Nucleïnezuren
Laatste bijwerking :
Van DNA is al lang geweten dat de volgorde van de basenparen, voorgesteld door de letters A, C, G en T, zorgen voor de aanmaak van bepaalde eiwitten, die nodig zijn voor de werking van alle menselijke cellen.
Een stuk DNA dat voor een bepaalde eigenschap codeert, vormt een gen. Welke genen op welk moment geactiveerd worden, hangt af van een proces dat de 'regulatorische code' genoemd wordt. Een cruciaal element in de regulatorische code, zijn de 'enhancers', ofwel 'schakelaars'. Enhancers zijn stukjes DNA die zich rond de genen bevinden, en waarop eiwitten binden. Als dat gebeurt, activeren ze een bepaald gen. Een cel kan tot expressie komen als de welbepaalde genen geactiveerd worden, die allemaal precies gereguleerd moeten worden door hun enhancers.
Nucleïnezuren (DNA en RNA) kunnen beschouwd worden als het meest fundamentele bestanddeel van de levende cel. Nucleïnezuren hebben het vermogen tot zelf-duplicatie. Daarnaast bevatten nucleïnezuren de genetische informatie voor de synthese van elke molecule, cel, weefsel waaruit het organisme is opgebouwd. Deze genetische informatie houdt in dat nucleïnezuren bepalen hoe eiwitten opgebouwd worden, hoe een bepaalde taak moet worden uitgevoerd, hoe de cellen zuurstof moeten gebruiken...
Maar de manier waarop deze gedifferentieerde cellen naar de juiste plaats in het groeiende of herstellend lichaam reizen, wordt niet door het DNA uitgelegd. Het DNA is een soort lijst van onderdelen van het systeem, maar niet de gebruiksaanwijzing!
Het DNA is een handboek met informatie en instructies waarop kan worden gereageerd door katalysatoren, enzymen, hormonen en neurotransmitters. Maar de ruimtelijke organisatie en het herstel van alle cellen in weefsels wordt gecodeerd door een bio-energetisch veld (holografisch energieveld of hologram), waarbij elk deel de informatie van het geheel bevat. Dit veld bezit de informatie voor de groei, de ontwikkeling en het herstel van het lichaam. Het stuurt de ruimtelijke ontplooiing van het genetisch proces.
Energetische therapievormen (acupunctuur, shiatsu, yoga...) proberen deze etherische velden te beïnvloeden om het menselijk functioneren te verbeteren door energie te richten op het lichaam in het plaats van het manipuleren van cellen en organen door middel van medicatie of chirurgie.
Alle cellen in ons lichaam hebben allemaal hetzelfde DNA. Maar niet al dit DNA wordt in elk celtype benut. Elke cel (met uitzondering van bepaalde immuuncellen en enkele geslachtscellen) bezit dus alle genen van het individu. Maar volgens de plaats in het organisme zullen bepaalde genen tot uitdrukking komen, terwijl andere de stilte bewaren.
Doch opgelet, het celdeelproces werkt niet perfect : kopiefouten kunnen optreden. Alhoewel die fouten meestal geen gevolg uitlokken, kunnen sommige de oorzaak vormen van ernstige genetische ziekten zoals mucoviscidose of hemofilie. Ongeveer 300 miljard cellen (op de meer dan 75.000 miljard cellen waaruit het organisme is opgebouwd) worden dagelijks vervangen. Gebreken stapelen zich dus op en gaan van de ene generatie over op de andere.
Maar dat is niet alles : de fouten die optreden bij de celdeling zijn niet de enige die het DNA kunnen beschadigen : UV-stralen, radioactiviteit, virussen of ook bepaalde chemische stoffen (in rook bv.) kunnen het DNA ook schaden.
Deze externe factoren veranderen niet alleen de DNA-structuur, wat kan leiden tot celdood of tot ongecontroleerde celdeling (kankervorming) maar veranderen ook de evolutie van het soort indien de verandering bij voortplantingscellen optreedt die dan op hun beurt een nieuw gen gaan ontwikkelen...
Overzicht inhoud :
Inhoud :
Opbouw :
Er zijn in de levende cel 2 soorten nucleïnezuren : ribonucleïnezuur (RNA) en desoxyribonucleïnezuur (DNA). Beide nucleïnezuren zijn polymeren waarvan nucleotiden de monomere bouwstenen vormen (zie ook " Functies van AZ").
Nucleotiden bestaan uit een suiker (ribose-molecule (bij RNA) of een desoxyribose (bij DNA)) waarvan op de positie C1 een stikstofbase base gebonden is en op de positie C5 een fosfaatgroep (fosfor en 4 zuurstofatomen). De nucleotiden zijn onderling verbonden via een covalente fosfaatdiester band (stevige binding) tussen een hydroxyl groep (OH op positie C3) van het ene nucleotide en de fosfaatgroep van het volgende nucleotide : de fosfaatgroep bindt zich dus aan koolstof 3 van de suikermolecule van het eerste nucleotide en aan koolstof 5 van de suikermolecule van het volgende nucleotide.
Nucleïnezuur = een suiker + een fosfaatgroep + een stikstofbase.
Er zijn 4 verschillende monomeren van DNA en RNA, elk met een andere base.
DNA is opgebouwd met de basen adenine (A), guanine (G), cytosine (C) en thymine (T),
RNA is opgebouwd met de basen A, G en C maar in plaats van T is uracil (U) aanwezig.
De A en G basen worden purines genoemd, de C, T en U basen pyrimidines.
De verschillende basen kunnen op een zeer specifieke manier via waterstofbruggen (zwakke binding) met elkaar paren, G steeds met C, A altijd met T (in DNA) of met U (in RNA). De basen zijn immers complementair : purines van de ene streng bevinden zich steeds tegenover pyrimidines van de andere streng.
-
-
-
deze paring vormt ook de structuur van DNA : een dubbele helix waarbij twee polymeerstrengen om elkaar heen gewonden zitten, bij elkaar gehouden door basenparing.
-
deze paring vormt de basis van een zeer belangrijke eigenschap van het DNA : de mogelijkheid een exacte kopie van het molecule te maken.
-
-
Wanneer een DNA molecule dupliceert worden de 2 strengen van elkaar gescheiden en tegenover elke streng wordt een nieuwe DNA streng gesynthetiseerd die complementair is aan de oude streng. Op deze wijze ontstaan 2 identieke DNA moleculen.
Genen bevatten maar 3% DNA. De rest, junk DNA, is opgebouwd uit lange repeterende DNA sequenties die niet worden vertaald naar proteïnen. Deze herhalingen zijn heel labiel. Zij beïnvloeden de DNA omslag die de activatiegraad van een gen mede bepaalt. Hun labiliteit kan snel de activiteit van de genen in de buurt veranderen. Junk DNA speelt zo de rol van versneller van de evolutie wat van pas kan komen bij het overlevingsproces in een snel veranderende omgeving.
Erfelijke informatie :
In de primaire structuur van het DNA zit de erfelijke informatie opgeslagen. De base-volgorde in het DNA dicteert wat de aminozuur-volgorde in de eiwitten zal zijn. Voor het vertalen van deze informatie fungeert RNA als tussenschakel. Het gedeelte van het DNA dat codeert voor 1 bepaald eiwit wordt "gen" genoemd.
Voor het omzetten van informatie van een gen naar een eiwit zijn 2 stappen nodig :
-
-
Het maken van een RNA boodschapper (mRNA) kopie van het betreffende gen (= transcriptie). De synthese van RNA is vergelijkbaar met die van DNA, met het verschil dat er maar 1 streng gesynthetiseerd wordt. mRNA wordt gemaakt om informatie over te brengen en wordt meteen weer afgebroken. RNA dringt door tot in de cel, maar niet tot in de celkern (waar het DNA zit). Dat is ideaal voor een vaccin dat als boodschapper-RNA (mRNA) informatie moet leveren voor de immuunafweer en daarna weer verdwijnt...
-
-
-
Het aflezen van het mRNA door complexe eiwitstructuren, de zogenaamde ribosomen (= translatie). Hierbij doet zich een fundamenteel probleem voor : eiwitten bestaan uit 20 verschillende AZ, maar er zijn slechts 4 verschillende basen in RNA (en DNA). De ribosomen "lezen" daarom niet de individuele basen, maar codons bestaande uit een serie van 3 basen. Elk codon codeert voor een specifiek AZ. Op deze wijze kunnen 64 codons worden gecodeerd.
-
Aangezien er bij een serie van 3 basen 64 mogelijke codons zijn, kan een AZ door verschillende codons gecodeerd worden.
DNA ---> transcriptie ---> RNA ---> translatie ---> Proteïne
3 basen (1 codon) ------------------------------------> 1 aminozuur
Voor de uiteindelijke synthese van eiwit zijn transfer RNA (tRNA) moleculen nodig die ervoor zorgen dat het juiste AZ bij het juiste codon terechtkomt, waarna in de ribosomen de peptideband wordt gevormd.
Alle op aarde levende organismen gebruiken nucleïnezuren en eiwitten voor hun bestaan. Bovendien zijn alle eiwitten opgebouwd uit dezelfde 20 verschillende AZ. Ook de code in het DNA (en RNA) is universeel : elke vorm van leven codeert dus de verschillende codons van dezelfde AZ.
Er bestaan organismen met slechts 470 genen (Mycoplasma genitalum), dus maximaal 450 enzymen. Het eenvoudige E. coli heeft slechts 4000 genen en gist 6000. Deze organismen zijn net als de mens tot vrijwel alle biochemie in staat. Waarschijnlijk staan maar een paar honderd genen in voor het coderen van de primaire biochemische processen en zijn alle andere betrokken bij het reguleren ervan. Primaire biochemische processen zijn omzettingen van voedsel in stoffen nodig voor het organisme of waarmee dit laatste de nodige basisstoffen zelf kan aanmaken en energie opleveren of aanwenden.
Ondanks de grote verscheidenheid in organismen is de biochemie van in de verschillende organismen in veel opzichten sterk homoloog, soms zelfs grotendeels identiek.
Erfelijke code (genoom) :
De belangrijkste functie van onze 26.600 genen in de evolutie is het bewaren van opgedane ervaringen en het opdoen van nieuwe ervaringen, die dan steeds naar de volgende generatie wordt doorgegeven. Het genoom staat dan voor een gegevensbank met oneindig veel informatie waarvan maar een klein deel gebruikt wordt. De gebieden met actief DNA (genen die voor een eiwit coderen) zouden maar 2 à 3% van de molecule uitmaken.
Het genotype van een persoon verwijst naar het geheel aan informatie dat in zijn genen zit opgeslagen. Dit type, het oorspronkelijk genotype, komt enkel voor bij het ontluiken van het leven, bij de bevruchting. Dit genotype wordt bepaald door de erfelijke eigenschappen van de ouders.
Vervolgens, tijdens de zwangerschap, onder invloed van hetgeen de moeder meemaakt, ontstaat progressief het oorspronkelijk fenotype. Vanaf de geboorte worden de genen, levenslang, blootgesteld aan omgevingsfactoren die hun gaan beïnvloeden (epigenetische factoren die niet door een DNA-sequentie worden gecodeerd maar haar wel kunnen regelen en sturen) en vormen zo het gewijzigd fenotype dat verwijst naar de manier waarop het genotype zich uitdrukt. Het fenotype is dus de complexe uitdrukking van een individualiteit, opgebouwd uit de wederzijdse inwerking tussen het genotype en extrinsieke factoren waaronder de opgedane ervaringen. Homozygote tweelingen bezitten zo een identiek genotype, maar een verschillend fenotype.
De evolutie van het fenotype in functie van de leeftijd is het te bekijken waard : vanaf de 18de dag na de bevruchting, op het moment dat de schildklier actief wordt, is celdeling niet meer mogelijk en zal de eicel haar eigen fenotype-individualiteit gaan ontwikkelen :
-
-
vanaf 4 maanden zwangerschap verschijnen de unieke digitale vingerafdrukken (onafhankelijk van het genoom)
-
vanaf de geboorte staat alle metabole- en spieractiviteit in functie van de opbouw en de ontwikkeling van de hersenen
-
vanaf 3 jaar ontstaat het "ik", tergelijkertijd met het "neen".
-
vanaf 7 jaar : de jaren van de rede, het zenuwstelsel is nu functioneel
-
bij de puberteit : begin van het ontluiken/aanvaarden van zijn eigen seksualiteit, het ontwikkelen van een eigen mening
-
als volwassene : o.a. de bewustwording van zijn seksualiteit
-
Men kan de genetisch bepaalde erfelijkheid vergelijken met een computer. Initieel is hij enkel uitgerust met een opstartprogramma, het BIOS. Vervolgens met een beheersysteem dat aanpasbaar is. Het omvat software die zich in de loop van de kinderjaren onder invloed van de omgeving moduleert. Het beheersysteem past zich immers dagelijks aan volgens de nieuw beleefde opgeslagen informatie. Het zijn deze constante informatiestromen naar/in het besturingssysteem die de software vormen die een heel leven stuurt.
Sommige onderzoekspistes wijzen op een causale rol voor de darmflora bij de genexpressie en dus ook bij het ontstaan van ziekten. Meteen kan de bijdrage van de darmflora aan het reilen en zeilen van ons lichaam een aanwijzing zijn voor het oplossen van het "raadsel van de genoomcomplexiteit". Het voorwerp van onze frustratie is hier een domme rijstkorrel, die maar liefst 46.000 genen bezit, betrokken bij de synthese van evenveel eiwitten. Dat terwijl wij, de alom door onszelf geprezen homo sapiens, het moeten rooien met een schamel totaal van 26.600 functionele genen.
Onze darmflora doet de rekeningen kloppen. De duizend verschillende bacteriestammen die in spijsverteringsstelsel schuilgaan, vertegenwoordigen een extra kapitaal van 4 x 106 functionele genen, wat het totaal voor wij en zij samen op 4.026.600 brengt. De rijstkorrel is hiermee tot zijn ware dimensies teruggebracht.
Bovenstaande benadering impliceert dan ook het mogelijk inzetten van probiotica in het bestrijden van metabole én zelfs neurodegeneratieve ziekten zoals Alzheimer, Parkinson of ALS (Amyotrofe Lateraal Sclerose).
De toekomst : proteomica :
Genen zelf maken van ons niet direct wie we zijn. Genen maken wel eiwitten aan die in ons lichaam de wil van onze genen ten uitvoer brengen. Is het genoom als een blauwdruk dan zijn alle proteïnen (het proteoom) de werkende delen die elke cel controleren.
Meer dan 90% van de DNA-sequenties in ons genoom werd tot nu toe als junk-DNA (of long non-coding DNA (lncDNA) bestaande uit meer dan 200 nucleotiden) beschouwd, zonder specifieke functie voor de aanmaak van eiwitten maar wel van lncRNA. Dit lncRNA zou zich linken aan miRNA (micro RNA) en zo communiceren met andere RNA-doelen, terwijl miRNA de stabiliteit van lncRNA zou bevorderen. Deze wisselwerking controleert belangrijke fysiologische functies, zodat de binding en de mate van binding van elke miRNA en lncRNA de celfunctie rechtstreeks kunnen verstoren... Maar, lncRNA komt echter vooral ter expressie in bepaalde weefsels, zoals kankerweefsel...
Maar de studie over hoe die eiwitten ruimtelijk gestructureerd zijn en worden uitgedrukt, hoe zij veranderen en communiceren, die studie (proteomica) is veel complexer dan het genoomonderzoek. Onze 19.599 genen kunnen zo'n verschillende 200.000 mRNA-types aanmaken. En ieder mRNA-stukje kan zowat 200.000 eiwitten aanmaken (afhankelijk van het moment in de celcyclus, de celdifferentiatie, van het antwoord op verschillende biologische en fysische signalen, van de fysiopathologische toestand van de persoon... Wat neer komt op 40 miljard proteïnen... Veel geluk, professor!
Brute computerkracht zal niet genoeg zijn om de complexe pathways van proteïnen te doorgronden. Neem 100 mensen met longkanker en 100 mensen zonder. Wat is het verschil in hun genoom en hun proteomisch profiel? Alle mensen met dezelfde ziekte zullen immers zover zijn geraakt met een ander genoom en waarschijnlijk via een andere proteomische weg. Met statistische modellen moeten we die eiwitten die tot ziekte leiden kunnen scheiden van de andere. We moeten onze weg vinden tussen die veelheid proteïnen, op zoek naar signalen die belangrijk zijn. Maar welke signalen?
Uiteindelijk zal dit misschien lijden tot een vorm van gepersonaliseerde geneeskunde. Nu wordt vooral gezocht naar biomarkers, eiwitten die accuraat kunnen voorspellen bij wie een bepaalde ziekte zich zal/kan ontwikkelen, vooral om vroeger een diagnose te kunnen stellen en een behandeling in te stellen, en om na te gaan of de ingestelde behandeling effectief inwerkt.
Maar wil je wel weten of je kanker zal krijgen? Is niet weten meestal beter dan weten?
Praktisch :
Hoe de genen tot expressie komen hangt af van de integriteit van het DNA.
4 voedingsstoffen zijn erg belangrijk voor een gezond DNA (methylering) :
-
-
foliumzuur (B9)
-
zink (zorgt voor een goede binding met het DNA)
-
