DNA

Thema 4 DNA
Van genotype tot fenotype Enzymen zijn er om erfelijke eigenschappen tot uiting te brengen, het zijn eiwitten. Een eiwitmolecuul bestaat uit een groot aantal aan elkaar gekoppelde aminozuren. Een chromosoom bepaald welke eiwitten er worden gesynthetiseerd. Een chromosoom bestaat uit veel eiwitmoleculen en één grote streng DNA. DNA bestaat uit 2 ketens die in een dubbele spiraal om elkaar heen gewonden liggen. Elk van die ketens bestaat uit vele aan elkaar gekoppelde nucleotiden. Een nucleotide bestaat uit een fosfaatgroep, een desoxyribose(een suiker) en uit verschillende stikstofbasen. Die 4 verschillende stikstofbasen zijn: Adenine, Thymine, Cytosine en Guanine. Mitose en celdeling: Bij ieder wezen op aarde komen er nieuwe cellen bij. Deze cellen ontstaan door mitose (kerndeling) en celdeling. Door plasmagroei worden de 2 dochtercellen weer net zo groot als de moedercel. De periode tussen 2 mitosen, wordt interfase genoemd. Het grootste deel van de interfase is het chromosoom een lange dunne sliert en niet zichtbaar. Voor de mitose is eerst DNA replicatie nodig. Bij DNA replicatie worden de oude ketens gebruikt als voorbeeld om 2 nieuwe ketens te vormen. Dat heet een semi-conservatieve verdubbeling. Na de DNA replicatie bestaat een chromosoom uit 2 identieke delen, de chromatiden. De plaats waar de chromatiden aan elkaar vast zitten heet centromeer. De mitose en interfase van een cel vormen samen de celcyclus. In de G1 fase vindt o.a. plasmagroei plaats. De periode van DNA replicatie heet S-fase en de fase er na is de G2 fase. De laatste fase van de uiteindelijke mitose heet de M-fase. De lengte van een celcyclus verschilt van cel tot cel.
Ongeslachtelijke voortplanting Bij bolgewassen vindt ongeslachtelijke voortplanting plaats door bollen. Een bol bestaat uit een bolschijf met rokken. Rokken zijn verdikte bladeren met veel reservevoedsel. Tussen deze rokken bevinden zich knoppen. In het voorjaar ontstaat uit één van deze knoppen (eindknop) een plant. Hierbij wordt reservevoedsel uit de rokken verbruikt en deze sterven af. Dit is een vorm van natuurlijke ongeslachtelijke voortplanting. Het kan ook op kunstmatige manieren gebeuren met stekken of enten. Ongeslachtelijke voortplanting kan plaatsvinden door mitose en celdeling. De dochtercellen hebben dan dezelfde erfelijke eigenschappen als de moedercel en dus zijn de genotypen allemaal hetzelfde als de ouder. Een groep die dmv ongeslachtelijke voortplanting uit één organisme is ontstaan heet een kloon. Het kweken wordt ook wel klonen of kloneren genoemd. Bij weefselkweek wordt uit een gezonde plant een stukje weefsel gesneden en deze wordt op een voedingsbodem met voedingsstoffen gebracht. Dan vermenigvuldigen de cellen zich en ontstaat er een hoeveelheid ongedifferentieerd weefsel, het callus. Het callus wordt in stukjes verdeeld en op andere voedingsbodems gebracht. Door de plantenhormonen daar gaan de cellen zich differentiëren en komen er kleine plantjes die embryoiden. Door deze manier van kweken worden er veel planten en bloemen op een grootschalige manier gekweekt en is het mogelijk om medicijnen uit bloemen ook grootschalig te maken. Meiose Bij meiose gaan de chromosomen van een paar uit elkaar. Dit vindt plaats in de geslachtscellen. Meiose bestaat uit 2 opeenvolgende delingen. Bij meiose 1 ontstaan uit een diploïde cel 2 haploide cellen (reductiedeling) Bij meiose 2 ontstaan uit 2 haploide cellen 4 haploide cellen. Als bij een man de moedercel meiose ondergaat dan ontwikkelen elk van de 4 haploide cellen zich tot een zaadcel. Als bij een vrouw een eicelmoedercel meiose 1 ondergaat ontstaan dochtercellen van ongelijke grootte en vrijwel al het cytoplasma komt in 1 cel terecht. Die dochtercel ontwikkeld zich tot een eicel. De 3 andere dochtercellen (poollichaampjes) verschrompelen. Deze cellen bevinden zich vanaf de geboorte in een meisje en zijn dan halverwege de meiose. De meiose wordt afgemaakt als de eicel vrijkomt door ovulatie. Geslachtelijke voortplanting Bij geslachtelijke voortplanting gaat het eerst om de chromosomen die zich splitsen en dan in de geslachtcellen voorkomen. Welke chromosomen de geslachtscellen bevatten die na de bevruchting een nieuw individu opleveren, is afhankelijk van het toeval. Het ontstaan van nieuwe combinaties in de genen wordt Recombinatie genoemd. Door deze recombinatie ontstaan er een grote verscheidenheid van genotypen binnen een soort waardoor deze een grote overlevingskans heeft. Bij het kweken van landbouwgewassen wordt dmv van kruisingen nakomelingen verkregen en daarop wordt een selectie toegepast. Op deze manier wordt geprobeerd een gunstige combinatie van eigenschappen te verkrijgen bij één van de nakomelingen. Dat heet veredeling. Na de veredeling vindt vaak klonering plaats, omdat het gunstige genotype niet door recombinatie mag worden verstoord. Een zuivere lijn is een groep planten die door geslachtelijke voortplanting is ontstaan en homozygoot zijn voor één of meerdere eigenschappen. Dat wordt gedaan door één homozygote ouderplant te nemen die dan zelfbestuiving doet. Doordat alle nakomelingen homozygoot zijn ontstaan er ook daarna nog nakomelingen met hetzelfde genotype. Die planten heten zaadvast. Dieren die homozygoot zijn voor de gewenste eigenschap heten fokzuiver. Door de veredeling bij alles lijdt de wereld verlies aan genetische variatie. De genetische code Bij het groeien van de zygote blijkt dat stoffen uit bepaalde cellen de ontwikkeling van andere cellen beïnvloeden. Dat wordt ook wel Inductie genoemd. Bij de ontwikkeling van een zygote wordt al vroeg vastgelegd welke specialisatie een cel zal ondergaan (determinatie). Inductie kan er ook voor zorgen dat een aantal cellen afsterven dat wordt ook wel de geprogrammeerde celdood (apoptose) genoemd. Bij het inschakelen van enzymen wordt synthese gebruikt. Bij eiwitsynthese wordt de informatie overgebracht door het mRNA-molecuul. Een RNA en DNA molecuul vertonen vel overeenkomsten. Het enige verschil is dat bij een RNA molecuul er maar 1 keten nucleotiden is, de nucleotiden bevatten de suiker ribose en Uracil ipv Thymine. RNZ ontstaat uit DNA. De DNA ketens splijten dan uiteen en één van de beide ketens bevat de informatie voor erfelijke eigenschap (template-streng) Langs deze keten wordt de nucleotideketen van een RNA molecuul gevormd. Elk RNA-molecuul bevat een afschrift van de info uit dit deel van het DNA-molecuul. De volgorde van de stikstofbasen in een RNA molecuul is gelijk aan die van het DNA molecuul. MRNA bevat veel info in gecodeerde vorm over de synthese van eiwit. Dit wordt ook wel de genetische code genoemd. DNA en RNA zijn nucleïnezuren. Zij komen voor in virussen, maar nooit tegelijk. Voor de rest komt er niks voor in een virus. De meeste virussen dringen de cellen binnen door door het celmembraan heen te gaan. Sommige virussoorten gebruiken bacteriën als gastheer. Deze virussen worden bacteriofagen genoemd. Als een bacteriofaag op de bacterie terechtkomt, dringt zijn RNA of DNA de cel binnen. De bacterie gaat steeds meer nucleïnezuur van de bacteriofaag bevatten, terwijl de eigen RNA of DNA moleculen ten gronde gaan. In de ribosomen van de bacterie worden ook nieuwe capsiden gesynthetiseerd, waardoor in de bacterie grote aantallen nieuwe bacteriofagen ontstaan. De bacterie gaat ten gronde en de nu vrijgekomen nieuwe bacteriofagen kunnen nieuwe bacteriën infecteren. Een groepje van 3 opeenvolgende nucleotiden heet een codon of triplet. Mutaties DNA moleculen zijn erg kwetsbaar, ze kunnen worden beschadigd. Dat wordt meestal door enzymen weer hersteld, maar soms ook niet. Dan wordt de volgorde van de stikstofbasen blijvend gewijzigd en dat heet Mutatie. Mutaties is cellen van de mens zijn niet erg en worden meestal onderdrukt. Je kunt het pas zien als het gebeurd in de eimoedercel. Een individu waarbij een mutatie tot uiting komt wordt een mutant genoemd. Een fenotype waarbij geen enkele mutatie word waargenomen heet een wildtype. Gemuteerde allelen hoeven niet naar buiten te komen in generaties familie. Het zal pas tot uiting komen als het gemuteerde allel wordt bevrucht door een zaadcel met een zelfde gemuteerde cel. Die kans is echter klein, maar bij incest niet. Door mutaties binnen een soort, ontstaan er grotere verscheidenheid vaan genotypen binnen die soort. Mutaties vinden niet vaak spontaan plaats. Meestal gebeurt het door blootstelling aan een kortgolvige straling (radioactieve straling), bepaalde chemische stoffen (asbest of nicotine) of virussen. Deze invloeden worden mutageen genoemd. Soms delen cellen zich ongeremd en ontstaat er een gezwel (tumor). Sommige tumoren groeien langzaam, doordat de remmende stoffen uit de omgeving nog invloed hebben op de delingssnelheid. Er veranderd dan meestal niets in de bouw van het weefsel. Dat zijn dan tumoren die goedaardig worden genoemd. Deze kan bij klachten operatief worden verwijderd en komt dan niet meer terug. Bij kanker ontstaan kwaadaardige tumoren. De cellen van deze tumor zijn ongevoelig voor stoffen die de celdeling remmen en daardoor is de delingssnelheid ook veel groter dan bij een goedaardige tumor. De ontstane cellen hebben een afwijkende worm en kunnen niet goed functioneren, waardoor de bouw van de weefsels wordt verstoord. De primaire tumor is meestal niet dodelijk en kan operatief worden verwijderd. Er kan ook radiotherapie worden toegepast waarbij de tumorcellen door bestraling worden gedood. Door metastase (uitzaaiing van tumoren over andere lichaamsdelen) gaan de meeste kankerpatiënten dood. In andere organen kunnen ze het ontstaan van secundaire tumoren veroorzaken. Om dit te genezen wordt vaak chemotherapie toegepast. Hierbij wordt aan de patiënt cytostatica toegediend, dat zijn stoffen die de celdeling remmen. Hierdoor worden ook celdelingen in gezonde weefsels verstoord. In het laatste stadium van de metastase groeien er netwerken van bloedvaten in de tumoren, waardoor de tumoren kunnen groeien. Gezonde weefsels krijgen gebrek aan voedingsstoffen of ruimte. Alle invloeden uit het milieu die mutageen zijn, zijn in principe ook carcinogeen (kankerverwekkend). Het belang van deze invloeden verschilt per soort kanker.
Erfelijkheidsonderzoek Bij de mens is het moeilijk om onderzoek te doen naar de overerving van eigenschappen. Bij embryo’s en foetussen wordt steeds vaker voor de geboorte onderzoek verricht om vast te stellen of er eventueel afwijkingen zijn. Dit wordt ook wel prenatale diagnostiek genoemd. Bij echoscopie worden de groei en de liggingen van het embryo of de foetus gecontroleerd met behulp van een echoscoop. Dit kan vanaf de 6de week van de zwangerschap worden toegepast. Vanaf de 8ste week kan de vlokkentest worden gedaan. Er wordt dan een klein beetje vlokkenweefsel uit de groeiende placenta weggehaald. Deze vlokken bevatten hetzelfde genotype als het embryo en daardoor kunnen ze een karyogram maken. Met behulp van dit karyogram kan al in een vroeg stadium afwijkingen in de chromosomen worden geconstateerd en ook het geslacht van het kind. Bij vruchtwaterpunctie Wordt via de buikwand van de moeder vruchtwater weggezogen. In het vruchtwater bevinden zich cellen van de foetus en die cellen worden gebruikt voor chromosoomonderzoek en voor het opsporen van bepaalde stofwisselingsziekten. Deze controle kan vanaf de 16de zwangerschapsweek worden uitgevoerd. Deze onderzoeken worden gebruikt tijdens de zwangerschap te kunnen zeggen dat abortus het beste is. Er kan door de dokter ook een erfelijkheidsadvies worden gegeven. Dan zegt de dokter dat de kans dat de baby niet gezond wordt te groot of groot is en dat het niet verstandig is een baby te nemen. Als bij een chromosomenpaar een extra chromosoom voorkomt hebben we het over trisomie . Bij mensen met het syndroom van down komt vaak het 21ste chromosoom in 3voud voor, daarom spreken we ook wel van trisomie 21. Bij de bevruchting is dan een geslachtscel betrokken waarbij het 21ste chromosoom dubbel voorkomt. De oorzaak is vaak een afwijking in de meiose. Dan komen beide chromosomen naar dezelfde pool en komen samen in één van de dochtercellen terecht. (non-disjunctie) Dit kan voorkomen in meiose 1 of in meiose 2. Biotechnologie Bij de biotechnologie worden organismen gebruikt om producten te vervaardigen voor de mens. In d elandbouw wordt al een hele tijd geprobeerd de gewenste eigenschappen van dieren en planten te verbeteren. Daarnaast bleek dat bij veel cultuurgewassen de opbrengst sterk te kunnen worden vergroot door polyploïdie. De stof colchicine beïnvloed de kern- en celdelingen zodanig dat de chromosomen zich wel splitsen in chromatiden, maar de cellen zich niet delen.Hierdoor ontstaan tetraploïde cellen (met 4n chromosomen) of polyploïde cellen. Uit een bevruchte eicel met een dergelijke mutatie kan zich een plant ontwikkelen met een veelvoud van chromosomen in elke lichaamscel en daardoor wordt de plant groter. Het is nu mogelijk om erfelijk materiaal uit cellen van het ene organisme te halen, eventueel te veranderen en vervolgens in te brengen van cellen in een ander organisme. Deze techniek wordt recombinant-DNA-techniek genoemd. De veranderingen die je op deze manier aanbrengt bij een organisme wordt genetische modificatie of genetische manipulatie genoemd. Een genetisch gemodificeerd mechanisme wordt transgeen genoemd. Door de recombinant DNA-techniek kunnen de erfelijke eigenschappen van verschillende soorten organismen met elkaar worden gecombineerd. Zo kan op een hele goedkope en snelle manier insuline worden gemaakt. Ook andere hormonen kunnen dmv deze techniek goedkoop in zuivere vorm worden geproduceerd. Een goed voorbeeld van genetische modificatie was de stier Herman. Zo hoopte men goedkopere en betere geneesmiddelen te produceren. Deze toepassing word ook op veel voedingswaarden toegepast en het blijkt daar veel voordelen te bieden. Landbouwgewassen kunnen resistent worden gemaakt voor ziekten en plagen, waardoor er minder bestrijdingsmiddelen hoeven te worden gebruikt. Ook kunnen voedingsmiddelen gunstiger worden geproduceerd. Toch zijn er ook minder positieve dingen aan deze techniek. Als deze bacteriën zouden ontsnappen uit een laboratorium zouden ze een ramp kunnen veroorzaken en er zijn ook veel bezwaren tegen het nuttigen van gemodificeerde organismen. Andere bezwaren zijn het principe of ethische aard. Bij de celfusietechniek laat men 2 typen cellen versmelten tot 1 cel (hybridecel). De nieuwe cel bezit eigenschappen van beide cellen en zo worden bij de mens zuivere antistoffen tegen ziekteverwekkers gemaakt. Antistoffen worden geproduceerd door plasmacellen en elke type plasmacel produceert één specifieke antistof. Plasmacellen worden vaak met kreupele (aangepaste) tumorcellen samengebracht tot een hybride cel. Alleen de hybridencellen blijven dan nog in leven en delen zich snel in dochtercellen en produceren grote hoeveelheden antistoffen. Er wort de laatste tijd ook veel gebruikt gemaakt van het DNA profiel van misdadigers. Want iedereen heeft een eigen DNA profiel, dan niemand anders heeft.