Hoofdstuk 4 DNA

Samenvatting Biologie voor jou Hoofdstuk 4

Een eigenschap komt tot uiting doordat bepaalde enzymen gemaakt worden.
Enzymen zijn eiwitten die bepaalde chemische reacties versnellen.
Zonder enzym verloopt de reactie niet.
Eiwitten worden in de ribosomen opgebouwd uit aminozuren.
Een gen bevat de informatie voor de vorming van een eiwit (waaruit o.a. een enzym kan worden opgebouwd).
Als een gen actief is, worden er enzymen gemaakt zodat er reacties plaatsvinden (b.v. het maken van een bepaald pigment in het oog).
Eén chromosoom bestaat uit één lang DNA-molecuul met eiwitten er omheen.

Het DNA bestaat uit twee ketens die aan elkaar vastzitten en een spiraal vormen. Een enkele keten is opgebouwd uit afwisselend een fosfaatgroep en desoxyribose (een suiker). Aan elke desoxyribose is een stikstofbase gekoppeld.
De stikstofbasen van twee ketens zijn twee aan twee aan elkaar gekoppeld. Er zijn maar vier stikstofbasen: adenine (A), thymine (T), cytosine (C) en guanine (G).
In een DNA-molecuul zijn steeds de base C en G aan elkaar gekoppeld, evenals de basen A en T.
Bij verhoudingen kun je dus C vervangen door G en de A voor T. Zo is de verhouding (C + A) / (G + T) gelijk aan 1. Dit is echter alleen het geval bij DNA dat uit twee ketens bestaat. Er bestaat ook DNA (in virussen) dat maar één keten heeft.
DNA wordt in de cel opgebouwd uit nucleotiden. Een nucleotide bestaat uit één fosfaatgroep, één desoxyribose en één stikstofbase. In het kernplasma komen vrije nucleotiden voor.
Nieuwe cellen ontstaan door mitose (kerndeling) en celdeling. Bij de mitose deelt de kern zich in twee identieke helften. Het erfelijke materiaal (DNA) wordt gesplitst. Na de mitose deelt de rest van de cel zich in tweeën. De twee dochtercellen maken cytoplasma bij (plasmagroei) en worden elk net zo groot als de oorspronkelijke moedercel.

Interfase: de fase waarin de cel niet aan het delen is, dus het stadium tussen twee mitosen in.
In een cel die niet aan het delen is, bestaat een chromosoom uit slechts één chromatide. Vlak voor een deling bestaan de chromosomen uit twee chromatiden.
Om een mitose mogelijk te maken, moet het DNA zich eerst verdubbelen (DNA-replicatie). Er moet een chromosoom gevormd worden met twee identieke chromatiden. De DNA-replicatie vindt plaats in de interfase.
DNA-replicatie: de verbindingen tussen de basenparen worden verbroken en de beide ketens gaan uit elkaar. Vrije nucleotiden in het kernplasma nemen de opengevallen plaatsen in. Er ontstaan twee nieuwe nucleotiden-ketens die aan de oude ketens vastzitten. Aangezien er altijd vaste paren zijn bij de basen, ontstaan er twee identieke DNA-ketens: de chromatiden.

Celcyclus: mitose  interfase  mitose  interfase enz.

In de celcyclus zijn vier perioden te onderscheiden:
1. G1-fase; dit is de fase tussen celdeling en DNA-replicatie.
De cel groeit, het aantal organellen vermeerdert. Er is plasmagroei.
2. S-fase: dit is de fase van de DNA-replicatie. De chromosomen verdubbelen zich.
3. G2-fase: dit is de fase tussen DNA-replicatie en de mitose. Er worden veel eiwitten (en enzymen) gemaakt.
4. M-fase: de mitose en celdeling.
G-, G2- en S-fase vormen samen de interfase. Er zijn dan geen chromosomen zichtbaar.
Als cellen zich gaan specialiseren, stopt meestal de celcyclus, ze delen niet meer (G0-fase). Dit kan tijdelijk of blijvend zijn.

Bij de deling van een cel zijn te onderscheiden:
1. Interfase: de fase tussen twee mitosen in. De chromosomen zijn draadvormig en niet zichtbaar. In de kern is een kernlichaampje zichtbaar.
2. Mitose
o Profase: de chromosomen spiraliseren en worden daardoor zichtbaar. Ze bestaan uit twee identieke chromatiden.
Het kernmembraan verdwijnt.

o Metafase: de chromosomen zijn maximaal verkort en gaan in een vlak in het midden (equatoriaalvlak) liggen.
Er ontstaat een spoelfiguur met steun- en trekdraden.
Een trekdraad loopt van een pool naar het centromeer.
o Anafase: de trekdraden trekken de chromatiden van elk chromosoom uit elkaar. Van elk chromosoom gaat één chromatide naar iedere pool. Een chromatide wordt dan weer chromosoom genoemd.
o Telofase: de chromosomen (die uit één chromatide bestaan) despiraliseren en worden langer.
Er verschijnen twee kernmembranen.
3. Celdeling: geen fase van de mitose. Het cytoplasma wordt in twee gelijke helften verdeeld. De chromosomen zijn niet meer zichtbaar.
Tijdens de mitose gaan de twee identieke chromatiden van één chromosoom uit elkaar. Hierdoor houdt de cel hetzelfde aantal chromosomen.
Het resultaat van de mitose is dat er twee identieke cellen ontstaan.
We kunnen dit ook als volgt weergeven: 2n  2n + 2n.
Ongeslachtelijke voortplanting
• de nakomeling ontstaat door mitose en celdeling, een deel (één- of meercellig) laat los en wordt zelfstandig
• de nakomeling heeft dezelfde genetische aanleg als de ouder

• alle nakomelingen van één ouder zijn genetisch identiek
• voordeel: snel veel dezelfde organismen
• nadeel: de nakomelingen kunnen zich moeilijker aanpassen aan veranderende omstandigheden
Kloon: een aantal nakomelingen van één ouder, ontstaan door celdeling (ongeslachtelijke voortplanting).
Alle individuen in een kloon zijn genetisch identiek (b.v. een eeneiige tweeling).
Weefselkweek: cellen (of een stukje weefsel) worden buiten het organisme in leven gehouden zodat ze kunnen groeien (delen).
Bij planten is het mogelijk om uit één enkele cel (of enkele cellen) een compleet organisme te krijgen.
Meiose: een deling waarbij het aantal chromosomen wordt gehalveerd van 2n naar n.
Vindt plaats in de voortplantingsorganen; het resultaat is dat er gameten worden gevormd.
Bij de meiose ontstaan vier haploïde cellen uit één diploïde cel.
De meiose bestaat uit twee opeenvolgende delingen, de meiose I en de meiose II, die altijd na elkaar plaatsvinden.
De meiose I is de deling waarbij twee haploïde cellen ontstaan. De paren chromosomen worden gesplitst.
De meiose II lijkt, wat betreft het verloop, op de mitose. Uit twee haploïde cellen ontstaan vier haploïde cellen.

Meiose I
• Profase I: de chromosomen verkorten zich en worden zichtbaar. De homologe chromosomen komen bij elkaar te liggen en vormen paren. Het kernmembraan verdwijnt.
• Metafase I: de chromosomen zijn maximaal verkort. De homologe chromosomen liggen tegenover elkaar in het equatoriaalvlak. Er ontstaat een spoelfiguur.
• Anafase I: de chromosomen (die uit twee chromatiden bestaan) worden naar de polen getrokken.
Van elk chromosomenpaar gaat één chromosoom naar iedere pool.
• Telofase I: de chromosomen despiraliseren gedeeltelijk. Er verschijnen weer kernmembranen. (Na een celdeling ontstaan twee haploïde cellen.)
Meiose II
• Profase II: de chromosomen spiraliseren weer. Het kernmembraan verdwijnt.
• Metafase II: de chromosomen gaan in het equatoriaalvlak liggen. In iedere cel ontstaat een spoelfiguur.
• Anafase II: in beide cellen trekken de trekdraden de chromatiden van elk chromosoom uit elkaar. Van elk chromosoom gaat één chromatide naar iedere pool.
• Telofase II: de chromosomen despiraliseren en worden langer. Er verschijnen vier kernmembranen.
(Na celdelingen ontstaan vier haploïde cellen.)

De meiose vindt alleen in de voortplantingsorganen plaats. De haploïde cellen ontwikkelen zich tot gameten.
Bij de man ontwikkelen alle vier de haploïde cellen zich tot vier spermacellen.
Bij de vrouw ontwikkelt zich slechts één van de vier haploïde cellen tot eicel. De andere 3 haploïde cellen (poollichaampjes) gaan verloren.
schema van de meiose:
• meiose I: 2n  n + n.
• meiose II: n  n + n.
Sommige organismen zijn haploïd (n). Bij deze organismen komt ook mitose voor. Deze mitose wordt weergegeven als: n  n + n.

Bij de mitose wordt de hoeveelheid DNA (chromosomen) verdeeld in twee identieke helften. Bij de meiose I wordt de hoeveelheid DNA verdeeld in twee helften met wel evenveel DNA, maar dit DNA is niet precies gelijk aan elkaar.
Bij de meiose II wordt de hoeveelheid DNA (net als bij de mitose) verdeeld in twee identieke helften. Maar de hoeveelheid DNA die verdeeld wordt (n chromosomen), is maar de helft van wat er verdeeld wordt bij de mitose (2n chromosomen).

Vergelijking mitose en meiose

Hiernaast staat een schema waarin de verschillende fasen van mitose, meiose I en meiose II met elkaar worden vergeleken.
In de metafase zijn de volgende verschillen in het equatoriaalvlak te zien:
• mitose
2n chromosomen willekeurig gerangschikt
• meiose I
2n chromosomen, in paren tegenover elkaar
• meiose II
n chromosomen, willekeurig gerangschikt

Geslachtelijke voortplanting
• de nakomeling ontstaat na een bevruchting (versmelten van de kernen van twee gameten)
• de nakomeling heeft de genencombinatie van beide ouders
• de nakomelingen van één ouderpaar vertonen genetische variatie
• oordeel: door de variatie zijn er altijd wel nakomelingen die bestand zijn tegen veranderende omstandigheden; deze nakomelingen blijven leven en zorgen voor nieuwe nakomelingen
• nadeel: kost veel energie en de organismen lopen meer gevaar opgegeten te worden

Organismen met hetzelfde genotype komen we tegen bij een kloon (ongeslachtelijk) en een zuivere lijn. b
Verschillen tussen de individuen in een zuivere lijn of een kloon berusten op modificaties.
Deze verschillen zijn niet erfelijk en kan men in een grafiek zetten.
Frequentiekromme: de waarschijnlijkheidskromme heeft altijd dezelfde vorm.
De gemiddelde waarde komt het meest voor, heel hoge en heel lage waarden zijn zeldzamer.
Selectie: Selectie binnen een kloon of zuivere lijn heeft geen zin. De verschillen worden veroorzaakt door het milieu en zijn niet erfelijk; alle individuen hebben hetzelfde genotype. (b.v. grote pootaardappelen leveren bij een oogst geen grotere aardappelen op)
Veredelen (landbouwgewassen) en fokken (dieren) is gericht op verbetering van door de mens gewenste eigenschappen.
Veredeling gebeurt door selectie en gerichte kruising. Bij geslachtelijke voortplanting zijn niet alle organismen gelijk, er treedt recombinatie op. Men kruist nu organismen met verschillende goede eigenschappen met elkaar zodat door recombinatie een beter organisme ontstaat.
Natuurlijke selectie: in de natuur blijven die organismen leven, die het best aangepast zijn aan hun omgeving.
Bij geslachtelijke voortplanting kunnen recombinanten ontstaan; bij ongeslachtelijke voortplanting gebeurt dit niet. Organismen die zich ongeslachtelijk voortplanten gaan bij verslechtering van omstandigheden, zich geslachtelijk voortplanten. Hierdoor is er kans op een recombinant, die beter bestand is tegen de slechte omstandigheden.
De eerste differentiatie in het embryo ontstaat doordat bij de klievingen de zygote in ongelijke cellen wordt verdeeld. Niet alle cellen bevatten dezelfde stoffen.

Tijdens de verdere embryonale ontwikkeling maken cellen signaalstoffen die naburige cellen aanzetten tot een bepaalde specialisatie. Dit verschijnsel heet in het algemeen inductie.
Inductie: cellen produceren signaalstoffen die naburige cellen aanzetten tot een bepaalde specialisatie.
Signaalstoffen zijn b.v. sommige hormonen en cytokinen (bij de afweer).
DNA en RNA zijn nucleïnezuren die opgebouwd zijn uit nucleotiden.
Eén nucleotide bestaat uit: een suiker, een fosfaatgroep en een nucleïnebase.
De verschillen tussen DNA en RNA staan in onderstaande tabel.
suiker stikstofbasen keten
DNA desoxyribose cytosine + guanine (C/G)
adenine + thymine (A/T) meestal 2 strengen
RNA ribose cytosine + guanine (C/G)
adenine + uracil (A/U) meestal 1 streng

Kenmerkend voor RNA is dus de base uracil en kenmerkend voor DNA is de base thymine.
mRNA brengt de genetische code voor de eiwitsynthese over van het DNA naar de ribosomen. In de ribosomen worden eiwitten gevormd door aminozuren aan elkaar te koppelen. Het DNA bevat een code die de volgorde van de aminozuren aangeeft.
Synthese van mRNA

De twee strengen van het DNA laten los. Eén streng (de template) doet dienst als matrijs. Losse RNA-nucleotiden nemen de open gevallen plaatsen in en vormen aldus een keten. De CG/AT in het DNA worden vervangen door GC/UA in het mRNA.
Virussen vallen buiten de ordening van organismen in vier rijken.
Ze hebben de volgende kenmerken:
• ze bestaan niet uit cellen (geen cytoplasma en kern) en hebben dus geen stofwisseling
• ze kunnen zich niet zonder gastheercel voortplanten
• een virus bestaat uit een nucleïnezuur (DNA of RNA) omgeven door een capside (eiwitmantel)
• sommige virussen hebben een envelop om de capside heen
Voortplanting van een virus:
1. Het virus brengt zijn nucleïnezuur bij een gastheercel naar binnen.
2. Het virus-DNA wordt ingebouwd in het DNA van de gastheercel.
3. De gastheercel wordt aangezet om nieuwe nucleïnezuren voor het virus te maken.
4. De gastheercel maakt daarna ook viruseiwitten, zodat er complete virussen ontstaan.
5. De gastheercel valt uit elkaar en de virussen komen vrij.
Er zijn twee verschillende groepen virussen:
1. Virussen zonder envelop: deze gebruiken vooral plantaardige cellen of bacteriën als gastheercel.

2. Virussen met een envelop: om het virus bevindt zich een omhulsel (envelop) van vet, eiwitten en resten van het celmembraan van de gastheer.
De herkenning van de gastheercel gebeurt aan de hand van de receptoreiwitten aan de buitenkant van het celmembraan van de gastheercel. Zo gaat het aids-virus alleen bij bepaalde witte bloedcellen naar binnen.
Retrovirussen: sommige virussen (b.v. het aids- en poliovirus) bevatten RNA i.p.v. DNA. Als het virus in de gastheercel komt, wordt het RNA door een enzym uit het virus omgezet in DNA, dat ingebouwd kan worden in het DNA van de gastheercel.
Als een gen geactiveerd wordt, wordt er mRNA gemaakt.
Het DNA bevat tripletten: drie opeenvolgende stikstofbasen (C - G - A - T).
Deze tripletten worden omgezet in mRNA ze worden dan codons genoemd.
Eén codon komt overeen met één bepaald aminozuur.
Er zijn 20 aminozuren en 64 verschillende codons.
Eén (start)codon geeft het begin van de aminozuurketen aan en drie (stop)codons geven het einde aan.
Mutatie: een 'spontane' verandering van het erfelijke materiaal die niet hersteld wordt door enzymen.
De frequentie is zeer gering (b.v. 1 : 100.000) en neemt toe bij:
• straling (röntgen, uv-, radioactieve straling)
• bepaalde chemische stoffen.
Factoren die mutaties bevorderen noemt men mutageen.

Plaats: mutaties komen in alle cellen voor. Als ze optreden in geslachtsorganen, kunnen de veranderingen terecht komen bij de nakomelingen (ze zijn dan erfelijk).
Door mutaties wordt een zuivere lijn onzuiver.
Kanker (ongeregelde celdelingen) wordt waarschijnlijk veroorzaakt doordat een aantal mutaties hebben plaatsgevonden in regelgenen. In oudere cellen is er dus een grotere kans.
Men neemt aan dat mutagene stoffen ook carcinogeen (kankerverwekkend) zijn.
Regelgenen (proto-oncogenen) maken de enzymen die nodig zijn voor de celdeling.
Regelgenen kunnen door mutaties en virussen veranderen in oncogenen, die niet de juiste enzymen maken.
Goedaardig gezwel (tumor): er verandert niets in de bouw van het weefsel.
Kwaadaardig gezwel: de bouw van het weefsel wordt verstoord en er kan metastase (uitzaaiing) optreden; cellen uit de tumor laten los en veroorzaken op andere plaatsen tumoren.
Prenataal onderzoek:
1. echoscopie: bepalen van de grootte en ligging
2. vlokkentest: een heel klein gedeelte van de placenta (trofoblast) wordt weggehaald (via de vagina) en de cellen worden onderzocht op afwijkingen van de chromosomen en stofwisseling
3. vruchtwaterpunctie: via de buikwand wordt wat vruchtwater, met cellen, weggehaald; deze cellen worden gebruikt voor onderzoek naar afwijkingen van de chromosomen en stofwisseling

4. vroege biopsie: er wordt één cel uit een embryo in een vier- of achtcellig stadium gehaald; dit is alleen mogelijk bij IVF
De vlokkentest kan veel eerder gedaan worden dan de vruchtwaterpunctie.
Downsyndroom
Bij de meiose gaat één paar chromosomen in zijn geheel naar één pool. Hierdoor ontstaat een gameet waarin zich 24 chromosomen bevinden. De zygote bezit 47 chromosomen en de persoon die hieruit ontstaat, heeft in iedere cel ook 47 chromosomen. Eén chromosoom komt 3x voor. Dit is te zien op een karyogram.
Biotechnologie: het gebruik van organismen om producten te vervaardigen voor de mens (b.v. yoghurt en wijn).
Genetische modificatie: een organisme krijgt kunstmatig DNA van een ander organisme ingebracht.
b.v. recombinant-DNA-techniek en celfusie.
Transgeen: het organismen bezit DNA van een ander organisme. Het organisme is genetisch gemodificeerd.
Recombinant-DNA-techniek: een stukje DNA van het ene organisme wordt overgebracht naar een ander organisme. Een bacterie heeft geen kern maar wel plasmiden. Een plasmide is een ringvormig stukje DNA. Deze plasmiden kunnen overgebracht worden.
Sommige enzymen knippen de twee DNA-ketens op een bepaalde manier door.
Andere enzymen plakken de stukjes DNA aan elkaar.

Celfusie: twee typen cellen versmelten tot één hybride cel.
De hybride cel bezit alle chromosomen (erfelijke eigenschappen) van beide cellen.
b.v. een tumorcel kan onbeperkt delen en een plasmacel produceert antistoffen.
Cellen in een weefselkweek (buiten het lichaam) kunnen slechts een beperkt aantal keren delen, daarna gaan ze dood. Een tumorcel kan onbeperkt delen.
Celfusie wordt ook toegepast bij planten (tomaat en aardappel). Hierdoor ontstaan nieuwe soorten.
DNA-fingerprinting: iedere persoon heeft zijn eigen, uniek DNA-patroon.