Moleculaire genetica
studiewijzer 4 atheneum
domein C1 (gedeeltelijk), C3 (gedeeltelijk en D5 (gedeeltelijk)
Overzicht leerstof
ChromosomenGebruik Binas of Biodata
- Bestaan uit DNA
- Bij alle organismen op dezelfde manier gebouwd.
- Alleen volgorde en aantal van de nucleotiden is anders.
- Volgorde nucleotiden = genetische code
- Genetische code --> erfelijke eigenschappen.
- Bepaalt welke eiwitten door de ribsomen gemaakt worden.
- Zitten in de kern (behalve bij bacteriën).
- Komen meestal in paren voor.
- Eén afkomstig van vader, één afkomstig van moeder.
- 2n per kern = diploïd.
- Bij mens 2n = 46
- Bij geslachtscellen n (halve aantal) per kern = haploïd.
Genetische vingerafdruk (DNA fingerprint)
- Basenvolgorde van (een deel van) het DNA wordt bepaald - DNA-sequencen.
- Nodig kleine hoeveelheid cellen
Bijvoorbeeld uit:
- druppel bloed;
- speeksel;
- haar;
- sperma.
- Isoleren van het DNA uit de cellen.
- Zuivering en vermeerdering van DNA via PCR methode (Polymerase Chain Reaction).
- DNA wordt in in kleine stukjes verdeeld .
- Met behulp van speciale enzymen.
- Restrictie-enzymen.
- De stukjes DNA worden gescheiden op grootte (gel electoforese).
- Bij fingerprint wordt specifiek DNA bekeken:
- het niet-coderend DNA (wordt ook wel junk-DNA genoemd).
- Korte stukjes DNA met 2 tot 10 nucleotiden (short tandem repeats).
- Stukjes bevatten zich herhalende code, bijvoorbeeld:
AATCAATCAAATCAAATCAAT- Plaats in het DNA en de lengte van de stukjes verschillen per individu.
GenenGen (genen)
- Stukje van het DNA dat de informatie bevat voor de vorming van een eiwit.
- Eiwitten zijn bouwstoffen van de cel.
- Een groot deel van de eiwitten werkt als enzym (reactieversnellers).
- Regelt via enzymen de processen in de cel.
- Allel (allelen)
- Bepaald gen kan verschillende vormen hebben.
- In cel twee chromosomen met genen voor dezelfde erfelijke eigenschappen.
- Homologe chromosomen.
- Eén afkomstig van moeder, één van vader.
- Genen op die chromosomen kunnen verschillende van samenstelling zijn.
- Er kunnen andere de nucleotiden in zitten.
- Een allel is dus een variant van een gen.
DNA en RNAGebruik Binas of Biodata
DNA = desoxyribonucleïnezuur (acid)
Overzicht animaties en afbeeldingen moleculaire genetica
De bouw van het DNA
Afbeelding DNA
- Dubbele streng nucleotiden in spiraal (dubbele helix).
- Nucleotide bestaat uit:
- desoxiribose (een mono-sacharide);
- een fosfaatgroep;
- één van de organische stikstofbasen:
- adenine (A)
- thymine (T)
- guanine (G)
- cytosine (C).
- De twee ketens van het DNA zijn met elkaar verbonden met waterstofbruggen tussen de basen.
- Adenine <--> Thymine
- Guanine <--> Cytosine
- Drie opeenvolgende basen vormen een triplet (codon).
- Triplet bepaalt welk aminozuur in een eiwit ingebouwd wordt.
- Volgorde van de tripletten bepaalt in welke volgorde de verschillende aminozuren aan elkaar gekoppeld worden en dus welke structuur het eiwit krijgt.
- Eén keten vormt de template streng, de andere keten de coderende streng.
RNA = ribonucleïnezuur
- Enkele streng nucleotiden.
- Nucleotide bestaat uit:
- ribose (een mono-sacharide);
- een fosfaatgroep
- één van de organische stikstofbasen:
- adenine (A)
- uracil (U) in plaats van thymine (T)
- guanine (G)
- cytosine (C).
- Typen RNA
- Messenger-RNA (mRNA)
- Is een kopie van een deel van het DNA (van een gen)
- Brengt de genetische code over naar het ribosoom.
- Bestaat alleen uit de exons.
- Transfer-RNA (tRNA)
- Zorgt voor transport van aminozuur naar het ribosoom.
- Bevat één triplet.
- Triplet (anticodon) bepaalt aan welk deel van het mRNA het gebonden wordt.
A <--> U
G <--> C- Ieder tRNA molecuul vervoert specifiek één bepaald aminozuur.
EiwitsyntheseGebruik Binas of Biodata
Overzicht animaties en afbeeldingen moleculaire genetica
Eiwitsynthese (vorming van eiwitten)
- Transcriptie
Afbeelding transcriptie
- Er wordt RNA gemaakt van een deel (gen) van één streng van het DNA.
- Het mRNA dat zo ontstaat verlaat de kern via de poriën in de kernmembraan en gaat naar een ribosoom in het cytoplasma. voor de translatie.
- Translatie
Afbeelding translatie
- mRNA wordt door het ribosoom afgelezen.
- tRNA voert aminozuren aan.
- Anticodon van tRNA koppelt aan een triplet (codon) van het mRNA.
- De aminozuren worden aan elkaar gekoppeld (peptidebindingen).
- Gevormde eiwitten worden afgegeven aan het ruw endoplasmatisch reticulum.
- Verdere bewerking eiwitten.
- Via (membraan) blaasjes worden de eiwitten vervoerd naar Golgi-systeem.
- De eiwitvorming start vanuit het startcodon.
- Er is één startcodon in het mRNA.
- Het triplet AUG).
- AUG codeert ook voor een aminozuur (methionine).
- De eiwitvorming eindigt als in het mRNA een stopcodon zit.
- Er zijn drie verschillende stopcodons (UAA, UAG en UGA).
- De stopcodons coderen niet voor aminozuren.
- G1-fase
- Toename hoeveelheid cytoplasma en bijmaken van celorganellen.
- Transcriptie en translatie.
- S-fase
- Maken van nieuw DNA (replicatie)
- Van ieder chromosoom wordt een kopie gemaakt. De twee strengen DNA (chromatiden) blijven met elkaar verbonden door het centromeer
- G2-fase
- Toename van cytoplasma.
- Transcriptie en translatie.
Mutaties
Mutatie - verandering in het DNA
- Komen spontaan voor.
- Bijvoorbeeld door fout bij de replicatie.
- Kunnen veroorzaakt worden:
- door straling.
Bijvoorbeeld:
- radioactieve straling;
- röntgenstraling.
- door bepaalde stoffen (mutagene stoffen).
Bijvoorbeeld:
- teer (sigaretten);
- asbest.
- Kleine mutatie (puntmutatie)
- Wordt ook SNP genoemd (Single Nucleotide Polymorphisms).
- Verandering van één nucleotide.
- Nucleotide is vervangen (substitutie).
- Nucleotide is verwijderd (deletie).
- Nucleotide is toegevoegd (suppletie).
- Puntmutaties in het junk-DNA hebben weinig gevolgen voor het fenotype.
- Puntmutaties in het coderend deel van het DNA kunnen wel grote gevolgen hebben.
- Gevolgen van deletie en suppletie zijn over het algemeen groter dan die van substitutie.
- Grote mutatie (chromosoommutatie)
- Veranderingen in grotere delen van het chromosoom.
- Chromosoom of deel vanchromosoom te veel (suppletie).
- Chromosoom of deel vanchromosoom te weinig (deletie).
- Deel van een chromosoom gaat vast zitten aan ander chromosoom (translocatie).
- Chromosoommutaties zijn meestal schadelijk.
CelspecialisatieCelspecialisatie en differentiatie
- Alle cellen in een organisme bevatten hetzelfde DNA.
- Niet gespecialiseerde cellen heten stamcellen.
- Uit stamcellen kunnen gespecialiseerde cellen ontstaan.
- Celspecialisatie ontstaat doordat:
- in een cel niet alle in een genen worden afgelezen.
- Er zijn bepaalde genen ingeschakeld en andere juist weer uitgeschakeld.
- Regeling activiteiten in de cel
- Meestal door stoffen die van buiten de cel komen.
- Hormonen (via het bloed).
- Signaalstoffen van cellen uit de directe omgeving (inductie).
- Celspecialisatie wordt gestuurd door regelgenen.
- Regelgenen hebben ook invloed op elkaar.
- De celspecialisatie begint tijdens de groei van een embryo.
Veroudering
- Er lijkt verband te bestaan met schade aan het DNA.
- Bij de celstofwisseling ontstaan stoffen (zuurstofradicalen) die daarbij betrokken zijn.
- Beschadigd DNA wordt voortdurend gerepareerd, maar de reparatie is niet feilloos.
- Hoe ouder men wordt, hoe meer schade aan het DNA.
Toepassing kennisVerbeteren eigenschappen
- Ongeslachtelijke voortplanting
Wordt toegepast als:
- nakomelingen precies dezelfde erfelijke eigenschappen moeten hebben.
- Er ontstaat een kloon
- klonen kunnen ontstaan door:
- knollen en bollen uit te planten.
- planten te stekken.
- een weefselkweek te maken.
- bij dieren o.a. door delende eicel te splitsen.
- Kloneren
- Reproductief klonen
- Klonen met de bedoeling om genetisch identieke nakomelingen te krijgen.
- Verboden bij mensen.
- Therapeutisch klonen
- Klonen met de bedoeling om lichaamscellen te produceren die kunnen helpen bij de genezing van ziekten.
- In experimenteel stadium.
- Embryo laat men ontwikkelen tot een bepaald stadium.
- Stamcellen worden verwijderd.
- Stamcellen worden verder gekweekt tot een bepaald celtype.
- Gevormde cellen worden in het lichaam van de patiënt gebracht.
- Het kloneren van menselijke embryo's ter verkrijging van stamcellen of voor onderzoek is in Nederland voorlopig verboden
- Klassieke veredelingstechnieken
- Geslachtelijke voortplanting
Wordt toegepast om:- nieuwe combinaties van erfelijke eigenschappen te krijgen = recombinatie.
- Twee geslachtscellen met verschillend DNA versmelten met elkaar --> nieuwe combinatie.
- Veredelen
- Kruisen van planten/dieren met bepaalde eigenschappen.
- Uitzoeken individuen met gewenste eigenschap = selecteren.
- Deze individuen onderling kruisen = fokken (bij dieren) en kweken (bij planten).
- Nadeel:
- verlies aan genetische variatie.
- Kwetsbaarder voor ziektes.
- Verlies van bepaalde genencombinaties.
- Kunnen alleen met veel moeite opnieuw verkregen worden.
Oplossing:
- inrichten van zogenaamde genenbanken (opslagplaats van zaden).
- Moderne veredelingstechnieken
- Genetische modificatie (genetische manipulatie)
wijziging van DNA door:
- Mutatie op te wekken door bijv straling of mutagene stoffen.
- Celfusie:
twee cellen van verschillende soorten dieren laat men versmelten tot één cel (de hybridecel).
Zo kunnen nieuwe soorten organismen ontstaan.
- Voorbeeld: de scheit.
Dit dier is een combinatie van een schaap en een geit .- Recombinant-DNA-techniek: "vreemde" genen in te bouwen in (ei)cel.
- Een stukje DNA van een cel (donorcel) wordt overgebracht in een andere cel (gastheer cel) van een ander soort organisme. Eigenschappen van verschillende soorten organismen worden dus gecombineerd.
--> Transgene organismen- Voordelen
- Jarenlang kruisen is niet meer nodig (tijdwinst).
- Er worden nieuwe soorten gevormd met voor ons gunstige eigenschappen.
- Dieren worden meer geschikt om organen voor transplantatie te leveren.
- Nadelen
- Minder genetische variatie --> kwetsbaarder als bepaalde ziekte uitbreekt.
- Verspreiding van de eigenschap onder in het wild voorkomende soorten (door toevallige kruising).
- Gevaar dat meer bestrijdingsmiddelen gebruikt gaan worden omdat de gekweekte plant daar resistent tegen gemaakt is.
- Onder andere toegepast bij:
- bacteriën
voor o.a.
- wasmiddelen
- medicijnen en hormonen (o.a. insuline)
- zuivering van afvalwater
- productie van voedsel
OnderzoekStamcelonderzoek
- Stamcel is een cel die nog ongedifferentieerd is.
- Heeft delingsvermogen.
- Kan nog uitgroeien tot allerlei typen cellen.
- Stamcellen kunnen worden gekweekt.
- Afkomstig van:
- patiënt zelf.
- van donor.
- Worden als stamcel in het lichaam (terug)gebracht.
Voorbeelden van mogelijke toepassingen:
- stamcellen uit het oog voor herstel van het hoornvlies.
- stamcellen uit beenmerg om door chemotherapie beschadigde cellen te vervangen.
- Onderzoek kan met:
- embryonale stamcellen (afkomstig van materiaal dat overblijft na IVF).
- volwassen stamcellen.
Bijvoorbeeld:
- beenmergcellen.
- cellen uit navelstreng bloed.
- Behandeling (stamceltransplantaties) mag alleen met volwassen stamcellen.