Hoe werkt DNA-vertaling?

Het vertalen van de genetische code van zijn deoxyribonucleïnezuurvorm bestaande uit een ketting van vier herhalende letters naar een uiteindelijk eiwitproduct dat uit aminozuren bestaat, is een goed begrepen proces. Een manier om het proces te beschrijven is om je een enkele streng van een chromosoom voor te stellen als een boekenplank vol met instructieboeken die in een vreemde taal zijn geschreven. Een vertaler kan een boek van de plank pakken en beginnen met het overschrijven van de code op papier. Vervolgens vertaalt hij de vreemde karakters in woorden die een lezer kan begrijpen. De lezer gaat dan verder met het bouwen van een bruikbaar project op basis van de vertaalde instructies.

•••Comstock/Comstock/Getty Images

DNA bestaat uit twee polynucleotideketens die in een dubbele helix om elkaar heen zijn gewikkeld. Elke nucleotide van beide ketens heeft een stikstofbase. Aan elke base is ofwel een adenine (A), cytosine (C), guanine (G) of thymine (T) molecuul bevestigd. De twee polynucleotideketens binden aan elkaar via zwakke waterstofbruggen tussen C-en-G-gepaarde moleculen en A-en-T-gepaarde moleculen. Deze unieke C-G/A-T-binding zorgt ervoor dat de DNA-strengen tijdelijk kunnen scheiden, terwijl een enzym de dubbele helix openritst in secties van enkele strengen voor transcriptie in strengen van boodschapper-RNA.

Een streng boodschapper-RNA (mRNA) is een exacte kopie van een enkele DNA-streng, met de uitzondering dat elke thymine (T) is vervangen door een uracil (U)-molecuul. Een keten van mRNA-moleculen bestaande uit G-, CA- en U-moleculen is gerangschikt in een tripletcode zoals CAC, UUA en CUG. Deze sequentie van tripletcodes is een kopie van de DNA-sequentie GTGAATGAC. De drielettercode wordt later in eiwit vertaald door speciale RNA/eiwitcomplexen die de drielettercode herkennen en een streng aminozuren bouwen die overeenkomt met de code. De mRNA-code AUG komt bijvoorbeeld overeen met het aminozuur methionine.

Transcriptie vindt plaats wanneer een RNA-polymerase-enzym langs een specifiek gebied van een enkele DNA-streng rijdt en een mRNA-kopie synthetiseert (transcribeert). Meestal wordt de mRNA-streng gemodificeerd door op verschillende specifieke plekken te worden geknipt door een speciaal enzym en vervolgens weer samengevoegd tot een kortere mRNA-streng die zal coderen voor een functioneel eiwit. Daarom wordt de oorspronkelijke coderende DNA-streng niet direct vertaald in eiwit, maar moet het een wijzigingsstap doorlopen als mRNA om onzinsequenties te verwijderen die niet coderen voor een gen.

Translatie is de laatste stap van het vertalen van een DNA-sequentie naar een functioneel eiwit. RNA/eiwitcomplexe moleculen die "ribosomen" worden genoemd, hechten zich aan de gemodificeerde mRNA-streng en vertalen de streng in een keten van eiwitmoleculen. Dit wordt bereikt door RNA (tRNA)-moleculen die specifieke aminozuren dragen over te brengen naar de ribosomen waar drielettercodes worden gelezen en gekoppeld aan specifieke aminozuren. Zodra de aminozuurketen is gesynthetiseerd, vouwt deze zich meestal automatisch in een conformatie die hem functioneel maakt. Daarom kan een enkele DNA-mutatie desastreus zijn. De DNA-mutatie wordt getranscribeerd in een drieletterige mRNA-code die op zijn beurt codeert voor het verkeerde aminozuur. Hierdoor wordt voorkomen dat de uiteindelijke aminozuurketen correct wordt gevouwen tot een functioneel eiwit.