een stikstofhoudende base.

De suikers van de ene nucleotide koppelen zich aan de fosfaten van de aangrenzende nucleotide om de buitenkant van de DNA-streng te vormen, die bekend staat als de suiker-fosfaat ruggengraat. De binnenkant van de DNA-streng bestaat uit de stikstofhoudende basen. Deze basen binden zich in paren aan elkaar en vormen zwakke bindingen die niettemin de twee DNA-strengen in een dubbele helix bijeenhouden. Hun volgorde codeert de genetische informatie van een organisme.

Hoe worden de twee DNA-strengen bijeengehouden?

De twee DNA-strengen in een dubbele helix worden bijeengehouden door de stikstofbasen in de nucleotiden van elke streng aan elkaar te koppelen. De stikstofhoudende basis van een DNA-nucleotide kan een van vier verschillende moleculen zijn: adenine (A), guanine (G), thymine (T), en cytosine (C). Paren van stikstofhoudende basen op tegenover elkaar liggende strengen worden bij elkaar gehouden door attracties die waterstofbruggen worden genoemd en die in een specifiek patroon voorkomen.

Elke adenine op een DNA-streng vormt twee waterstofbruggen met een thyminemolecuul op de complementaire streng en vice versa. En elke guaninemolecule op de ene streng vormt drie waterstofbruggen met een cytosinemolecule op de andere en omgekeerd. Op deze manier zitten de twee DNA-strengen over hun hele lengte aan elkaar vast door waterstofbruggen, en vormen zo de “treden” van de wenteltrap die de dubbele helix is.

Waarom moeten DNA-strengen antiparallel zijn?

De twee complementaire DNA-strengen waaruit een dubbelstrengs stuk DNA is opgebouwd, worden beschreven als antiparallel aan elkaar. De term antiparallel betekent dat de twee strengen weliswaar fysiek parallel aan elkaar lopen, maar in tegengestelde richting – ongeveer zoals de rechter- en linkerbaan van een straat.

In andere woorden, waar de ruggengraat van de ene DNA-streng begint met een suikermolecuul en eindigt in een fosfaatgroep, begint de ruggengraat van de complementaire streng met een fosfaatgroep en eindigt in een suikermolecuul. De antiparallelle oriëntatie van de twee DNA-strengen maakt DNA structureel stabieler en maakt de complementaire basenparing mogelijk die de DNA-strengen bij elkaar houdt.

De richting van elke DNA-streng is van belang voor het proces van het kopiëren van het DNA (DNA-replicatie) en het lezen van de informatie die in de genen van het DNA is vervat (transcriptie), aangezien cellen DNA slechts in één richting kunnen lezen. Net zoals wij tekst alleen van links naar rechts lezen, lezen cellen DNA alleen door te beginnen bij het suikereind van de ruggengraat en te eindigen bij het fosfaateind.