Template (Moleculaire biologie)

Een template wordt in het Webster’s New Collegiate Dictionary van 1978 gedefinieerd als een molecuul (zoals RNA) in een biologisch systeem dat de genetische code draagt voor een ander molecuul. Ook in de 1995 Concise Oxford Dictionary, Ninth Edition wordt een template omschreven als het moleculaire patroon dat de assemblage van een eiwit enz. regelt. Volgens deze ruime definities is DNA de sjabloon voor DNA (bij DNA-replicatie) en voor RNA (bij transcriptie ), en is RNA de sjabloon voor eiwitten (bij translatie ). Met andere woorden, een template is een moleculaire entiteit die essentieel is voor de overdracht van genetische informatie van DNA naar DNA naar RNA naar eiwit (het centrale dogma). Preciezer gezegd, het woord “sjabloon” wordt gebruikt wanneer een molecuul dat informatie overdraagt (de sjabloon) in direct contact staat met het ontvangende molecuul (het product). In deze zin is RNA dus geen sjabloon voor eiwit, omdat er tijdens de translatie geen directe interactie plaatsvindt tussen boodschapper-RNA en het eiwit (zie Eiwitbiosynthese). In gevallen die een uitzondering vormen op het centrale dogma, wordt viraal RNA gesynthetiseerd uit RNA met gebruikmaking van RNA als sjabloon (zie RNA virussen) en bovendien wordt DNA gesynthetiseerd met gebruikmaking van RNA als sjabloon tijdens de infectie van retrovirussen (zie ook Omgekeerde transcriptie).

Bij DNA-replicatie wordt de dubbele helix afgewikkeld en wordt elke enkelstrengs DNA-molecule gebruikt als sjabloon om een complementaire streng te synthetiseren. Aangezien DNA semi-conservatieve replicatie ondergaat, dient het ouderlijk DNA als sjabloon en wordt het een bestanddeel van het dochter-DNA-molecuul. Bij transcriptie daarentegen dient een DNA-streng als sjabloon voor de synthese van RNA, dat zich vervolgens losmaakt van de sjabloon (zie Transcriptie). DNA-polymerasen die deoxyribonucleotiden op de DNA-sjabloonstreng assembleren volgens de regel Adenine (A):Thymine (T), Guanine (G):Cytosine (C) basencomplementariteit (Watson-Crick basenparen) hebben zowel een sjabloon als een primer nodig om de reactie te laten plaatsvinden (Fig. 1). Bijgevolg wordt de DNA-synthese voorafgegaan door de synthese van kleine RNA-moleculen van minder dan 10 bp door RNA-primase, dat de synthese kan inleiden van RNA dat complementair is aan het template-DNA (zie Okazaki-fragmenten). Het primer-RNA wordt uiteindelijk vervangen door DNA via de achterblijvende DNA-streng die wordt verlengd vanaf het gebied dat voorafgaat aan de synthese van de RNA-primer (zie Replication Fork (Y-Fork Intermediate)). De sjabloon-productrelatie via de basecomplementariteit van A op T en G op C is niet 100% accuraat, maar resulteert in de vorming van mis-paren eens in de 10 3 tot 104 keer. Aan de andere kant treden mis-paren over het algemeen slechts eens in de 10 tot 10 op wanneer genomen in de cel worden gerepliceerd. Dit wordt bereikt door de proofreading-activiteit van de DNA-polymerasen zelf en door andere DNA-herstelmechanismen.

Figuur 1. DNA-polymerase heeft sjabloon en primer nodig. Op een groeiende replicatievork dienen enkele DNA-strengen, geleverd door DNA helicase, als tempels voor DNA polymerases. De enzymen synthetiseren fosfodiësterbindingen tussen het 3′-uiteinde van de primer, de nieuw gesynthetiseerde streng, en het desoxyribonucleotide-trifosfaat dat op de juiste wijze met de template-streng is basenpaar gemaakt. Alleen de synthese van de voorste streng wordt hier schematisch weergegeven.

De sjabloon-productrelatie is zeer belangrijk bij de overdracht van genetische informatie in biologische systemen. De fysisch-chemische aard van de relatie zelf is echter niet nauwkeurig genoeg om de nauwkeurig gereguleerde biologische processen uit te voeren, en er zijn veel eiwitten geëvolueerd om de fouten te herstellen die onvermijdelijk het gevolg zijn.

Geef een antwoord

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd.