Moleculaire genetica studiewijzer 4.5 (4 atheneum) domein C1 (gedeeltelijk), C3 (gedeeltelijk en D5 (gedeeltelijk) Overzicht leerstof Chromosomen chromosomen Uit kunnen leggen wat DNA is, wat een chromosoom is en hoe de erfelijke informatie hierin is opgeslagen. Chromosomen bestaan uit DNA Voor bouw DNA: gebruik Binas of Biodata bij alle organismen op dezelfde manier gebouwd alleen volgorde van de nucleotiden is anders volgorde nucleotiden = genetische code genetische code --> erfelijke eigenschappen zitten in de kern (behalve bij bacteriën) komen meestal in paren voor één afkomstig van vader, één afkomstig van moeder 2n per kern = diploïd bij mens 2n = 46 bij geslachtscellen n per kern = haploïd Mutatie - verandering in het DNA komen spontaan voor bijvoorbeeld door fout bij kopiëren van het DNA kunnen veroorzaakt worden door straling bijvoorbeeld radioactieve straling, röntgenstraling en door bepaalde stoffen (mutagene stoffen) bijvoorbeeld teer (sigaretten), asbest kleine mutatie (puntmutatie) verandering van één nucleotide nucleotide wordt vervangen (substitutie) nucleotide is verwijderd (deletie) nucleotide is toegevoegd (suppletie) puntmutatie is het junk-DNA hebben weinig gevolgen voor het fenotype puntmutatie 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 veranderingen in grotere delen van het chromosoom (deel van) chromosoom teveel - suppletie (deel van) chromosoom te weinig - deletie deel van een chromosoom gaat vast zitten aan ander chromosoom - translocatie chromosoommutaties zijn meestal schadelijk. Genen gen (genen) stukje van het DNA dat de informatie bevat voor de vorming van een eiwit (enzym) allel (allelen) de overeenkomstige genen in de homologe chromosomen regelt via enzymen de processen in de cel: er wordt kopie gemaakt van het gen = transcriptie kopie is RNA RNA gaat door de kernmembraan naar ribosoom in cytoplasma ribosoom leest RNA af = translatie aminozuren worden in bepaalde volgorde aan elkaar gekoppeld --> eiwit eiwitten zijn bouwstoffen van de cel en een deel werkt als enzym gen bestaat uit introns en exons intron: wordt niet gebruikt om te coderen voor het eiwit: worden uit met mRNA verwijderd exon: deel van het gen dat wel codeert voor het mRNA genetische vingerafdruk (DNA fingerprint) : techniek om DNA-profiel te bepalen 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) knippen van DNA in kleine stukjes door knipenzymen (restrictie enzymen) scheiden van de stukjes DNA op grootte (gel electoforese) specifiek DNA wordt 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 Celspecialisatie   Celspecialisatie en differentiatie Alle cellen in een organisme bevatten hetzelfde DNA. Niet gespecialiseerde cellen heten stamcellen. Uit stamcellen kunnen gespecialiseerde cellen ontstaan. In verschillende typen cellen zijn andere genen actief. Celspecialisatie ontstaat doordat: in een cel niet alle in een genen worden afgelezen Er zijn bepaalde genen ingeschakeld en andere juist weer uitgeschakeld. Celspecialisatie wordt gestuurd door regelgenen. Regelgenen hebben ook invloed op elkaar. De celspecialisatie begint tijdens de groei van een embryo. DNA en RNA Bouw DNA en RNA                               gebruik Binas of Biodata Overzicht animaties en afbeeldingen moleculaire genetica DNA = desoxyribonucleïnezuur (acid) 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 afbeelding RNA vergelijking RNA-DNA 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) Drie typen RNA messenger-RNA (mRNA) is een kopie van een deel van het DNA (van een actief gen) brengt de genetische code over naar het ribosoom 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 ribosomaal-RNA Eiwitsynthese Eiwitsynthese Overzicht animaties en afbeeldingen moleculaire genetica Eiwitsynthese transcriptie afbeelding transcriptie er wordt kopie gemaakt van een deel (gen) van één streng van het DNA kopie is mRNA RNA gaat via de poriën in het kernmembraan naar het cytoplasma --> naar een ribosoom translatie - het maken van eiwit 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 de eiwitvorming start vanuit het triplet AUG (startcodon) in het mRNA en eindigt als in het mRNA een stopcodon zit. Er zijn drie verschillende stopcodons (UAA, UAG en UGA) Toepassingen kennis Ongeslachtelijke voortplanting 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 Veredelings-technieken klassiek 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) nadelen 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) Veredelings-technieken modern moderne methode om organismen met nieuwe eigenschappen te krijgen genetische modificatie (genetische manipulatie) wijziging van DNA door mutatie op te wekken door bijv straling of mutagene stoffen "vreemde" genen in te bouwen in (ei)cel = recombinant-DNA-techniek --> Transgene organismen ook toegepast bij: bacteriën voor o.a. wasmiddelen medicijnen en hormonen zuivering van afvalwater productie van voedsel voordelen: jarenlang kruisen niet meer nodig (tijdwinst) 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 Ontwikkelingen stamcelonderzoek stamcel is een cel die nog ongedifferentieerd is: heeft delingsvermogen kan nog uitgroeien tot allerlei typen cellen stamcellen kunnen worden gekweekt worden afkomstig van patiënt zelf of 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 gebeurt 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 kloneren - klonen 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 stamcel 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 veroudering Er lijkt verband te bestaan met schade aan het DNA. Bij de celstofwisseling ontstaan stoffen (zuurstof-radicalen) 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.   © scholte/marree 2007