DNA

Inleiding. Dit werkstuk gaat, zoals u al gezien heeft, over DNA. Er wordt altijd veel over gesproken en wij wisten niet echt wat het nou precies was. Daarom wilde we er wat meer over te weten komen. Daarom maakten we dit werkstuk. We hopen dat het een interessant werkstuk is en dat we het een beetje makkelijk hebben uitgelegd, want DNA is ontzettend moeilijk. Zelfs wij snapten het af en toe even niet meer. Veel plezier! Wat is DNA? Jouw en ons lichaam is opgebouwd uit veel cellen. In elke cel zit een kern waarin DNA zit. In DNA liggen de erfelijke eigenschappen van de mens. Ook dieren hebben DNA in hun cellen. Zelfs bacteriën! DNA bestaat uit lange moleculen waarin vier bouwstenen een code vormen die bepalen wat voor eigenschap dat organisme heeft. Dat wil zeggen dat DNA de informatie bevat voor je bloedgroep of voor de kleur van je ogen. Voor elke menselijke cel met kern geldt dat DNA verdeeld is over 46 chromosomen. Elke chromosoom bestaat uit een groot DNA-molecuul en uit een aantal eiwitten voor de stevigheid. Bacteriën bevatten een DNA-molecuul in de vorm van een ring. Doordat men al veel weet op het gebied van DNA, is de wetenschap in staat om die erfelijke code te lezen. Maar deze code is bij de mens zo lang dat het nog jaren duurt voordat die ontrafelt is.
Wie heeft DNA ontdekt? DNA is de afkorting van het Engelse desoxyribonucleinezuur. De eerste man die onderzoek naar DNA heeft gedaan was Mendel (1822-1884). Hij toonde aan dat erfelijke eigenschappen bij erwten van “ouder” op “kind” gaan. In 1869 experimenteerde de Zwitserse arts Miesscher met etter uit ziekenhuisverband en ontdekte een wit neerslag afkomstig uit etter. Miesscher noemde het nucleïne. Dat betekent kern. Toen andere onderzoekers ontdekten dat die witte neerslag zure eigenschappen had, noemden ze het nucleïnezuur. Dat betekent kernzuur. Toen de onderzoekers dit ontdekt hadden is de wetenschap sterk toegenomen. In 1944 werd bewezen dat in het DNA de erfelijke aanleg van organismen in codevorm is vastgelegd. De buitenkant van DNA. Het DNA-molecuul is een groot molecuul dat lijkt op een wenteltrap. De treden van die wenteltrap zijn opgebouwd uit 4 kleine moleculen. Adenine, Guanine, Cytosine, Thymine. De leuningen van de wenteltrap zijn gelijk van bouw. De erfelijke informatie wordt door de volgorde van de vier verschillende moleculen die de treden van de wenteltrap vormen. Genetische code / informatie. De wijze waarop de erfelijke eigenschappen tijdens de eiwitsynthese worden ‘vertaald'. De rangschikking van nucleotiden in DNA en RNA bepaalt welke aminozuren in welke volgorde aan elkaar gekoppeld worden. De nucleotiden in DNA zijn A(denine), C(ytosine), G(uanine) en T(hymine); in RNA is thymine vervangen door uracil, dus RNA bestaat uit A, C, G en U. Telkens drie nucleotiden (codon) bepalen één aminozuur, genetische code. Zo codeert bijvoorbeeld UUU voor fenylalanine (Phe), AUG voor methionine (Met), enzovoort. Voor de meeste aminozuren bestaat meer dan één codon. Men zegt daarom dat de code ‘ontaard’ is. Deze ontaarding is zodanig dat kleine wijzigingen in de nucleotidenvolgorde van het DNA (mutaties) vaak niet leiden tot veranderingen in de functie van een eiwit, omdat het nieuwe codon codeert voor hetzelfde aminozuur als het oorspronkelijke codon, of voor een aminozuur met soortgelijke eigenschappen. Van de 64 codons zijn er drie die niet coderen voor een aminozuur: UAA (‘oker’), UAG (‘amber’) en UGA (‘opaal’). Dit zijn de stop-codons (ook wel nonsenscodons of terminatiecodons genoemd). Zij geven het einde van de informatie voor de productie van een eiwitketen aan, zoals een punt het einde van een zin aangeeft. Het begin wordt aangegeven door een initiatiecodon. De genetische code geldt voor praktisch alle levende wezens. Kleine afwijkingen worden echter aangetroffen in mitochondriën en sommige protozoa en myeoplasma's waar bepaalde codons een andere betekenis hebben dan in de ‘algemene’ genetische code. De genetische code is ‘kommaloos en niet-overlappend’: twee opeenvolgende aminozuren in één eiwitketen worden gecodeerd door twee codons die direct op elkaar volgen, maar die geen nucleotiden gemeenschappelijk hebben. Het is gebleken dat op het DNA van verschillende virussen de informatie voor twee verschillende eiwitketens soms gedeeltelijk overlappend is. In zo’n geval kunnen bepaalde nucleotiden wel deel uitmaken van twee verschillende codons, die dan echter niet bij dezelfde eiwitketen horen. DNA-test. Een DNA-test is een onderzoekstechniek waarmee de identiteit van een mens, dier of plant, of wat die individuen met elkaar te maken hebben kan worden vastgesteld. Voor een DNA-test wordt gebruik gemaakt van junk-DNA: dat gedeelte van het DNA dat niet codeert voor een gen. Dit DNA bestaat voor een groot gedeelte uit herhalingen. Van de honderdduizenden stukken junk-DNA zijn er enkele duizenden onderzocht en omschreven. Hiervan zijn er enkele (de markers) gekozen die allemaal voldoende variëren om onderscheid tussen individuen te kunnen maken. Elke marker laat na de bewerking in een apparaat twee pieken zien. Één van de vader en één van de moeder. De kans dat twee mensen twee dezelfde pieken hebben voor één marker is ongeveer 10%. De kans dat zij vier pieken (twee markers) hetzelfde hebben is ongeveer 1%. Bij een combinatie van negen markers is er een kans van één op een miljard dat twee willekeurige mensen hetzelfde patroon van pieken (DNA-profiel) laten zien. Bij verwantschap tussen twee mensen is de kans dat de pieken in het DNA-profiel met negen markers gelijk zijn veel groter (bijvoorbeeld: bij twee broers is dat kleiner dan één op tienduizend). Het voor de test benodigde DNA kan verzameld worden uit celmateriaal (bijvoorbeeld geïsoleerd uit opgedroogde druppeltjes bloed of verloren haren). Het DNA wordt afgebroken met een enzym. De DNA-fragmenten die hieruit ontstaan worden met de techniek van de polymerase kettingreactie vermenigvuldigd. Ze worden op grootte gescheiden door middel van elektroforese. Daarna worden de fragmenten zichtbaar gemaakt. Het resultaat is een patroon van pieken. Doordat men gebruik maakt van niet-coderend DNA kan men geen informatie vinden over mogelijke erfelijke afwijkingen. DNA-fingerprint. Een DNA-fingerprint is een techniek waarmee de identiteit van een mens, dier of plant, of wat die individuen met elkaar te maken hebben kan worden vastgesteld. De techniek berust op het feit dat in het DNA van alle organismen korte nucleotidenvolgorden voorkomen die op verschillende plaatsen een aantal tot vele malen achter elkaar gerepeteerd worden (clusters). Zowel de distributie van deze clusters als de mate waarin het cluster zich herhaalt, varieert van individu tot individu, maar is erfelijk. Voor een DNA-fingerprint wordt het DNA (bijvoorbeeld geïsoleerd uit bloedcellen of haren) afgebroken met een restrictie-enzym dat niet in de gerepeteerde volgorde knipt. De ontstane DNA-fragmenten worden op grootte gescheiden door middel van elektroforese en de fragmenten die clusters bevatten worden zichtbaar gemaakt door hybridisatie met een stukje (radioactief gemerkt) DNA, dat qua nucleotidenvolgorde complementair is met de gerepeteerde volgorde van de clusters. Het resultaat is een patroon van banden op een röntgenfilm dat (net als een vingerafdruk) karakteristiek is voor het betrokken individu (vandaar de naam). De kans dat de DNA-patronen van twee verschillende personen van twee verschillende personen identiek zijn, is ongeveer één op zestien miljoen. Hierbij moet worden aangetekend dat de DNA-fingerprint alleen informatie geeft over de identiteit of over verwantschap. Informatie over de aan- of afwezigheid van erfelijke afwijkingen kan uit dit patroon niet worden afgeleid. Tussen de patronen van verwante individuen bestaan bepaalde overeenkomsten die groter zijn naarmate de verwantschap nauwer is. Van dit laatste wordt o.a. gebruik gemaakt bij het fokken van dieren. Op basis van DNA-fingerprints kan worden vastgesteld of de voor paring in aanmerking komende dieren genetisch voldoende van elkaar verschillen om tot gezond nageslacht te kunnen leiden. In Nederland is bij arrest van de Hoge Raad van vier oktober 1988 de DNA-fingerprint toegelaten als wettig bewijsmiddel voor de identiteit van personen, zij het dat een dergelijke proef alleen met toestemming van de betrokkene mag worden uitgevoerd. In België is de DNA-fingerprint eveneens als wettig bewijsmiddel toegestaan, onder meer bij twisten rondom het vaderschap. De betrokkene dient voor dit onderzoek toestemming te verlenen. Voor een DNA-fingerprint wordt het DNA (bijvoorbeeld geïsoleerd uit bloedcellen of verloren haren) afgebroken met een enzym. De ontstane DNA-fragmenten

worden op grootte gescheiden door middel van elektroforese en de fragmenten worden zichtbaar gemaakt met een stukje (radioactief gemerkt) DNA. Het resultaat is een patroon van banden op een röntgenfilm dat karakteristiek is voor het betrokken individu (daar komt de naam ook vandaan). De kans dat de DNA-patronen van twee personen identiek zijn, is ongeveer één op zestien miljoen. Hierbij moet je wel bedenken dat DNA-fingerprint alleen informatie geeft over de identiteit of over de verwantschap. Informatie over de aanwezigheid of afwezigheid van erfelijke afwijkingen kan uit dit patroon niet worden afgeleid. Het uit een lichaamscel opkweken van een nieuw individu. Als er geen vermenging van erfelijk materiaal plaatsvindt, is het nieuwe individu identiek aan dat waarvan de lichaamscel gewonnen is. De oudste bij zoogdieren gebruikte techniek gaat uit van een meercellig embryo. Dit wordt in verschillende celklompjes gesplitst, die elk in een draagmoederdier worden geplaatst. In feite ontstaan zo eeneiige meerlingen. Een tweede techniek gaat eveneens uit van een bevruchte eicel die zich tot een groepje cellen heeft gedeeld. Dit wordt in losse cellen gesplitst. Elk van de cellen wordt van zijn kern ontdaan, waarna men door middel van een elektrische stroom elke eicel laat samensmelten met een uit een gewone cel (uit een embryo van een ander individu) gehaalde kern. Deze tweede techniek maakt gebruik van een embryo als leverancier van de kern aangezien een cel uit een volwassen dier een deel van het DNA niet gebruikt en als het ware heeft afgeschermd. Dit is echter niet het geval bij cellen die zich in een bepaald ruststadium bevinden. Door een aantal uit uiers van schapen weggenomen cellen in dit ruststadium te brengen, slaagden Schotse onderzoekers er in 1996 29 eicellen van een lichaamskern te voorzien. Dertien hiervan leidden tot een zwangerschap bij de draagmoederschapen. Een bleef behouden en leidde in 1996 tot de geboorte van een (vrouwelijk) schaap: Dolly. Of de methode die tot de geboorte van o.a. Dolly heeft geleid inderdaad een exacte kopie van het moederdier opleverde, is de vraag. Zoals bekend bevindt zich niet alleen in de kern, maar ook in de rest van de eicel erfelijk materiaal, o.a. in de mitochondriën. Dit erfelijk materiaal is van de leverancier van de eicel afkomstig en blijft bij het verwijderen van de kern behouden. Erfelijke eigenschappen. Het ligt niet in het DNA vast dat iemand bijvoorbeeld een hechting op zijn rechterhand heeft en het ligt ook niet vast in het DNA dat iemand goed Engels spreekt. Dit zijn eigenschappen die je tijdens je leven krijgt of juist niet krijgt. Welke eigenschappen liggen dan wel vast in het DNA? Dat weten we niet precies. Wanneer iemand een hekel heeft aan bloemkool kan het misschien wel erfelijk zijn of juist niet. Of als iemand goed gitaar speelt, ligt het dan aan zijn DNA of omdat zijn ouders hem al vroeg op gitaarles gedaan hebben? Ligt het misschien aan allebei: hebben de ouders hem al vroeg op gitaarles gedaan omdat ze zelf aanleg hebben voor muziek en er daardoor ook in geïnteresseerd zijn? Maar iemand kan ook aanleg hebben voor honkbal, maar dat zegt niet dat hij later een profhonkballer zal worden. Er zijn ook nog voorbeelden van eigenschappen die beslist erfelijk zijn: de kleur van de ogen bijvoorbeeld. Dus ergens op een chromosoom gaat het er over de kleur van de ogen. Het aantal treden (honderden treden) in het DNA bepalen samen welke kleur deze zullen zijn. Erfelijke ziektes. Het menselijk lichaam telt zo’n 50.000 tot 100.000 genen. Fouten in die genen kunnen erfelijke ziektes tot gevolg hebben. Wij willen nu een paar ziektes als voorbeeld stellen. Homofilie: De erfelijke vorm van bloederziekte of hemofilie komt overwegend bij mannen voor. Mensen met bloederziekte hebben een stoornis in de bloedstolling. Bij een beschadiging van een bloedvat treedt heel langzaam stolling op. Het bloedvat wordt daardoor heel langzaam gedicht. Bij kleine verwondingen is dat geen levensbedreigende situatie. Dit verandert, wanneer er een grotere wond ontstaat… Doofheid: Bij Karlijn in de familie is er sprake van slechthorendheid. In elk gezin van de broers of de zussen van mijn moeder is er wel een iemand die doof is. Dit is dus erfelijke bepaald. Karlijn heeft dus een gen meegekregen dat ervoor zorgt dat ze slechthorend is. Downsyndroom: Dit is een erg bekend syndroom. Mensen die dit syndroom hebben worden ook wel eens mongooltjes genoemd. Je kan het downsyndroom krijgen als je een syndroom te veel hebt. Je hebt dan het zogenaamde 21ste chromosoom drie keer. Ziekte van Huntington: De ziekte van Huntington is een erfelijke aandoening van het zenuwstelsel die zich meestal pas op de leeftijd van 30-50 jaar zich openbaart. Eerst treden er problemen op bij bewegen en de spraak. Later treed geheugenverlies op en verlies van denkvermogen en concentratie. De persoon gaat dementeren en wordt volledig afhankelijk van zijn of haar verzorging. Klonen. Dolly is een bijzonder dier. Het schaap heeft 4 moeders. Dolly is een kloon. Tot nu toe lukte het alleen maar om embryo’s te klonen. Dolly ontstond echt uit een volwassen ooi. Vooral in de landbouw vind veel klonering van gewassen plaats. Een kloon kan ontstaan uit ongeslachtelijke voortplanting. Het stekken van een plant is daar een voorbeeld van. De stek heeft dan dezelfde eigenschappen als de plant waar de stek van vandaan komt. Zie de afbeelding hierboven. Ook bij kunstmatige inseminatie wordt klonen toegepast. Als een vrouw niet zwanger kan worden dan kan de arts in-vitrofertilisatie toepassen. Door
toediening van hormonen worden in de eierstok meerdere eicellen tot rijping gebracht. Die eicellen worden uit het lichaam van de vrouw gehaald en worden op het laboratorium bevrucht met de zaadcellen van de man. En later wordt er 1 of meerdere bevruchte eicellen teruggezet. De kans, dat de bevruchte eicel van de vrouw die weer terug in de baarmoeder is, uitgroeit tot een mensje is kleiner dan 40%. Vandaar dat artsen er altijd meerdere bevruchte eicellen terugzetten. Soms komt er bij de vrouw maar 1 eicel tot rijping en de kans dat de bevruchte eicel vrij. En als die wordt bevrucht en teruggezet wordt en het groeit niet uit tot een klein mensje is natuurlijk heel teleurstellend. En IVF is voor en vrouw heel zwaar dus ze zullen het niet gauw een tweede keer doen. Dan gaan artsen het bevruchte eicel wel eens splitsen zodat je 2 keer kans heb dat je een baby krijgt. Dit splitsen van de bevruchte eicel is ook een vorm van klonen. Andere DNA-vormen.. In de cellen van hogere organismen bevindt DNA zich niet alleen in de celkern (als voornaamste bestanddeel van de chromosomen), maar ook in bepaalde, min of meer autonome, cellulaire organellen. Ze heten de mitochondria en de chloroplasten. Dit organel-DNA codeert voor een beperkt aantal organelcomponenten. Verder is DNA het essentiële bestanddeel van vele dierenvirussen en van bacteriofagen. Sommige bacteriofagen bezitten een enkel-streng DNA. Bij de vermenigvuldiging van deze fagen in de bacteriële gastheer wordt aan deze enkele keten eerst de complementaire keten gevormd. De duplexstructuur vormt dan de basis voor de synthese van de in de faag voorkomende DNA-keten.
Slot Dit is dus het einde van dit werkstuk. Dit werkstuk was maar een greep uit het hele DNA gebeuren. DNA is namelijk zo groot en zo ingewikkeld dat je wel heel knap moet zijn om alles te begrijpen en om alles te kunnen omschrijven. Wij vonden het ook heel knap hoe ze het DNA ontdekt hebben en hoe ze ontdekt hebben hoe DNA eruit ziet. Daar heb je namelijk erg grote microscopen voor nodig, zoals een elektronenmicroscoop. We hopen dat u van dit werkstuk heeft genoten. Bronnen We hebben in ons werkstuk deze boeken gebruikt: De DNA-makers, Huub Schellekens e.a., een uitgave van de wetenschappelijke bibliotheek. ViaDelta ANW, René van Helden, Kees de Jong en Annemieke Straver. Biologie voor jou!, Gerard Smits en Ben Waas. Natuur en Techniek, 68ste jaargang, Februari 2000. Natuur en Techniek, 68ste jaargang, April 2000. Internet. Encarta 2000 en 1999, encyclopedie.