Zonder enige biologische achtergrond is het fenomeen 'gen' een soort black box. Na enige uitleg wordt het genetische verhaal eenvoudiger om te begrijpen en te ondhouden.
Structuur van DNA
Eerder beschreven we DNA als een dubbele keten van 'kralen' met de vorm van een dubbele helix. De eigenschappen van die 'kralen' zijn ook interessant.
De kralen zijn in het echt basen (chemische term); er zijn vier types om precies te zijn. Elk type wordt voorgesteld door een letter (de eerste letter van de naam van de base): C, G. A en T. Opmerkelijk is dat tegenover een C in de ene keten altijd een G-base in de andere keten zit en tegenover een A altijd een T. Dit is handig bij het kopiëren van DNA tijdens celdeling:
- Splits de DNA-keten als een rits
- Stop een complementerende base tegenover elke base
- Ga door tot het eind van de keten
Het resultaat is twee identieke DNA-moleculen.
In de introductie was te lezen dat DNA informatie bevat over allerlei eigenschappen. Om precies te zijn: het bevat code voor het maken van eiwitten. Eiwitten bestaan op hun beurt uit ketens met aminozuren. Er zijn meer dan twintig typen aminozuren die gecodeerd moeten worden met maar vier 'letters'. Een simpele rekensom leert dat er minstens drie letters nodig zijn om een combinatie te maken waarmee elk aminozuur uniek weergeven kan worden. Dit is precies de oplossing die de natuur gevonden heeft. Sommige aminozuren worden gecodeerd met meer dan een combinatie en sommige combinaties staan voor helemaal geen aminozuur (non-sense DNA).
Eiwitten
Het feit dat DNA de code voor eiwitten bevat is leuk, maar waar is het goed voor?
Daarvoor moeten we nader kijken naar eiwitten. Een keten aminozuren heeft ook een driedimensionale vorm. Dit wordt bepaald door het type en de volgorde van aminozuren. Sommige aminozuren vormen interne bruggen die de dridimensionale vorm bepalen. Die vorm is handig bij het binden van stoffen aan het eiwitmolecuul. Hierdoor komen die stoffen dicht bij elkaar en dit maakt de chemische reactie tussen die stoffen eenvoudiger. Eiwitten kunnen daardoor chemische reacties katalyseren. Eiwitten die dit kunnen worden enzymen genoemd.
Een andere functie van eiwitten is het vormen van allerlei structuren in de cel en het lichaam. Spierbewegingen worden ook veroorzaakt door eiwitten dit langs elkaar bewegen, zuurstoftransport wordt gedaan door een eiwit, etcetera.
Enzymen
Wat is de connectie tussen enzymen en genetische eigenschappen?
Het antwoord is eigenlijk vrij logisch. Veel eigenschappen zijn niet meer dan het feit dat een bepaalde substantie gemaakt wordt door het lichaam. Een zwarte vachtkleur wordt veroorzaakt door de stof eumelanine. De reactie die deze stof vormt wordt versneld door een enzym. Als het enzym niet aanwezig is (of de ruimtelijke structuur van het eiwit is incorrect!) wordt er geen eumelanine gevormd en is het haar niet zwart.
De invloed van het enzym op de reactie is zo groot dat zonder het enzym alleen verwaarloosbare hoeveelheden van de stof worden gevormd.
In het kort: een eigenschap wordt veroorzaakt door een chemische stof. De aanmaak van de stof (chemische reactie) wordt gekatalyseerd door enzymen die gecodeerd worden door DNA.
En kleine fout in het DNA kan eenvoudig resulteren in een slecht of niet werkend enzym die de eigenschap (deels) laat verdwijnen.
Celdeling
Zowel voor de groei als voor voortplanting moeten nieuwe cellen worden gemaakt. Voor groei wordt dit gedaan door mitose en voor voortplanting door meiose.
Mitose
Een paar gebeurtenissen van de celdeling zijn belangrijk voor het genetische verhaal:
- DNA (chromosoom) wordt gekopieerd
- De kernmembraan verdwijnt
- Elk van de kopiën van het DNA bewegen naar een helft van de cel (chromosomen lijken te splitsen)
- De kern wordt weer gevormd
- De cel zelf deelt
Meiose
Meiose (of reductiedeling) begint met een mitotische deling, gevolgd door:
- Het verdwijnen van de kernmembraan
- De chromosomen van elk paar vinden elkaar in het midden van de cel
- Elk chromossom van een paar beweegt naar een helft van de cel
- De kernmembranen worden weer gevormd
- De cel zelf deelt
Elk van de cellen bevat nu slechts de helft van het aantal chromosomen. Van de 78 chromosomen van de hond bevatten deze cellen slechts 39 hiervan. Deze cellen zijn echter wel speciale cellen: voortplantingscellen. Gedurende het voortplantingsproces worden de halve sets van de chromosomen van de reu en de teef gecombineerd wat resulteert in een volledige set chromosomen.
Crossing over
Tijdens meiose bewegen de chromosomen van elk paar naar het midden van de cel. De chromosomen zijn zo dicht bij elkaar dat tijdens het bewegen naar de nieuwe celhelften delen van het chromosoom verwisseld kunnen worden met het andere chromosoom.
Genetische eigenschappen die normaliter gelinkt zijn omdat ze op het zelfde chromosoom liggen kunnen hiermee gescheiden worden. Weer een trucje van moeder natuur om de gentische variantie te vergroten. De frequentie van het splitsen van eigenschappen hangt af van de afstand tussen de loci op het chromosoom. De kans dat ze splitsen is kleiner naar mate de loci dichter bij elkaar liggen.