Lezing Physica

Drs. F.A.J.G.Geurts: Van Oerknal tot DNA: een chemische verkenning

Tijdstip: 20.00 - 22.30 uur
Locatie: Regionaal Archief Rivierenland, Tiel

Heel, heel snel na de oerknal (13 miljard jaar geleden) werden al de eerste elementen, die we nu op aarde kennen, gevormd. Dit waren o.a. waterstof (H), koolstof (C), stikstof (N), zuurstof (O) en fosfor (P). Rond 1870 werden deze en de op dat moment reeds bekende elementen (zo’n 70) door de Rus Mendelev in een zogenaamd Periodiek Systeem in opklimmende massa gerangschikt in rijen, waarbij de elementen die in gedrag op elkaar leken in kolommen werden geplaatst.

Op dit moment zijn er 118 elementen bekend, een groot aantal verkregen via kernfusie. In 1911 was dankzij de bijdrage van vele wetenschappers de bouw van het atoom bekend. Interessant voor chemici is het gedrag van de elektronen (negatief geladen kleine deeltjes). Atomen kunnen dankzij hun elektronen met elkaar een verbinding vormen en zo ontstaan vele miljoenen verschillende moleculen, die ook weer met elkaar kunnen reageren.

Sommige bindingen zijn heel sterk en niet gemakkelijk te verbreken: als voorbeeld neem ik water met een sterke binding tussen zuurstof en waterstof, die echter ook dankzij een kleine verschuiving van de elektronen binnen het molecuul een klein beetje positieve lading (op het H atoom) en klein beetje negatieve lading (op het O atoom) bevatten. Door deze kleine ladingscheiding kunnen de moleculen water onderling zogenaamde waterstofbruggen (H-bruggen) vormen: een relatief zwakke binding, maar dat is wel de reden dat water vloeibaar is tussen 0 en 100 graden Celsius. Met de eerdergenoemde elementen kunnen aminozuren, suikers, purines en pyrimidines gebouwd worden.

De atomen van de suikers ribose (in RNA) en desoxyribose (in DNA) kunnen binnen het molecuul bindingen vormen, die dan zorgen voor starre 5 ring en deze 5 ringen vormen via bindingen met fosfor een keten waarbij de starre 5ring van de suiker voor een stevig skelet zorgt. De purines en pyrimidines, met de afkortingen G,A,T,U en C, die ook aan de suiker gebonden zijn vormen dan via de eerder genoemde waterstofbruggen dat 2   ketens (strengen genaamd) met elkaar verbonden worden. Vergelijk dit grote molecuul met een trap met stevige staanders en zwakke treden. De treden zakken bij uitoefenen van enige druk door en de twee staanders worden uit elkaar gerukt.

De twee met elkaar verbonden skeletten (strengen genaamd) vormen het DNA dat in de chromosomen in de kern van onze cellen voorkomt. De lange sliert DNA bevat codes die afgelezen kunnen worden. Enkele stukjes DNA naast elkaar zijn dan een code voor een bepaald aminozuur. Als de skeletten uit elkaar getrokken zijn kunnen de twee strengen exact gekopieerd worden. Via messenger-RNA en transfer-RNA wordt de code gebruikt om aminozuren via de peptidebinding tot eiwitten aan elkaar te breien.

Slechts 2% van het menselijk DNA zorgt ervoor dat via codes in de genen de erfelijke eigenschappen van de vader en de moeder worden doorgegeven aan de kinderen.

Sommige plaatsen op het niet coderende DNA zijn per persoon sterk verschillend. Via deze zogenaamde hypervariabele gebieden (loci) wordt bij forensisch onderzoek het gevonden DNA-spoor vergeleken met het van een bepaalde persoon verkregen DNA. Als op alle tien vergeleken loci hetzelfde DNA-patroon wordt gevonden spreken we van een 100% match. Met behulp van de zogenaamde Polymerase Chain Reaction (PCR) techniek kunnen kopieën van DNA gemaakt worden zodat er voldoende materiaal beschikbaar is voor onderzoek van de samenstelling.

(DNA = desoxyribonucleic acid en RNA = ribonucleic acid)

De website van Natuurkundig Gezelschap PHYSICA

13-11-2019