Het Centrale Dogma

Overzicht

Het centrale dogma van de biologie stelt dat informatie die in het DNA is gecodeerd, wordt overgedragen aan messenger-RNA (mRNA), dat vervolgens de synthese van eiwitten aanstuurt. De instructies waarmee de mRNA-nucleotidesequentie kan worden gedecodeerd in aminozuren, wordt de genetische code genoemd. De universele aard van deze genetische code heeft de vooruitgang in wetenschappelijk onderzoek, landbouw en geneeskunde gestimuleerd.

RNA is de ontbrekende schakel tussen DNA en eiwitten

Aan het begin van de 20e eeuw ontdekten wetenschappers dat DNA alle informatie opslaat die nodig is voor cellulaire functies en dat eiwitten de meeste van deze functies vervullen. De mechanismen voor het omzetten van genetische informatie in functionele eiwitten bleven echter jarenlang onbekend. Aanvankelijk werd aangenomen dat een enkel gen direct wordt omgezet in het gecodeerde eiwit. Twee cruciale ontdekkingen in eukaryotische cellen daagden deze theorie uit: 1) de eiwitproductie vindt niet plaats in de kern en 2) DNA bevindt zich niet buiten de kern. Deze bevindingen leidden tot de zoektocht naar een intermediair molecuul dat DNA verbindt met eiwitproductie. Dit intermediaire molecuul, dat zowel in de kern als het cytoplasma wordt gevonden en geassocieerd is met eiwitproductie, is RNA.

Tijdens de transcriptie wordt RNA in de kern met behulp van een DNA-template gesynthetiseerd. Het nieuwe gesynthetiseerde RNA is qua volgorde vergelijkbaar met de DNA-streng, behalve dat thymidine in DNA wordt vervangen door uracil in RNA. In eukaryoten wordt dit primaire transcript verder verwerkt, waarbij de niet-coderende eiwitgebieden worden verwijderd, het 5'-uiteinde wordt afgedekt en een 3'-poly-A-staart wordt toegevoegd om mRNA te creëren dat vervolgens naar het cytoplasma wordt geëxporteerd.

De regels voor het interpreteren van de mRNA-sequentie vormen de genetische code

Translatie vindt plaats bij ribosomen in het cytoplasma, waar de gecodeerde informatie in het mRNA wordt getransleerd in een aminozuurketen. Een set van drie nucleotiden codeert voor een aminozuur en deze tripletten worden codons genoemd. Deze codons bepalen de identiteit van het aminozuur en vormen de genetische code.

De genetische code is overbodig

Eiwitten worden gemaakt van 20 aminozuren in eukaryoten. Het combineren van vier nucleotiden in sets van drie levert 64 (4 ³ ) mogelijke codons op. Dit betekent dat individuele aminozuren door meer dan één codon gecodeerd kunnen worden, waardoor de genetische code overbodig of gedegenereerd zou zijn. Vaak, maar niet altijd, verschillen de codons die dezelfde aminozuren omschrijven alleen in het derde nucleotide van het triplet. De codons GUU, GUC, GUA en GUG vertegenwoordigen bijvoorbeeld allemaal het aminozuur valine. AUG is echter het enige codon dat het aminozuur methionine vertegenwoordigt. Het codon AUG is ook het codon waar de eiwitsynthese begint en wordt daarom het startcodon genoemd. Redundantie in het systeem minimaliseert de schadelijke effecten van mutaties. Een mutatie (dwz verandering) op de derde positie van het codon veroorzaakt dus niet altijd dat een ander aminozuur wordt gecodeerd.

De genetische code is universeel

Op een paar uitzonderingen na, gebruiken de meeste prokaryote en eukaryote organismen dezelfde genetische code voor eiwitsynthese. Deze universaliteit van de genetische code heeft vooruitgang in wetenschappelijk onderzoek, landbouw en geneeskunde mogelijk gemaakt. Zo kan humane insuline nu op grote schil in bacteriën worden geproduceerd. Dit wordt gedaan met behulp van recombinant-DNA-technologie. Recombinant DNA bestaat uit genetisch materiaal van verschillende soorten. Genen die coderen voor humane insuline worden samengevoegd met bacterieel DNA en in een bacteriële cel ingebracht. De bacteriële cel voert transcriptie en translatie uit om de humane insuline te produceren die in het recombinant DNA wordt gecodeerd. De geproduceerde menselijke insuline wordt gebruikt om diabetes te behandelen.