par. 1: verschillen tussen mensen

Alle eigenschappen die ons tot mens maken, liggen op onze chromosomen. DNA is bij iedereen verschillend. Variatie in DNA leidt tot variatie tussen mensen. Niet alleen DNA, maar ook omgeving bepalen je fenotype (= al je eigenschappen, dus uiterlijk en functioneren lichaam). Hangt af van genotype (=DNA) en omstandigheden/omgeving. Het genoom is al je DNA (ook in mitochondriën).

Cholesterolgehalte afhankelijk van levensstijl, maar ook van je levercellen. Cholesterol gaat weg uit bloed door lichaamscellen die het opnemen m.b.v. receptoren -> aanmaak onder controle van genotype.

Hulpeiwitten op DNA spelen rol bij aan/uitzetten van genen. Genoom verschilt per mens, maar er zijn ook veel overeenkomsten (we hebben dezelfde organen etc.).

Mutaties zijn verandering in het DNA, bijv. door stoffen, straling of lichaamswarmte. Varianten van een gen = allelen (enkv. Allel). Sommige allelen zijn schadelijk en leiden tot problemen, bijv. bij FH. Chromosoom 19 heeft grootste dichtheid aan genen. Van elk gen kunnen meerdere varianten (=allelen) voorkomen. Combinatie waarin de allelen op 1 chromosoom voorkomen = het haplotype. Je hebt 2 verschillende haplotypen per chromosoompaar, want chromosomen komen in paren voor.

par. 2: chromosomen bekijken

Kernen normale menselijke cellen = 46 chromosomen. Uiterlijk in Binas 70B. Identificatie chromosomen tegenwoordig eenvoudiger m.b.v. kleurstoffen. Foto’s chrom. Vaak tijdens metafase (mitose), want dan zijn ze verdubbeld. Karyotype in karyogram: afbeelding v/d chromosomen, genummerd. Langste paar vooraan. Paren 1-22 zijn autosomen (voor man en vrouw gelijk). 23^e paar niet: voor mannen 46,XY (met SRY gen), voor vrouwen 46,XX.

Monosomie: een chromosoom te weinig, bijv. bij syndroom van Turner: 1 X chrom. Zorgt voor kleine hartafwijking.

Trisomie: chromosoom te veel, bijv. bij syndroom van down (47,XX,+21 of 47,XY,+21).

Bij translocatie wisselen 2 chromosomen stukken hebben uitgewisseld/een stuk verplaatst naar andere chromosoom. Translocatie is wsl geen toeval, want alleen bepaalde combinaties treden op (bv 11-21). Translocatie geen effect op drager, want die heeft erfelijk materiaal in tweevoud, kan wel afwijkende geslachtscellen maken -> kinderen kans op mono-/trisomie.

Nieuwe combinaties allelen ontstaan door:

• Geslachtelijke voortplanting. Willekeurige van twee homologe chromosomen komt in geslachtscel. Herverdelen erfelijk materiaal is recombinatie
• Crossing over: tijdens meiose wisselen homologe chromosomen stukken DNA uit. Hierdoor mogelijk andere combinatie.

In een karyogram is niet te zien hoeveel genen/eigenschappen er op een chromosoom liggen.

par. 3: stamboomonderzoek

Stambomen maak je om overzicht te krijgen in overerving van een eigenschap. Vrouw = rondje, man = vierkantje. De in kaart te brengen eigenschap = gekleurd.

Homozygoot = twee dezelfde allelen (aa of AA)

Heterozygoot = twee verschillende allelen (aA/Aa)

Bij monohybride kruisingen let je op eigenschappen van maar één gen.

Bij mannen komen aandoeningen die veroorzaakt worden door een recessief allel in X-chromosoom vaker voor, omdat zij maar 1 X-chrom. Hebben. Vrouwen zijn vaak alleen draagsters.

Intermediar fenotype: er is geen sprake van dominant/recessief allel, invloed van beide allelen is even groot. Meer dan twee allelen van één gen is multipele allelen. Bijv. bloedgroep = I^A, I^B, i. wanneer je IAIB hebt als genotype, heb je twee dominante allelen, kommen beide volledig tot uitdrukking in fenotype = co-dominant. Hier is dat dan bloedgroep AB.

Sommige allelen dodelijk voor homozygoot individu = letale allelen.

par. 4: meer genen in het spel

Oudergeneratie bij kruisingen: P-generatie

Eerste nakomelingen: F₁ – generatie, F₁ x F₁ levert de F₂, enz.

Je kunt naar meerdere eigenschappen kijken bij kruisingen = dihybride kruising. Als de twee eigenschappen op verschillende typen chromosomen liggen, erven ze onafhankelijk van elkaar over.

Liggen genen wel op hetzelfde chromosoom = gekoppeld overerven. Tijdens meiose kunnen hierin nieuwe combinaties ontstaan.

Polygeen = onder invloed van verschillende genen. Fenotypen ontstaan onder invloed van genotype + invloeden uit milieu. Vergroot variatie tussen mensen.

Genetische modificatie is het inbrengen van gewenste allelen in organismen. Je moet gewenste allel eerst isoleren, daarna inbrengen bij organisme/cel, afwachten of werkzaam is. Wanneer je genen van het ene soort in een ander over zet krijg je transgene organismen met nieuwe eigenschappen. Hierdoor verandert het genoom.  Bij gentherapie wordt gebruik gemaakt van genetische modificatie: het juiste DNA wordt ingebouwd bij (verzwakt) virus (dient als transportmiddel = vector), virus infecteert cellen v/d patiënt en brengt gewenste allel in. Werkzame allel moet zorgen dat de defecte cellen weer normaal functioneren.

par. 5: erfelijkheid buiten spel?

Nature (genotype) – nurture (omgeving + opvoeding) kwestie: wat zijn hun bijdragen aan je eigenschappen (fenotype)? Eeuwige discussie. Voor sommige dingen duidelijk, bijv. bloedgroep wordt 100% bepaald door je DNA. Maar voor sommige eigenschappen, bijv. mate van verslaving aan dingen, creativiteit, verlegenheid, rekenvaardigheid is niet altijd duidelijk wat (het meeste) invloed heeft.

Door tweelingonderzoek antwoorden zoeken op nature/nurture discussie. Tweelingen groeien op onder gelijke omstandigheden (nurture), bij 1-eeige tweeling = genotype hetzelfde, bij 2-eeige tweeling verschillend. Hierdoor bijdrage nurture aan fenotype afleiden. Sommige 1-eeige tweelingen uit elkaar gehaald (nurture dus verschillend) -> die vergelijken. Deze proeven worden soms gezien als ethisch onverantwoord. In ethiek zoeken mensen naar criteria voor juist handelen. Kun je mensen verantwoordelijk houden voor bepaalde handelingen als het zou liggen aan hun allelen?

In elke cel slechts een beperkt aantal allelen actief, omdat cellen selectief sommige allelen in DNA uitschakelen. Onderzoek naar hoe dat aan-/uitschakelen werkt etc. is epigenetica (studie naar aansturing van genen).

Hoofdstuk 8: evolutie

Par. 1: oorsprong van het leven

Westerse denkbeeld ontstaan v/h leven tot 19^e eeuw gebaseerd op bijbelverhaal. Franse Cuvier bestudeerde fossielen uit bergen rondom parijs. Fossielen = restanten van vroeger levende organismen. Om de fossielen te laten passen bij het scheppingsverhaal, werd door Cuvier de catastrofetheorie bedacht: door een catastrofe (bijv. zondvloed uit bijbel) verdwenen alle levende organismen uit getroffen gebied en door nieuwe schepping ontstonden nieuwe soorten. Hierdoor andere fossielen in de afzetlagen.

+- 18^e eeuw gingen opvattingen veranderen. Ontwikkeling van soorten (=evolueren) werd onderzocht. Lamarck kwam in 1809 met 1^e evolutietheorie: constateerde dat fossielen afkomstig uit verschillende afzettingslagen overeenkomsten in lichaamsbouw vertoonden. Hij stelde dat organismen tijdens hun leven nieuwe eigenschappen verwerven als aanpassing aan omgeving. Die eigenschappen worden doorgegeven aan nakomelingen.

Darwin andere evolutietheorie: evolutie door selectie. Binnen een populatie variatie in eigenschappen. Hij stelde dat leefomgeving een selectiedruk uitoefent op de overlevingskansen van alle individuen. Individuen die het langst overleven, krijgen de meeste nakomelingen. Na enkele generaties bestaat grootste deel v/d populatie uit individuen die aangepast zijn aan leefomgeving.

Lamarck = aanpassingen van individuen sturen evolutie. Darwin = selectiedruk uit omgeving is drijvende kracht evolutie.

Aanvullingen op Darwins theorie, bv. Recombinaties allelen en mutaties DNA zijn verwerkt tot neodarwinistische theorie.

Par. 2: ontstaan van nieuwe soorten

Natuurlijke selectie bestaat uit:

• Struggle for life = in omgeving voeren organismen een dagelijkse strijd met soortgenoten om te overleven.
• Survival of the fittest = oor selectiedruk is overlevingskans voor individuen met gunstige eigenschappen hebben betere kansen in de strijd om het bestaan. ‘’fittest’’ zijn de individuen die meeste nakomelingen krijgen.

Variatie in eigenschappen tussen soortgenoten belangrijke voorwaarde natuurlijke selectie. Na Darwin werd ontdekt dat mutaties in DNA en recombinatie allelen door geslachtelijke voortplanting voor die grote variatie zorgt.

Na aantal generaties + constante selectiedruk bestaat vrijwel gehele populatie uit individuen met gunstige eigenschappen. Het gaat dus om selectieprocessen op de populatiesamenstelling.

Bioloog Mayr kwam met verklaring vvoor ontstaan nieuwe soorten. Soorten vaak gescheiden door barrière, bv zee/berg. Hierdoor voortplanting tussen gescheiden populaties niet mogelijk. Hierdoor ontstaat allopatrische soortvorming. In beide populaties mutaties waardoor eigenschappen veranderen. Hierdoor evolueren ze op een andere manier. Bij opheffen v/d barrière herkennen ze elkaar niet meer als soorten/kunnen geen vruchtbare nakomelingen meer krijgen. Uit 1 soort -> 2 soorten.

Ontstaan nieuwe soorten zonder barrières = sympatrische soortvorming. Vaak door seksuele selectie: vrouwtjes kiezen selectief mannetjes (of andersom) voor bepaalde eigenschap.

Kunstmatige selectie = fokken van dieren/kweken van planten met gewenste eigenschappen.

Par. 3: een populatie vol allelen

Eigenschappen veranderen door mutaties DNA. Hierdoor ontstaan nieuwe allelen. Frequentie waarin allelen voorkomen in populatie = allelfrequentie. Die verandert wanneer nieuwe allelen een succes zijn. Populatiegenetica = het bestuderen v/d genetische samenstelling van populaties. Door immigranten grotere genetische diversiteit -> genenpool (=erfelijke samenstelling populatie) verrijkt met nieuwe allelen. Migratie van allelen naar andere populatie = gene flow.

Genotypefrequenties zijn te berekenen door aantallen fenotypen te delen door het totaal aantal personen. Regel om frequentieverdeling van genotypen/allelen te verdelen = Hardy-weinberg-evenwicht. Theoretisch zouden allel-/genotypefreq. Gelijk blijven als er geen natuurlijke selectie optreedt. Ook geen mutaties/migratie/seksuele selectie. Dan voldoen ze aan de regel:

p + q = 1

p = allelfrequentie dominante allel

q = allelfrequentie recessieve allel.

Voor genotypefrequentie geldt: p² + 2pq + q² = 1

P2 = genotypefreq. Dominante homozygoot.

2pq= genotypefreq. Dominante heterozygoot

q2= genotypefreq. Recessieve homozygoot.

Rekenen met HW-evenwicht:

• A (dominant) = p: stel frequentie – a (recessief) = q: stel frequentie
• Bepaal % homozygoot recessief = q²
• Bereken q
• Bereken p = 1 – q
• Genotypefrequentie: p² , q² , 2pq.
• Allelfrequentie: p , q.

In werkelijkheid bijna nooit HW-evenwicht. Door mutaties, natuurlijke selectie etc.

Haplotype met ongunstige allelen verdwijnt door selectie. Door heterozygote individuen kunnen ongunstige recessieve allelen heel lang in populatie aanwezig blijven, omdat de natuurlijke selectie alleen invloed op homozygoot recessief.

Soms heterozygoot recessief in voordeel, denk aan sikkelcelanemie, geenlast van slechte zuurstofvoorziening, wel minder gevoelig voor malaria.

Diversiteit en frequentie van haplotypen geven informatie over geschiedenis bevolkingsgroepen. Din kleine geïsoleerde gemeenschappen verspreiden allelen met afwijkingen zich snel. Genetische variatie in gesloten gemeenschap is kleiner dan in een open gemeenschap -> founder effect.

Par. 4: het verhaal van de fossielen

Paleontologie = onderzoek naar fossielen. Reconstrueren uiterlijk uitgestorven organismen. Verschillende manieren ontstaan fossielen:

• Versteend. Lagen die resten v/h lichaam bedekken krimpen en verstenen door hoge druk. De resten gevangen in steen.
• Door droogte blijven skeletten bewaard (bv. In woestijn)
• Kou werkt conserverend. Hierdoor lang overschotten bewaard gebleven
• Zure/zuurstofarme omgeving (bv. In veenmoerassen) remmen afbraak v/h dode lichaam. Hierdoor overblijfselen bewaard gebleven.
• Barnsteen: veel fossiele insecten. Gestolde hars van naaldbomen, hierin insecten vast komen te zitten en ingesloten.

Gidsfossielen: kenmerkende fossielen in een bepaalde laag. Voorwaarden gidsfossielen:

• Moeten wereldwijd voorkomen
• Relatief korte periode geleefd (anders komt het in teveel lagen voor)

Hiermee kun je snel relatieve leeftijd (leeftijd t.o.v. iets anders) van aardlagen bepalen. Absolute leeftijd (jaartal) kun je bepalen d.m.v. isotoop C-14 & de halveringstijd – verhouding C-14:C-12. Hoe meer C-12, hoe ouder (want meer is vervallen dus langere tijd). Koolstof-14 datering kan max. tot 60 000 jr. oude fossielen. Uranium-238 kan langer (10 miljoen jaar).

Homologe structuren in organismen hebben zelfdde bouwplan, maar andere funcite. Door verandering leefomgeving is die functie verandert. Bijv. ledematen bij gewervelde dieren (zwemmen/lopen/vliegen). Bevinden zich op overeenkomstige plaatsen v/h lichaam, opgebouwd uit ongeveer dezelfde elementen maar wel aangepast aan functie. Homologe structuren verwijzen naar gemeenschappelijke afkomst. Niet altijd duidelijk te herkennen.

Missing links = fossiele overgangsvormen helpen verwantschap te verduidelijken.

Rudimentaire organen zijn organen die hun functie hebben verloren omdat die bv. Niet meer nodig was door veranderde omgeving. Sommigen zien dat als degeneratie (achteruitgang).

Analoge structuren hebben dezelfde functie, maar een verschillend bouwplan. Hierdoor sprake van verschillende afkomst (bv. Vlindervleugel/vogelvleugel).

Verscheidenheid aan levensvormen op aarde = biodiversiteit. Alle soorten organismen hebben invloed op elkaar.

Par. 5: evolutie onderzocht

Aristoteles dacht dat het leven spontaan & steeds opnieuw ontstond: generatio spontanea. Dit is nooit wetenschappelijk onderbouwd.

Aarde wsl onstaan uit oeratmosfeer: CO, CO2, H, H2O, N.

Tusssen sterren in heelal bevinden zich andere stoffen die met elkaar reageren o.i.v. elektriciteit, hieruit ontstonden aminozuren: basis voor eiwitten. Bouwstenen v.h leven kunnen via meteorieten (weten we door Murchison meteoriet in 1969) of kometen op aarde zijn gekomen. Astrobiologen doen hier onderzoek naar.

Eerste cellen wsl ontstaan in oceanen. Oersoep v/h oceaan zouden vetmoleculen ontstaan zijn die bolletjes vormen -> die vormen stabiele omgeving organische stoffen (soort celmembraam) -> chemische reacties in blaasjes -> 1^e cellen. Bepaalde moleculen sturende rol in chemische processen, eerst RNA, daarna DNA. Deze theorie nog niet helemaal bevestigd.

Eerste organismen wsl  anaerobe heterotrofe bacteriën die leefden van organische stoffen in oceaan. Groei aantal bact. Leidde tot tekort organische stoffen. Hierdoor fotoautotrofe bact. ontstaan: produceerden hun eigen organische stoffen dmv fotosynthese. Hierdoor zuurstof in atmosfeer: maakt aerobe bacteriën mogelijk -> kunnen meer energie vrijmaken uit organische stoffen -> voordeel tov anaerobe soorten.

Endosymbiosetheorie: soorten ook ontstaan door symbiose. Verschillende prokaryoten gaan symbiose aan met andere prokaryoten door opname in cel. Sommige ontwikkelen zich dan tot chloroplasten -> leven verder als organel. Wordt ondersteund doordat chloroplasten eigen DNA hebben en omdat beide organellen vermeerderen door een proces dat lijkt op bacteriële celdeling.

Cel -> weefsel -> organen -> eenvoudig organisme. Dus van eencellig naar meercellig. Die specialiseren zich. Organen krijgen eigen functie. Het blijkt dat individuele amoeben gaan samenwerken wanneer voedseltekort. Celcontact blijft daarna.

Door grote verschillen tussen Afrikanen is af te leiden dat zij eerder voorkwamen dan europeanen en aziaten. Grotere variatie in DNA is door mutaties ontstaan na een langere tijd en daardoor maatstaf voor ouderdom populatie. Onderzoek naar haplotypen ondersteunt dat mens is ontstaan in Afrika. Oudste fossielen van mensachtigen ook daar gevonden. Genomen van mens en chimansee komen voor 97,3% overeen.

Taxonomie = indelen soorten: organisme -> soort -> geslacht -> familie -> orde -> klasse -> rijken. Elke groep = taxon. Ander wetenschappelijk systeem om soorten in te delen = dmv cladistiek en cladogram.

Co-evolutie is het evolueren waarbij je afhankelijk bent van andere soort/elkaar.