Het DNA vormt de verzameling instructies die aangeven hoe het organisme gemaakt moet worden, en hoe het moet functioneren. We noemen dit het "genoom" van het organisme. Het "genoom" doet dus niets, het zijn uitsluitend instructies, en de bedoeling is dat dit genoom ongewijzigd van geslacht op geslacht doorgegeven wordt. Ieder levend wezen heeft een genoom, dat fysiek in DNA opgeslagen is. Bacteriën en archaea hebben één enkel cirkelvormig chromosoom (één cirkelvormige DNA-molecule). Bij eukaryoten bestaat het genoom uit verschillende lineaire DNA-moleculen, dus verschillende chromosomen.
Een organisme bestaat uit eiwitten. Een van de belangrijke taken van het organisme is dus deze eiwitten aan te maken. Hoe deze aangemaakt moeten worden staat in het DNA beschreven. Het ribosoom is de fabriek waarin deze eiwitten aangemaakt worden. In deze tekst beschrijven we hoe de instructie uit het DNA gehaald wordt, en hoe het ribosoom aan de hand van deze instructie het eiwit zal gaan aanmaken. Tenminste: de grote lijnen, want vele details zijn voor de wetenschap nog onbekend.

We geven hier het proces voor eukaryoten (het loopt iets anders voor bacteriën en archaea). Het globale proces verloopt als volgt:

Een DNA-molecule bestaat uit twee lange strengen van nucleotiden, die telkens door een basepaar aan elkaar verbonden zijn. Vergelijk het met een ladder, waarbij de baseparen telkens de sporten van de ladder vormen. Iedere sport bestaat uit twee basen: een purine-base (G of A) en een pyrimidine-base (C of T). Is de purinebase Guanine (G), dan is de andere base van de sport altijd Cytosine (C). Is de purinebase Adenine (A), dan is de andere base altijd Thymine (T). De DNA-ladder bestaat dus uit opeenvolgende "sporten", en iedere sport kan beginnen met één van de vier basen (C, G, A of T). De keuze van deze base bepaalt tegelijk ook de andere base van de sport, want tegenover een C ligt een G, tegenover een G een C, tegenover een A een T, en tegenover een T een A. De strengen van het DNA bestaan opeenvolgend uit een suikergroep en een fosfaatgroep. De basen, die de sporten vormen, zijn steeds aan de suikergroep gekoppeld. De twee strengen lopen echter tegengesteld. De "sense" streng begint met een suikergroep (5') en eindigt met de fosfaatgroep (3'). De andere streng doet precies hetzelfde, maar wel in de tegengestelde richting.

Transcriptie

DNA is een opslagstructuur, die gemaakt is om de genetische informatie zo ongeschonden mogelijk te bewaren. Wil men een een instructie uit dit DNA gebruiken, dan moet er eerst een kopie gemaakt worden van het gedeelte van het DNA waarin men geïnteresseerd is. Daar het DNA twee strengen heeft, die in tegenovergestelde richting lopen, dient men deze instructie te lezen vanaf de juiste streng (dit is normaal de "antisense"-streng), en in de juiste richting (dit is normaal van 5' naar 3').

Deze kopie van het DNA wordt gemaakt in RNA. Beide moleculen gelijken heel sterk op elkaar: in feite is DNA later ontstaan dan RNA, en is DNA de bewaarstructuur, terwijl RNA de werkstructuur is. De verschillen zijn:
- RNA is enkelstrengs, DNA is dubbelstrengs. De informatie die opgesloten is tussen twee strengen zit veiliger dan de informatie die maar aan één streng vasthangt.
- in de ruggengraat van RNA is de suikergroep ribose, in die van DNA is het deoxyribose. De suikermolecule van DNA mist een zuurstofatoom (de-oxy-ribose), waardoor ze chemisch stabieler is.
- de basen zijn dezelfde, behalve dat DNA Thymine (T) gebruikt, waar RNA Uracil (U) gebruikt. Bij experimenten die gedaan zijn om organische moleculen spontaan te laten ontstaan uit anorganische, konden wel C, G, A en U gevormd worden, maar geen T (thymine). Deze base kan blijkbaar alleen uit organische componenten aangemaakt worden, en is dus een latere ontwikkeling.

Hoe wordt deze kopie gemaakt? Een enzym, polymerase, wikkelt zich rond het DNA aan het promotorgebied. Dit gebied bevindt zich aan het 5'-einde van de streng die afgelezen wordt, en is een gedeelte van het DNA dat begint met de letters "TATAA". Om precies te zijn dienen we te zeggen dat eerst de transcriptie factoren (een vijftigtal verschillende eiwitten) zich aan dit promotorgebied binden, en dat daarna de polymerase zich rond deze transcriptie factoren wikkelt. Samen trekken ze de sporten van de ladder uit elkaar, en het polymerase begint een RNA-streng aan te maken, die begint met de complementaire base van diegene die het op de DNA-streng leest. Leest hij dus een C, dan wordt een G aan de RNA-keten toegevoegd. Leest hij echter een A, dan voegt hij een U toe (Uracil, want dit is bij RNA de vervanger van Thymine).

Zo wordt dus de DNA-streng afgelezen en groeit de RNA-keten. Achter de polymeraze wordt de RNA-keten van de DNA-streng afgesplitst, en worden de DNA-sporten terug aan elkaar geplakt. Er is ook een kwaliteitscontrole: af en toe zal polymerase de verkeerde base aan de RNA-keten toevoegen. Gebeurt dit, dan gaat de polymerase twee stappen terug, waarbij het de twee laatste basen van de RNA-keten verwijdert, en doet het een nieuwe poging.
Dit kopiëren gaat door tot een eindsignaal gelezen wordt (de basenvolgorde AATAA). Als de polymerase dit eindsignaal opmerkt, voegt het een beschermingselement toe aan de RNA-keten (de "cap"), wordt de RNA-keten afgekoppeld van de polymerase, en maakt de polymerase zich los van het DNA. De RNA-keten is nu klaar.
Merk op dat de RNA-keten begint met een 3' (fosfaatgroep), en dus eindigt met een 5' (suikergroep). De beschermingskap wordt dus aan de suikergroep vastgemaakt. Deze "cap" dient niet alleen ter bescherming, maar ook als herkenningspunt voor de volgende stap.

Toch even de aandacht richten op de transcriptie factoren. Deze bepalen hoe makkelijk het polymerase zich aan het DNA kan binden (en kunnen zelfs verhinderen dat dit enym zich bindt). Deze transcriptie factoren bepalen dus hoe makkelijk en hoe snel het DNA gekopieerd kan worden. In andere woorden: ze regelen de expressie van het gen (hoe dikwijls dit gen een eiwit kan aanmaken). Een kleine wijziging in de transcriptie factoren kan dus een grote wijziging teweegbrengen in welke genen zich kunnen uitdrukken (gekopieerd gaan worden) en hoeveel eiwitten er vanuit de code van deze genen aangemaakt gaan worden. In de evolutie is dus niet alleen de wijziging van de genen belangrijk, maar ook (en zeker) de wijziging van de transcriptie factoren.

Translatie

De transcriptie levert een exacte kopie op van het DNA-gen, ook al is deze kopie dan gemaakt in RNA, en zijn de basen ervan de complementen van de DNA-basen. De kopie bevat dus zowel introns als exons. Een exon is een gebied dat de aanmaak-informatie bevat voor een deel van het eiwit (dus feitelijk een subroutine). Een intron is een gebied dat geen aanmaak-informatie bevat, maar wel een ander soort code. Een gemiddeld exon is een 140 "letters" lang, terwijl de introns gewoonlijk veel langer zijn (mensen hebben er zelfs eentje dat 480.000 "letters" lang is). Een gen bevat meerdere exons en introns (dat kunnen zelfs 50 exons zijn of meer). Tijdens de evolutie werden de eukaryotische genen samengesteld uit kleinere, primitievere genen (de hedendaagse exons). Een aantal eiwitten (zoals bijvoordeeld de antilichamen) zijn opgebouwd uit verschillende delen (domeinen), waarbij ieder deel een bepaalde functie vervult in de uiteindelijke molecule. Ieder domein van zo'n eiwit wordt beschreven door een bepaald exon. Een gen lijkt dus een beetje op een doos met lego-blokjes (de exons). Van de RNA-kopie gaan we nu een voorschrift maken voor de fabriek hoe deze het eiwit moet gaan aanmaken. Zo'n voorschrift wordt een mRNA of messenger-RNA genoemd. Het zijn de introns die gaan bepalen welke exons in dit voorschrift moeten voorkomen, en welk eiwit er moet aangemaakt worden. Het gen bevat dus de informatie om niet één eiwit aan te maken, maar een hele familie eiwitten. Het menselijk genoom heeft ca 22.500 genen, maar kan minstens tienmaal zoveel verschillende eiwitten aanmaken.

Nemen we als voorbeeld het Dscam-gen van de fruitvlieg. Dit gen heeft 116 exons, maar het mRNA zal altijd bestaan uit 17 exons. Sommige exons komen altijd in het mRNA voor, andere worden gekozen naar behoefte. Dit gen zou dus theoretisch voorschriften kunnen aanmaken voor 38.000 verschillende eiwitten, en er is aangetoond dat 18.000 hiervan inderdaad gemaakt worden.
Bij de translatie (de stap die op de transcriptie volgt) dienen dus de introns uit de kopie verwijderd te worden, en worden de overblijvende exons aan elkaar geplakt. Is dit gebeurd, dan wordt aan de RNA-keten aan de 3'-zijde nog een staart aangeplakt (een aantal A-letters of Adenine-nucleotiden). Aan de 5'-zijde hadden we al een "cap", dus de RNA-keten is nu aan beide zijde beschermd, en is nu mRNA geworden

Het verwijderen van de introns, en het terug samenplakken van de RNA-keten, gebeurt door spliceosomen. Zo'n spliceosoom is een samenstelling van 5 snRNA moleculen (small nuclear RNA) en circa 145 verschillende eiwitten. Een van de snRNA-moceculen hecht zich aan het beginpunt van een intron (meestal begint een intron met "GU") en een tweede snRNA-molecule zoekt het eindpunt van de intron op (een intron eindigt meestal met "AG"). Het spliceosoom trekt deze twee snRNA's naar zich toe, waardoor de twee exons naar elkaar toe getrokken worden en de intron een grote lus vormt. De twee snRNA's, die aan het begin- en eindpunt van de intron gehecht zijn, knippen de RNA-streng door en hechten de twee exons (die nu vlak tegen elkaar liggen) weer aan elkaar vast. De spliceosoom verdwijnt met het afgeknipte stuk intron, en een andere spiceosoom kan aan het volgende intron beginnen. Het opzoeken van de startpositie van een intron is een proces dat niet al te moeilijk lijkt. Opzoeken van de eindpositie van het intron is heel wat anders, want het kan best zijn dat de eindpositie van het huidige intron overgeslagen moet worden, ook het daaropvolgende exon, en dat pas de eindpositie van het volgende intron als eindpositie gekozen moet worden. Mogelijk moeten zelfs meerdere exons overgeslagen worden. Het bepalen van de start- en eindpositie van een intron lijkt dus op een gecodeerd proces, en we kennen momenteel de code nog niet. Sommige introns, die een ribozym vormen, kunnen zichzelf splitsen. De splitsing gebeurt dus door het RNA zelf, zonder de hulp van het spliceosoom. Met andere woorden: het RNA (opslag van code) splitst zichzelf, zonder de hulp van eiwitten. Herinner U dat we het ribozym reeds tegenkwamen bij de bespreking over het ontstaan van het leven, als een stuk RNA dat zichzelf kan reproduceren. Wat gebeurt er nu met de introns die uitgeknipt werden? Voor een gedeelte worden ze afgebroken, maar uit deze introns wordt ook het snoRNA gemaakt. Dit zijn kleine stukken RNA (60 tot 300 letters lang), die in de celkern optreden (daarom de naam "small nucleolar RNA"), waar ze verschillende taken uitvoeren. Ze zijn echter ook betrokken in de alternatieve splicing, en oefenen dus een functie uit bij het opzoeken van de juiste eindpositie van het uit te knippen intron. Het DNA, waarvan we vertrokken zijn, bevindt zich in de celkern. Ook transcriptie en translatie vinden in de kerncel plaats. Na deze processen is het messenger-RNA klaar, en kan het van de celkern naar het cytoplasma verhuizen. Hier bevinden zich de ribosomen, de fabrieken die op het voorschrift van het messenger-RNA een peptidenketen van aminozuren gaan aanmaken, welke daarna gevouwen kan worden tot een eiwit.

Even een opmerking: genen bevatten niet alleen de code om eiwitten aan te maken (via het aanmaken van messenger-RNA). Ook andere soorten RNA worden door transcriptie aangemaakt. Deze andere soorten RNA dienen niet voor de aanmaak van eiwitten, en worden dus niet-coderend RNA genoemd, maar ze maken wel twee derden uit van al het transcriptie-werk dat in de celkern gebeurt. De hoofdsoorten ervan zijn:
- ribosomaal RNA (rRNA): dit wordt gebruikt voor de aanmaak van de ribosomen (de fabrieken die eiwitten maken).
- transfer RNA (tRNA): dit zijn de transportbedrijven, die de aminozuren aanvoeren die het ribosoom nodig heeft om de eiwitten te kunnen maken. We maken er in het vervolg van dit verhaal nog uitgebreid kennis mee.
- small nuclear RNA (snRNA): we kwamen deze tegen bij de spliceosomen, maar ze worden ook op andere plaatsen gebruikt.
- small nucleolar RNA (snoRNA): hebben verschillende functies in de celkern, onder andere spelen ze een rol bij het bepalen van het eindpunt van een intron.
- micro RNA (miRNA): hele korte stukken RNA (ongeveer 22 letters), die ook uit de introns ontstaan, en die zich aan het messenger-RNA kunnen hechten om te beletten dat dit verder verwerkt kan worden.

Het transport RNA

Terwijl ons klaargemaakt messenger-RNA vanuit de celkern op weg is naar een ribosoom in het cytoplasma, hebben we tijd om het tRNA (transport RNA) even beter te bekijken. Het ribosoom zal straks, op het voorschrift dat vervat is in het messenger-RNA, een peptidenketen gaan aanmaken (een keten van aminozuren). Het zijn de tRNA-moleculen die deze aminozuren moeten aanslepen, dus het lijkt de juiste tijd om er even mee kennis te maken. Een tRNA-molecule is een ribozym, een RNA-molecule met enzymatische activiteit. Het zijn kleine moleculen (73 tot 93 nucleotiden lang) die een kruisvorm hebben. Aan de bovenkant (de open zijde) kan zich een aminozuur vasthaken. De onderkant bevat het "anticodon", een zone met drie basen, dat zich kan koppelen aan het "codon" van het messenger-RNA (een "codon" is ook een opeenvolging van drie basen). Er zijn 20 verschillende aminozuren die bij de vorming van eiwitten gebruikt worden. Er zijn 32 verschillende tRNA-moleculen (ieder tRNA-molecule is het product van een verschillend gen). Ieder tRNA-molecule kan zich maar aan één welbepaald aminozuur koppelen, maar gezien er meer verschillende tRNA-moleculen dan aminozuren zijn, zijn er een aantal aminozuren die door twee of drie verschillende tRNA-moleculen vervoerd kunnen worden. In het cytoplasma zwerven altijd losse aminozuren rond. Komt een tRNA-molecule leeg terug van de fabriek (een ribosoom), dan ontmoet hij vrij snel het juiste aminozuur, dat zich aan hem vasthecht. Er zijn dus steeds voldoende "geladen" tRNA-moleculen die zich in de buurt van een ribosoom bevinden.

De genetische code

Het DNA, en ook het messenger-RNA, bevat informatie die geschreven is in een taal waarvan de woorden bestaan uit drie opeenvolgende letters (basen). Iedere groep van drie opeenvolgende letters (wat men een "codon" noemt) is de code voor een aminozuur. Als we in het voorbeeld, waarmee deze tekst begint, het messenger-RNA gaan lezen in groepen van drie letters, dan lezen we de codons AUG, GCC, UGG, ACU en UCA. Hiermee wordt er een peptidenketen gevormd die begint met de aminozuren Methionine (afgekort Met), Alanine (Ala), Tryptophan (Trp), Threonine (Thr) en Serine (Ser). Een code van drie opeenvolgende posities, waarbij iedere positie 4 verschillende waarden kan aannemen, heeft 4 tot de derde macht of 64 mogelijke waarden. Er zijn slechts 20 aminozuren, wat dus wil zeggen dat meerdere codons hetzelfde aminozuur zullen aanduiden. Er zijn vier speciale codons: één startcodon en drie stopcodons. - AUG is het startcodon, maar is tevens het enige codon dat het amizozuur Methionine (Met) aanduidt. Iedere peptidenketen begint dus met het aminozuur Methionine. - UAA, UAG en AGA zijn stopcodons. Ze geven aan dat de codonreeks ten einde is, en betekenen voor het ribosoom dat de peptidenketen klaar is. Alle overige 60 codons duiden één van de 19 overige aminozuren aan. Meerdere codons duiden dus hetzelfde aminozuur aan. Hiernaast een grafische weergave van deze genetische code. De middelste cirkel geeft de eerste letter van het codon aan, de tweede en de derde cirkel de tweede en derde letter. Aan de buitenrand staan dan de aminozuren die door het codon aangegeven worden.

Aan de onderzijde van een transport-RNA (tRNA) molecule bevindt zich een anticodon, dat de tegengestelde basen bevat van het codon. Voor het codon AAA is het anticodon UUU, voor het codon AGC zou dit GCU zijn (daar het anticodon "op zijn kop" staat, komt de eerste base van het codon overeen met de derde base van het anticodon). Aangezien we 61 codons hebben, zouden we dus ook 61 verschillende tRNA-moleculen moeten hebben. Maar in werkelijkheid hebben we er heel wat minder. Hoe zit dat in elkaar?
De genetische code (alhoewel ze dezelfde is voor alle levende cellen) lijkt tijdens de evolutie gegroeid te zijn. Het heeft er de schijn van dat, heel in het begin, twee letters voldoende waren om alle nodige aminozuren te specificeren. Na een tijdje heeft de evolutie blijkbaar beslist gebruik te maken van meer aminozuren dan aanvankelijk gebruikt werden (met twee letters zou men slechts 16 verschillende objecten kunnen coderen), en is er een derde letter bijgekomen. We zien dan ook dat veel aminozuren aangeduid worden door vier verschillende codons, die alleen verschillen in de derde letter.
Het tRNA heeft hierop ingespeeld. De twee laatste letters van het anticodon zijn steeds de juiste tegenpolen voor de eerste twee letters van het codon, maar voor die codons waarvoor de laatste letter in feite overbodig is, heeft het tRNA er zich makkelijk vanaf gemaakt. In plaats van de juiste base te gebruiken, gebruikt het een gewijzigde base (inosine en pseudouridine) die zich aan verschillende letters kan koppelen. Hetzelfde tRNA-molecule kan zich dus aan meerdere codons koppelen, wat de snelheid van verwerken dus verhoogt indien de derde letter van het codon toch niet van belang is, en het nodige aantal verschillende tRNA-moleculen beperkt.

Bij de translatie zien we nu ook het grote belang van het precies juist wegknippen van de introns. Stel dat één letter teveel of te weinig van een intron weggeknipt zou worden. De codons die dan gevormd worden op het messenger-RNA zijn dan ook volledig verschillend van wat deze codons hadden moeten zijn, maar coderen nog steeds voor aminozuren, zodat een volledig afwijkende peptidenketen gevormd zal worden. Dit is denkelijk een reden waarom in de genetische code drie stopcodons voorkomen, terwijl er maar één startcodon gebruikt wordt. Zou er foutief geknipt worden, dan is er een reële kans dat er vrij snel een stopcodon gelezen wordt, waardoor de vorming van de peptidenketen voortijdig beëindigd wordt.

De genetische code is enorm belangrijk, omdat het een abstractie maakt tussen de wereld van de genen (de instructies) en de wereld van de eiwitten (dat wat er met deze instructies gemaakt moet worden). Stel dat het leven zou besluiten gebruik te gaan maken van een 21e aminozuur, dan is dit mogelijk zonder het huidige mechanisme te wijzigen. Alles wat er dient te gebeuren is een nieuwe soort tRNA-molecule aan te maken om het aminozuur te dragen, en één of meerdere van de redundante codons te gebruiken om dit nieuwe aminozuur aan te duiden. De evolutie heeft het in het verleden zo gedaan, en zou het dus ooit nog wel eens een keer kunnen doen.

We zien nu ook het mogelijk effect van een mutatie. Indien een letter van het DNA in een gen zou wijzigen bij de aanmaak van een geslachtscel, dan betekent dit dat een codon verandert. Stel dat uit deze geslachtscel een nieuw organisme ontstaat, dan kan deze mutatie geen gevolgen hebben (indien het bijvoorbeeld de derde letter is van een codon dat toch redundant is), maar het kan ook tot gevolg hebben dat in het eiwit, waar dit gen voor codeert, een aminozuur vervangen wordt door een ander aminozuur. In de meeste gevallen zal het eiwit dan niet of slecht functioneren, het organisme zal zich niet of gebrekkig ontwikkelen, en de kans dat de mutatie overgeërfd wordt is dan natuurlijk zeer klein. Maar indien het nieuwe eiwit beter zou functioneren dan het originele, of bijkomende mogelijkheden zou bieden, zou dit organisme een plus hebben in de natuurlijke selectie en kan de mutatie overgeërfd worden. Studies die gedaan zijn op de fruitvlieg, waarbij een letter in een gen opzettelijk gewijzigd werd, tonen aan dat dit in 70% van de gevallen een negatief effect heeft, terwijl het in de andere gevallen ofwel neutraal, ofwel lichtjes positief is.
Mutaties kunnen ook anders optreden, bijvoorbeeld duplicatie van een deel van een chromosoom. In het menselijk oog worden 4 genen gebruikt om structuren te maken die licht zien: drie voor kleurzicht en eentje voor nachtzicht. Alle vier zijn ze ontstaan vanuit één voorouderlijk gen, dat een aantal keer gekopieerd werd. Iedere kopie heeft daarna een eigen functie gekregen.

Het ribosoom

Een ribosoom is rond, ongeveer 20 nanometer groot (dus alleen zichtbaar onder de electronenmicroscoop), en bestaat uit twee delen (een kleiner en een groter deel). In cellen die zich specialiseren in het aanmaken van eiwitten (zoals bijvoorbeeld de cellen van de pancreas) kunnen de ribosomen tot 25% van het droge gewicht van de cel uitmaken. Eén enkele pancreas-cel kan 5 miljoen eiwitten per minuut aanmaken. Bij het aanmaken van een peptidenketen hecht zich eerst het kleine deel van het ribosoom aan het messenger-DNA vast, en zoekt het startcodon op (AUG). Het grote deel van het ribosoom komt erbij, en een tRNA-molecule met het juiste anticodon, dat aan zijn andere kant een Methionine-aminozuur draagt, wordt aan het messenger-DNA gekoppeld. In feite is Methionine een aangepast aminozuur, met een "uitgeschakelde" aminegroep, zodat het alleen het eerste aminozuur van een peptidenketen kan vormen. De A-plaats van het ribosoom is nog leeg, zodat het volgende tRNA-molecule met het juiste anticodon (welke overeenkomt met het volgende codon) zich op deze A-plaats aan het messenger-RNA kan koppelen. In de tekening is het volgende codon GCC, zodat dit een tRNA-molecule moet zijn dat een Alanine-aminozuur draagt. Het ribosoom maakt nu een peptide-verbinding aan tussen het aminozuur in zijn P-plaats en zijn A-plaats. Is deze aangemaakt, dan wordt het tRNA-molecule in de P-site van het messenger-RNA losgekoppeld en verlaat dit het ribosoom. Het ribosoom schuift één codon naar rechts op, waardoor het overblijvende tRNA-molecule van de A-site naar de P-site verhuist. Het proces kan nu opnieuw beginnen door het volgende tRNA-molecule binnen te halen. Het ribosoom loopt zo het messenger-RNA af, waarbij het de peptidenketen aanmaakt, tot het één van de drie stopcodons tegenkomt. De peptidenketen is dan klaar, en het ribosoom maakt zich terug los van het messenger-RNA. Er kunnen meerdere ribosomen tegelijk op hetzelfde messenger-RNA aan het werk zijn, indien hetzelfde eiwit meermaals aangemaakt moet worden.

Van peptidenketen tot eiwit

Het ribosoom heeft, op instructie van het messenger-RNA, een peptidenketen aangemaakt. Dit noemt men de "primaire structuur" van het eiwit. De peptidenketen is echter lineair, terwijl de functie van het eiwit bepaald wordt door zijn driedimensionale vorm (de "tertiaire structuur"). Hoe geraakt de peptidenketen nu in de juiste driedimensionale vorm?
In feite is het de opeenvolging van de verschillende aminozuren in de keten, die de vorm van het eiwit zal bepalen. Terwijl de peptidenketen nog gevormd wordt, zal het reeds klaargemaakte stuk dat uit het ribosoom te voorschijn komt, zich spontaan in de juiste vorm zetten. De peptidenketen komt echter te voorschijn in het waterige cytoplasma, waarin ook andere eiwitten rondzweven. Als dus een hydrofoob (watervrezend) aminozuur als deel van de peptidenketen naar buiten treedt, dient het een interactie aan te gaan met een ander hydrofoob aminozuur. Dit is normaal een ander hydrofoob aminozuur uit dezelfde peptidenketen, maar het gevaar bestaat dat het aminozuur deze interactie aangaat met een aminozuur van een ander in de buurt aanwezig eiwit, met als gevolg dat de peptidenketen niet de juiste vorm zal gaan aannemen. Om dit probleem te vermijden, bevatten de cellen van alle organismen "chaperonne-eiwitten", die zich kortstondig aan de peptidenketen kunnen hechten tot deze de juiste vorm heeft aangenomen. Voor 80% van alle nieuwgevormde eiwitten is de hulp van deze chaperonne-eiwitten voldoende om de juiste vorm aan te nemen.
Blijft dus nog 20% eiwitten over, die zo complex zijn dat de hulp van deze chaperonne-eiwitten niet voldoende is. Hiervoor zijn sterkere maatregelen nodig, en dan worden de chaperonine-eiwitten van stal gehaald. Deze eiwitten hebben de vorm van een open cilinder (of een ton), en de binnenzijde van deze cilinder is bekleed met hydrofobe aminozuren. Hierdoor kan de peptidenketen ongehinderd de juiste vorm aannemen, niet gehinderd door het waterige cytoplasma of andere eiwitten.
Het aannemen van de juiste driedimensionale vorm kan zeer nadelig beïnvloed worden indien de temperatuur in de cel te hoog oploopt. Is dat het geval, dan schieten dadelijk verschillende soorten chaperonine-eiwitten ter hulp. Deze worden dan ook HSP's genoemd, of heat-shock proteins.
Foutief gevormde eiwitten (de correcte peptidenketen maar de foutieve ruimtelijke structuur) zijn de oorzaak van een aantal ziekten (Alzheimer, Huntington, de prionen-ziekten zoals Creutzfeld-Jakob en BSE).
Het gevormde eiwit kan nog een nabehandeling krijgen in het Golgi apparaat, vooraleer het naar zijn uiteindelijke bestemming gestuurd wordt.