Thema 3 – DNA

Basisstof 1:
Eiwitmolecuul bestaan uit een groot aantal aan elkaar gekoppelde aminozuren. In het lichaam zijn er 20 verschillende aminozuren. Vrijwel alle erfelijke eigenschappen komen tot uitin in fenotype door de werking van bepaalde eiwitten (enzymen). Synthese van enzymen en andere eiwitten plaatsvinden in ribosomen. Een chromosoom bevat 1 zeer lang molecuul van de stof DNA. Een DNA-molecuul ligt opgerold om eiwitmoleculen. Een keten bestaat uit vele duizenden aan elkaar gekoppelde nucleotiden. Een nucleotide bestaat uit een fosfaatgroep, desoxyribe en een stikstofbase. In een DNA-molecuul 4 verschillende stikstofbasen: Adenine (A), Thymine (T), Cytosine (C) en Guanine (G). Deze vormen vaste paren (basenparen), namelijk A met T en C met G.

Basisstof 2:
Nieuwe cellen ontstaan door mitose (kerndeling) en celdeling. Bij mitose deelt een celkern zich in tweeën, waarna er twee cellen ontstaan. Door plasmagroei worden de twee dochtercellen net zo groot als de moedercel. Na een tijdje is er ook mitose in dochtercellen. De periode tussen 2 mitosen = interfase.
Mitose + interfase = celcyclus.
DNA-replicatie = voordat mitose begint vormt elke chromosoom een tweede draad erbij. Nu wordt van het DNA-molecuul een nauwkeurig kopie gemaakt. De ketens worden verbroken en vormen nieuwe ketens. Doordat de stikstofbasen steeds vaste paren vormen, zijn beide DNA-moleculen identiek. Bij DNA-replicatie bestaat een chromosoom uit 2 identieke delen = de chromatiden. De plaats waar chromatiden aan elkaar vastzitten heet centromeer. Hierna gaan chromatiden spiraliseren > chromosomen worden korter en dikker. Nu zijn de chromosomen zichtbaar met de microscoop.
2 chromatiden van een chromosoom bevatten dezelfde informatie voor erfelijke eigenschappen. Mitosen schematisch weergegeven met: 2N > 2N + 2N.
Na afloop mitose verdwijnt de spiralisatie van de chromosomen. De chromosomen worden weer dun, lang en niet zichtbaar.

Basisstof 3:
Bij ongeslachtelijke voortplanting groeit een deel van een individu uit tot een nieuw individu. Dit kan op verschillende manieren :
1. bij eencellige dieren/planten door deling

Bij zaadplanten op natuurlijke wijze door:
2. knollen: verdikte stengels met knoppen ( bv. Bij aardappels)
3. uitlopers: horizontaal groeiende stengels ( bv. Bij aardbeien)
4.bollen: verdikte bladeren (rokken) met knoppen (bv. Bij tulpen)

Bij zaadplanten op kunstmatige wijze:
1. stekken: stuk van stengel/blad afsnijden, op snijvlak ontwikkelt zich wortels. (bv. Bij kamerplanten)
2. enten: takken vastzetten op een afgeknipte onderstam (bv. Bij fruitbomen)
Ongeslachtelijke voortplanting vindt plaats door mitose en celdeling. De dochtercellen bevatten dezelfde erfelijke eigenschappen als de moedercel. Hierdoor nakomelingen hetzelfde genotype hebben als de ouder.
Kloon = groep individuen die door ongeslachtelijke voortplanting uit 1 organisme is ontstaan. Het kweken van individuen heet: klonen of kloneren. Klonen is gunstig, zo een gunstig genotype behouden. Bij weefselkweek wordt uit een gezonde, goed groeiende plant een stukje weefsel weggesneden. Dit weefsel wordt ontsmet en op een geschikte voedingsbodem met voedingsstoffen en plantenhormonen (groeistoffen) gebracht. De cellen gaan delen. Er ontstaat: Callus. Nu weer opnieuw planten. Door plantenhormonen gaan cellen zich differentiëren en specialiseren. Er ontstaat: embryoiden. Deze worden weer gesplitst en weer opnieuw opgekweekt. Er ontstaat: (jonge) plant.
Voordeel van deze methode: snel groot aantal planten met hetzelfde genotype kweken en kan je bepaalde gewenste eigenschappen op celniveau selecteren.

Basisstof 4:
Geslachtelijke voortplanting = versmelten de kernen van geslachtcellen. Bij vorming van geslachtscellen vindt meiose plaats: een deling waarbij de chromosomen van een paar uit elkaar gaan. Meiose bestaat uit 2 opeenvolgende delen.
Eerst meiose I: uit 1 diploïde cel ontstaat 2 haploïde cellen = reductiedeling, omdat het aantal chromosomen per kern wordt gereduceerd (verdubbeld).
Bij meiose II: uit 2 haploïde cellen ontstaan 4 haploïde cellen. Als een man meiose ondergaat in een zaadcelmoedercel in de teelbal, ontwikkeld elk van de 4 haploïde cellen zich tot een zaadcel. De kop van een zaadcel is gevuld met de kern. De hals bevat veel mitochondriën. Met de zweepstaart kan de zaadcel zich voortbewegen. Als bij een vrouw in een eierstok een eicelmoedercel meiose I ondergaat, ontstaan dochtercellen die ongelijk van grote zijn. Bijna al het cytoplasma komt terecht in 1 dochtercel. Beide cellen ondergaan meiose II, nu ook bijna al het cytoplasma in 1 dochtercel, deze ontwikkelt zich tot eicel. In het cytoplasma is reservevoedsel opgeslagen, bestemd voor de eerste ontwikkeling van een embryo. De 3 andere dochtercellen worden poollichaampjes, deze gaan te gronde. Pas vanaf de puberteit gaan de eicellen rijpen. Nadat een ovulatie heeft plaatsgevonden, wordt in de vrijgekomen eicel de meiose afgemaakt.

Basisstof 5:
Bij meiose I gaan de chromosomen van een chromosomenpaar uit elkaar. Doordat de allelen in de chromosomen van een paar verschillen, kun je zeker zijn dat de dochtercellen een verschillend genotype hebben. Bij organismen geldt: N=2. Kunnen na meiose geslachtcellen ontstaan met 4 (2²) verschillende combinaties van chromosomen. Bij de mens (N=23) kunnen geslachtcellen ontstaan met 2²³ verschillende combinaties van chromosomen. Recombinatie = het ontstaan van nieuwe combinaties van genen. Door recombinatie ontstaat een grote verscheidenheid (diversiteit) in genotypen binnen een soort. Hierdoor heeft het soort een grotere overlevingskans. Het ligt aan de milieuomstandigheden of er geslachtelijke- of ongeslachtelijke voortplanting plaats vindt. Bij geslachtelijke voortplanting bij zaadplanten spelen bloemen een belangrijke rol. De meeldraden en de stamper zijn de voortplantingsorganen. In de helmknoppen van de meeldraden vindt meiose plaats. De haploïde cellen die hierbij ontstaan ontwikkelen zich tot stuifmeelkorrels (meelkorrels). In het vruchtbeginsel van een stamper bevinden zich 1 of meer zaadbeginsels > ontstaat na meiose 1 eicel. Door bestuiving stuifmeelkorrels van de meeldraden overgebracht naar stempels van stamper. Genetische variaties kunnen ontstaan bij geslachtelijke voortplanting. 1) veredeling: door kruisen en selecteren gunstige eigenschappen in 1 nakomeling te verkrijgen. Als de veredeling goed is, wordt klonering toegepast. Zo identieke nakomelingen in het genotype, niet altijd in het fenotype
2) zuivere lijn: groep planten die door geslachtelijke voortplanting is ontstaan en homozygoot is voor 1 of meerdere eigenschappen. Je krijgt een zuivere lijn door: 1 ouderplant die homozygoot is > zelfbestuiving > nu dezelfde nakomelingen met hetzelfde genotype. Deze planten heten zaadvast. Dieren die homozygoot zijn voor de gewenste eigenschappen > fokzuiver. Bv. Rashonden.

Basisstof 6:
Mutatie= plotseling verandering van het genotype. De volgorde van de stikstofbasen in het DNA is blijvend veranderd, doordat DNA-moleculen beschadigingen hebben opgelopen en niet is hersteld onder invloed van bepaalde speciale enzymen. Mutaties hebben geen grote uitwerking door:
1) groot deel van de gemuteerde genen in cel niet actief is.
2) Meeste gemuteerde allelen recessief zijn
3) De uitwerking van een mutatie die is opgetreden in een lichaamscel meestal beperkt blijft bij die ene cel.
Informatie voor de synthese van eiwitten bevindt zich in de chromosomen in de celkern. De eiwitten worden gesynthetiseerd in de ribosomen in cytoplasma. De stof RNA brengt informatie voor de eiwitsynthese over van het DNA in de celkern naar de ribosomen in het cytoplasma. Een RNA-molecuul bestaat uit een enkelvoudige keten van nucleotiden. RNA-moleculen worden in de celkern gevormd, langs delen van DNA-molecuul. De vorming van RNA-moleculen is vergelijkbaar met DNA-replicatie. Bij RNA wordt in een deel van een DNA-molecuul langs slechts 1 keten een nieuwe nucleotidenketen gevormd. Bij DNA is dit 2 nucleotidenketens. Als vorming van RNA-molecuul is voltooid, laat het molecuul los van het DNA. Het RNA-molecuul verlaat de celkern via de poriën in het kernmembraan. Als RNA-molecuul bij ribosomen aankomt, kan het daar de synthese van eiwit op gang brengen. Mutatie hebben wel een grote uitwerking in een eicelmoedercel, zaadcelmoedercel, eicel, zaadcel, zygote of een cel van een embryo. Een individu waarbij een mutatie tot uiting komt in fenotype = mutant. Wildtype: fenotype waarbij geen enkele mutatie waarneembaar is. Mutaties zijn meestal ongunstig voor organismen. Onder natuurlijke omstandigheden komen mutaties niet vaak voor. Mutaties komen vaker voor door blootstelling aan kortgolvige straling (bv. Radioactieve straling, röntgen straling of UV straling), chemische stoffen (bv. Stoffen in sigarettenrook of asbest)of virussen. Deze invloeden heten > Mutageen. Als cellen zich ongeremd gaan delen ontstaat er een primaire tumor oftewel, gezwel. Deze tumor kan goedaardig (bv. Vetknobbels) of kwaadaardig zijn (tumor). Bij kwaadaardige tumor in de bouw van het weefsel verstoord. Het vermoedelijk ontstaan van kanker is: In cel aantal mutaties plaatsgevonden, waardoor cel ongevoelig is geworden voor stoffen die celdeling remmen. Primaire tumor kan operatief worden verwijderd, ook door bestraling (radiotherapie). Metastase (uitzaaiing): cellen uit primaire tumor komen in het bloed of in de lymfe terecht en veroorzaken in een ander orgaan secundaire tumoren > nu genezing moeilijk. Bij chemotherapie worden cytostatica toegediend: stoffen die celdeling remmen (ook in gezonde weefsels). Mutagene invloeden zijn meestal ook carcinogeen (kankerverwekkend).

Basisstof 7:
Vormen van erfelijkheidsonderzoeken: tweelingonderzoek, preimplantatiediagnostiek bij in-vitrofertilisatie en prenatale diagnostiek.
Prenatale diagnostiek wordt uitgevoerd om al voor de geboorte van een kind te onderzoeken of het kind eventuele afwijkingen heeft. De meest gebruikte vormen hiervan zijn: echoscopie, vlokkentest en vruchtwaterpunctie.
Bij echoscopie wordt de groei en ligging van het embryo of de foetus gecontroleerd met behulp van een echoscoop. Een echoscoop zend hoogfrequente trillingen uit die door weefsels en organen in verschillende mate worden teruggekaatst. De teruggekaatste trillingen worden zichtbaar gemaakt op een scherm. Nu afwijkingen in de embryonale ontwikkeling zichtbaar gemaakt. Echoscopie kan vanaf de 6de week van de zwanger worden toegepast.
Bij een vlokkentest wordt een klein beetje vlokkenweefsel uit de groeiende placenta weggehaald. Deze vlokken bevatten celkernen met hetzelfde genotype als het embryo. Door cellen tijdens mitose te doden en te kleuren > karyogram opstellen. Nu kunnen al in een vroeg stadium afwijkingen in de chromosomen worden geconstateerd en het geslacht van kind vaststellen. Door biochemisch onderzoek kan een aantal stofwisselingsziekten worden opgespoord. Een vlokkentest kan vanaf de 8ste week van de zwangerschap worden toegepast.
Bij een vruchtwaterpunctie wordt via de buikwand en de wand van de baarmoeder wat vruchtwater weggezogen. In het vruchtwater bevinden zich cellen van de foetus. Deze foetale cellen worden gebruikt voor chromosoomonderzoek (d.m.v. karyogram) en voor het opsporen van bepaalde stofwisselingsziekten. Een vruchtwaterpunctie kan worden uitgevoerd vanaf de 16de zwangerschapsweek.
Erfelijkheidsadvisering = men onderzoekt hoe groot de kans is op een ernstige ziekte of afwijking bij een kind. De ouders kunnen dan beslissen over een eventuele zwangerschap. Via erfelijkheidsonderzoek in de familie probeert men vooraf vast te stellen hoe groot de kans is op een ernstige ziekte of afwijking bij een toekomstig kind. Tijdens de zwangerschap kan de ziekte of afwijking worden geconstateerd door prenatale diagnostiek.
Syndroom van Down = elke cel bevat het 21e chromosoom in drievoud (trisomie 21). Vermoedelijk is bij meiose bij een ouder non-disjunctie opgetreden = beide chromosomen van een paar of beide chromatiden van een chromosoom gaan naar dezelfde pool van een cel.

Basisstof 8:
Biotechnologie = organismen worden gebruikt om producten te vervaardigen voor de mens. Polyploidie = behandeling met colchicine, waardoor na mitose geen celdeling optreedt. Hierdoor ontstaan de tetraploide cellen (met 4N chromosomen) of polyploide cellen ( met een veelvoud aan chromosomen). Polyploide planten dragen meestal grotere bladeren, grotere bloemen en grotere vruchten. Recombinant-DNA-techniek = een stukje DNA uit cellen van het ene organisme weg te halen, eventueel te veranderen en vervolgens in te brengen in cellen van een ander organisme. Op deze manier kunnen erfelijke eigenschappen van verschillede soorten organismen met elkaar worden gecombineerd. Genetische modificatie = bij een organisme is kunstmatig DNA van een ander organisme ingebracht. Een transgeen organisme is genetisch gemodificeerd. Een recombinant-DNA-techiek biedt veel mogelijkheden bij de productie van voedsel en geneesmiddelen. Bv. Landbouwgewassen kunnen resistent (ongevoelig) worden gemaakt voor ziekten en plagen. Voedingsmiddelen kunnen worden geproduceerd met een gunstiger samenstelling aan voedingsstoffen. Voedingsstoffen kunnen worden veranderd zodat ze geen problemen meer geven met allergieën. Hormonen (o.a. insuline) en geneesmiddelen (o.a. lactoferrine) kunnen door bacteriën op goedkope wijze in zuivere vorm worden geproduceerd. Celfusietechniek = 2 typen cellen versmelten tot 1 hybridecel. Als de cellen afkomstig zijn van verschillende soorten organismen, kunnen zo nieuwe soorten worden gecreëerd. DNA-fingerprinting = ieder persoon heeft een eigen uniek DNA-patroon. DNA-fingerprinting kan een rol spelen bij de bewijsvoering tegen personen die van misdrijven worden verdacht.

H.4 Erfelijkheid
Bas.1 wanneer zijn eigenschappen erfelijk?
- zichtbare eigenschappen, veel daarvan zijn erfelijk.
- De informatie voor de erfelijke eigenschappen liggen in chromosomen. (kern van elke lichaamscel 46 chromosomen)
- Informatie voor erfelijke eigenschappen noemen we genotype
- Het genotype van een organisme is de informatie voor de erfelijke eigenschappen
- Genotype bepaalt niet alle eigenschappen
- Fenotype wordt voor een deel bepaalt door het genotype, het fenotype kan allerlei veranderingen ondergaan zonder dat het genotype verandert (bv. Je haar kleuren) deze oorzaken noemen we invloeden uit het milieu
- Het fenotype van een organisme komt tot stand door het genotype en door invloeden van het milieu

Bas.2 Geslachtschromosomen
- Vrouw= XX
- Man = XY
- Chromosomen paar 23 worden geslachtschromosomen genoemd
- Geslachtshormonen bepalen het geslacht van een persoon, ook beïnvloeden ze de gehaltes aan mannelijke en vrouwelijke geslachtshormonen in het bloed

GESLACHTSCHROMOSOMEN IN GESLACHTCELLEN
- Bij vorming van geslachtscellen vindt reductiedeling (meiose) plaats.
- Een geslachtscel bevat 1 geslachtshormoon, X of Y

Bas.3 Tweelingen
- 2 eicellen bij ovulatie = twee-eiige tweeling (2 bevruchte eicellen)
- 1 eicel bij ovulatie = eeneiige tweeling (1 bevrucht eicel)
- Hoe krijg je een eeneiige tweeling? Als tijdens de 1e delingen van de bevruchte eicel cellen van elkaar losraken. Er ontstaan dan 2 klompjes cellen, er komt een eeneiige tweeling.
- Een eeneiige tweeling is altijd van hetzelfde geslacht.
- Een twee-eiige tweeling kan allebei zijn

Bas.4 chromosomen en genen
- Een gen is een deel van een chromosoom dat info bevat voor 1 erfelijke eigenschap
- Elk chromosoom bevat vele genen
- Het genotype is het geheel van genen dat in een celkern aanwezig is.
- Chromosomen komen in paren voor, ze zijn gelijk aan elkaar
- 1 genenpaar bevat de info voor 1 erfelijke eigenschap
- In geslachtscellen komen geen genenparen voor, maar enkelvoudige genen.
- De bevruchte eicel groeit door middel van gewone celdelingen (mitose) hierbij verandert het genotype niet
- Het genotype van een organisme ligt vast op het moment van bevruchting

Bas.5 genenparen
- Er zijn genen voor sluik haar, en genen voor krullend haar

HOMOZYGOOT EN HETEROZYGOOT
- Een organisme is homozygoot voor een erfelijke eigenschap, als het genenpaar voor deze eigenschap bestaat uit 2 gelijke genen
HOMOZYGOOT = 2 GELIJKEN
- Een organisme is heterozygoot voor een erfelijke eigenschap, als het genenpaar voor deze eigenschap bestaat uit twee ongelijke genen
HETEROZYGOOT = ONGELIJK

DOMINANTE EN RECESSIEVE GENEN
- Heterozygoot= 2 verschillende genen voor bv haarvorm (Sluik en krullend) toch hebben deze mensen krullend haar. Dus het krullend gen is het dominante gen. Het sluike gen is het recessieve gen.
- Dominante gen is een gen dat altijd tot uiting komt in het fenotype
- Recessieve gen is een gen dat alleen tot uiting komt in het fenotype als er geen dominant gen aanwezig is

FENOTYPE EN GENOTYPE
- Het zwarte gen is dominant, rood is recessief
- Organismen waarbij het recessieve gen tot uiting komt in het fenotype, zijn homozygoot voor deze eigenschap. Organismen waarbij een dominant gen tot uiting komt in het fenotype, kunnen homozyoot of herterozygoot zijn voor deze eigenschap

GENSYMBOLEN
- Dominante gen = hoofdletter A
- Recessieve gen = kleine letter a
- AA (homozygoot dominant)
- Aa (heterozygoot)
- aa (homozygoot recessief)

Bas.6 Kruisingen
-Kruisingen worden uitgevoerd om de overerving van eigenschappen te bestuderen
- Veel kruisingen beginnen met de ouders (dat wordt aangegeven met de P -Parentes-Parents-)
- De nakomelingen worden aangegeven met F1 ( filii = kinderen)
- De 2e generatie nakomelingen wordt aangegeven met F2

Bas.7 Stambomen
Een stamboom is een schematische weergave van de fenotypen van enkele generaties.
- Als 2 ouders met gelijk fenotype een nakomeling krijgen met een ander fenotype, zijn beide ouders heterozygoot voor deze eigenschap. De nakomeling is dan homozygoot recessief voor deze eigenschap.


Bas. 9 Geslachtelijke en ongeslachtelijke voortplanting
- Bij geslachtelijke voortplanting is het genotype van de nakomelingen verschillend van dat van de ouders
* Door reductiedeling
* Welke geslachtscellen versmelten is afhankelijk van toeval (hierdoor ontstaan nieuwe genotypen)
- Bij ongeslachtelijke voortplanting is het genotype van de nakomelingen gelijk aan dat van de ouders
oBijv. bij het stekken van planten of bij aardappels
oDoor gewone celdeling (mitose)
- Veredeling: door kruisingen en kunstmatige selectie tracht men een combinatie van gunstige eigenschappen in 1 nakomeling te verkrijgen
- Kunstmatige selectie: uit een nakomelingschap worden alleen de individuen met de meest gunstige erfelijke eigenschappen gebruikt voor verdere kruisingen
- Bij landbouwgewassen wordt na de eredeling meestal alleen nog ongeslachtelijke voortplanting toegepast

Bas. 10 Mutaties
- Een chromosoom kan soms beschadigt raken, de erfelijke eigenschappen zijn dan verandert. Zo’n plotselinge verandering van het genotype heet: mutatie
- Meestal heeft een mutatie geen gevolgen, maar als het in de geslachtscellen gebeurt kan dit wel gevolgen hebben
- Als het gen recessief is zal het geen gevolgen hebben voor de nakomeling, maar als het dominant is wel
- Mutaties kunnen spontaan plaatsvinden.
* Bijv. door: radioactieve straling
* Röntgenstraling
* UV-straling
* Sigarettenrook
* Asbest
- Deze invloeden worden mutageen genoemd
- Als mutatie optreedt in een gewone cel, blijven de andere cellen ongewijzigd. Maar als het voorkomt in een geslachtscel, krijgt de nakomeling in elke cel het gemuteerde gen

KANKER
- Als cellen zich snel en ongeremd gaan delen, ontstaat er een gezwel (tumor)
- Soms groeien ze langzaam en verstoren de bouw van de weefsels niet (goedaardig gezwel) Als ze groot worden kunnen ze operatief verwijderd worden, de patiënt is daarna genezen
- Bij KANKER ontstaat ergens een kwaadaardig gezwel. Kanker is waarschijnlijk het gevolg van mutaties in de genen van een cel. De mutaties hebben tot gevolg dat de cel zich ongeremd gaat delen. Het gezwel groeit dan veel sneller, en de bouw van het weefsel wordt verstoord
- Het 1e kankergezwel is meestal niet dodelijk. De meeste patiënten sterven aan uitzaaiing (metastase)
- Bij uitzaaiing komen de cellen van het 1e gezwel in het bloed en komen zo in andere lichaamsdelen terecht. Zo kan je nooit alle gezwellen opsporen en ga je dood
- Leukemie is een vorm van kanker, het lichaam produceert dan teveel witte bloedcellen. En veel te weinig rode bloedcellen

Bas. 11 Erfelijkheidsonderzoek
- Al voor de geboorte kan onderzocht worden of een kind een ziekte of afwijking heeft
- Echoscopie: (vanaf de 6e week) doormiddel van geluidsgolven wordt het embryo zichtbaar gemaakt op een scherm (zo kan je de ligging en het geslacht zien)
- Vlokkentest: (vanaf de 8e week) er wordt wat weefsel uit de placenta weggehaald. Van cellen van het embryo worden de chromosomen onderzocht (Een voorbeeld van een afwijking die je zo kan onderzoeken is het syndroom van down (mongooltje))
- Vruchtwaterpunctie: (vanaf 16e week) er wordt wat vruchtwater met cellen van de foetus uit de baarmoeder weggehaald. Hiervan worden de chromosomen onderzocht (als er een hoog risico bestaat

Bas. 12 Biotechnologie
- Biotechnologie: is een tak van biologie, waarbij organismen worden gebruikt om op grote schaal producten te vervaardigen voor de mens
- Voorbeelden hiervan zijn:
* Brood, bier, wijn, kaas yoghurt en zuurkool
- Deze producten worden bereid met gisten en bacteriën
- Ook bij de productie van bepaalde smaakstoffen, geneesmiddelen en van hormonen worden al heel lang organismen gebruikt
- In de alvleesklier wordt bij mensen het hormoon insuline geproduceerd, bij iemand die suikerziekte heeft, wordt dit hormoon (vrijwel) niet geproduceerd. Daarom moet suikerziekte patiënten zich inspuiten met insuline (dit kwam uit de alvleesklieren van zoogdieren) nu hebben ze er bacteriën bij ingezet en die maken nu elke keer weer meer insuline, het kan nu goedkoop geproduceerd worden
- Deze technieken worden recombinant-DNA-technieken genoemd oftewel genetische manipulatie