Fysiologie voortplanting
Inhoudsopgave
Concept 13.1 Nakomelingen verwerven genen van ouders door chromosomen te erven....................2
Concept 13.2 Bevruchting en meiose wisselen elkaar af in seksuele levenscycli...................................3
Concept 13.3 Meiose vermindert het aantal chromosomenreeksen van diploïde naar haploïde.........5
Concept 45.1 Zowel seksuele als aseksuele voortplanting komt voor in het dieren rijk........................7
Concept 45.2 Bevruchting hangt af van mechanismen die sperma en eieren van dezelfde soort
samenbrengen.......................................................................................................................................8
Concept 45.3 Voortplantingsorganen produceren en transporteren gameten.....................................9
Concept 45.4 Het samenspel van tropen- en geslachtshormonen regelt de voortplanting bij
zoogdieren...........................................................................................................................................11
Concept 45.5 Bij placentale zoogdieren ontwikkelt een embryo zich volledig in de baarmoeder van
de moeder...........................................................................................................................................15
Concept 46.1 Bevruchting en splitsing zetten de embryonale ontwikkeling in gang...........................19
Concept 46.2 Morfogenese bij dieren omvat specifieke veranderingen in celvorm, -positie en -
overleving............................................................................................................................................22
Concept 46.3 Cytoplasmatische determinanten en inductieve signalen regelen het lot van de cel....27
,Fysiologie voortplanting
Concept 13.1 Nakomelingen verwerven genen van ouders door chromosomen
te erven
Overerving van genen
Genen: gecodeerde informatie in de vorm van erfelijke eenheden. De genen zijn onze genetische
band met onze ouders en zorgen voor familiegelijkenissen. Onze genen programmeren specifieke
eigenschappen die zich ontwikkelen van bevruchte eitjes tot volwassenen.
De taal van genetische informatie is geschreven in DNA: het polymeer van vier verschillende
nucleotiden. Geërfde informatie wordt doorgegeven in de vorm van de specifieke sequentie van
DNA-nucleotiden van elk gen, de meeste genen programmeren cellen om specifieke enzymen en
andere eiwitten te synthetiseren, waarvan de cumulatieve werking de geërfde eigenschappen van
een organisme produceert.
De overdracht van erfelijke eigenschappen heeft zijn moleculaire basis in de replicatie van DNA, die
kopieën van genen produceert die van ouders op nakomelingen kunnen worden overgedragen. Bij
dieren en planten zijn voortplantingscellen, gameten, degene die genen overdragen naar generaties.
Tijdens de bevruchting verenigen mannelijke en vrouwelijke geslachtscellen (sperma en eicellen)
zich, waardoor de genen van beide ouders worden doorgegeven aan het nageslacht.
Het DNA van een eukaryote cel is verpakt in chromosomen in de kern. Elke soort heeft een
karakteristiek aantal chromosomen. De mens heeft 46 chromosomen in zijn somatische cellen - alle
lichaamscellen behalve de geslachtscellen en hun voorlopers. Elk chromosoom bestaat uit een
enkele lange DNA-molecule, uitvoerig opgerold in combinatie met verschillende eiwitten. Een
chromosoom bevat enkele honderden tot enkele duizenden genen, waarbij elk gen een precieze
reeks nucleotiden langs de DNA-molecule is. Locus van het gen -> de specifieke locatie van een gen
langs de lengte van een chromosoom. Onze genetische aanleg (ons genoom) bestaat uit de genen en
ander DNA waaruit de chromosomen bestaan die we van onze ouders hebben geërfd.
Vergelijking van ongeslachtelijke en seksuele voortplanting
Alleen ongeslachtelijke voortplanting soort voor nakomelingen met exacte genetische kopieën van
zichzelf. Bij ongeslachtelijke voortplanting is een enkel individu de enige ouder en geeft het kopieën
van al zijn genen door aan zijn nakomelingen zonder de fusie van gameten. Eencellige eukaryotische
organismen kunnen zich zo ongeslachtelijk voortplanten door mitotische celdeling, waarbij DNA
wordt gekopieerd en gelijkelijk aan twee dochtercellen wordt toegewezen. De genomen van de
nakomelingen zijn vrijwel exacte kopieën van het genoom van de ouders. Sommige meercellige
organismen kunnen zich ook ongeslachtelijk voortplanten. Omdat de cellen van het nageslacht via
mitose in de ouder ontstaan, is het nageslacht meestal genetisch identiek aan de ouder. Genetische
verschillen ontstaan soms in ongeslachtelijk voortplantende organismen als gevolg van
veranderingen in het DNA, mutaties genaamd.
Bij seksuele voortplanting leiden twee ouders tot nakomelingen met unieke combinaties van genen
die van de twee ouders zijn geërfd. De nakomelingen verschillen genetisch van hun broers en zussen
en van beide ouders: Het zijn variaties op een gemeenschappelijk thema van familiegelijkenis, geen
exacte replica's. Welke mechanismen genereren deze genetische variatie? De sleutel is het gedrag
van chromosomen tijdens de seksuele levenscyclus.
,Fysiologie voortplanting
Concept 13.2 Bevruchting en meiose wisselen elkaar af in seksuele levenscycli
Levenscyclus: de opeenvolging van stadia in de voortplantingsgeschiedenis van een organisme, van
conceptie tot productie van het eigen nageslacht.
Sets chromosomen in menselijke cellen
Bij de mens heeft elke somatische cel 46 chromosomen. Voordat de mitose begint, worden de
chromosomen gedupliceerd (92). Tijdens de mitose worden de chromosomen ze gecondenseerd. Op
dat moment kunnen ze van elkaar worden onderscheiden door hun grootte, de positie van hun
centromeren en het patroon van gekleurde banden die door bepaalde chromatine-bindende vlekken
worden geproduceerd.
Onderzoek van een microfoto van de 46 menselijke chromosomen van een enkele cel in mitose laat
zien dat er twee chromosomen zijn van elk van de 23 typen. Karyotype: chromosomen worden in
paren gerangschikt, beginnend met de langste. Homologe chromosomen: de twee chromosomen
van een paar hebben dezelfde lengte, centromeerpositie en vlekkenpatroon. Beide chromosomen
van elk paar dragen genen die dezelfde erfelijke eigenschappen regelen.
De twee chromosomen X en Y vormen een belangrijke uitzondering op het algemene patroon van
homologe chromosomen in menselijke somatische cellen. Gewoonlijk hebben menselijke vrouwen
een homoloog paar X-chromosomen (XX), terwijl mannen één X- en één Y-chromosoom (XY) hebben.
Slechts kleine delen van de X en Y zijn homoloog. De meeste genen op het X-chromosoom hebben
geen tegenhanger op de kleine Y, en het Y-chromosoom heeft genen die ontbreken op de X.
Vanwege hun rol bij de geslachtsbepaling worden de X- en Y-chromosomen geslachtschromosomen
genoemd. De andere chromosomen worden autosomen genoemd.
Het voorkomen van paren homologe chromosomen is een gevolg van onze seksuele oorsprong. Wij
erven één chromosoom van een paar van elke ouder. De 46 chromosomen in onze somatische cellen
zijn dus eigenlijk twee sets van 23 chromosomen. Het aantal chromosomen in één set wordt
weergegeven door n. Elke cel met twee sets chromosomen wordt een diploïde cel genoemd en heeft
een diploïde aantal chromosomen, 2n. Bij de mens is het diploïde getal 46 (2n = 46), het aantal
chromosomen in onze somatische cellen. In een cel waarin DNA-synthese heeft plaatsgevonden, zijn
alle chromosomen gedupliceerd, en daarom bestaat elk chromosoom uit twee identieke
zusterchromatiden, die bij het centromeer en langs de armen nauw met elkaar verbonden zijn.
In tegenstelling tot somatische cellen bevatten gameten één set chromosomen. Dergelijke cellen
worden haploïde cellen genoemd, en hebben elk een haploïde aantal chromosomen (n). Bij de mens
is het haploïde aantal 23 (n = 23). De set van 23 bestaat uit de 22 autosomen plus een enkel
geslachtschromosoom. Een onbevruchte eicel bevat een X-chromosoom; een zaadcel bevat een X- of
een Y-chromosoom.
Elke seksueel voortplantende soort heeft een karakteristiek diploïde en haploïde aantal. Het
chromosoomnummer correleert over het algemeen niet met de grootte of de complexiteit van het
genoom van een soort; het geeft alleen aan uit hoeveel lineaire stukjes DNA het genoom bestaat,
wat een functie is van de evolutionaire geschiedenis van die soort.
, Fysiologie voortplanting
Gedrag van chromosomenreeksen in de menselijke levenscyclus
De menselijke levenscyclus begint wanneer een haploïde zaadcel van de vader samensmelt met een
haploïde eicel van de moeder. Deze vereniging van gameten, die uitmondt in de fusie van hun
kernen, wordt bevruchting genoemd. De bevruchte eicel, of zygote, is diploïd omdat hij twee
haploïde sets chromosomen bevat met genen van zowel de moeder als de vader. Als een mens zich
ontwikkelt tot een geslachtsrijpe volwassene, genereert mitose van de zygote en zijn nakomelingen
alle somatische cellen van het lichaam. Beide chromosomenreeksen in de zygote en alle genen die zij
dragen, worden nauwkeurig doorgegeven aan de somatische cellen.
Geslachtscellen worden niet door mitose geproduceerd, ze ontwikkelen uit kiemcellen, dit zijn
gespecialiseerde cellen, in de geslachtsklieren (eierstokken bij vrouwen en testikels bij mannen).
Als menselijke gameten door mitose gemaakt worden zal bij elke volgende generatie het aantal
chromosomen nog eens verdubbelen. Meiose: celdeling die gepaard is bij de vorming van
geslachtscellen bij seksueel voortplantende organismen. Meiose vermindert het aantal sets
chromosomen van twee in de oudercel tot één in elke geslachtscel, en compenseert zo de
verdubbeling die bij de bevruchting plaatsvindt. Als gevolg van meiose is elk menselijk sperma en
eitje haploïd (n = 23). Bevruchting herstelt de diploïde toestand door twee sets chromosomen te
combineren, de levenscyclus herhaalt zich telkens weer.
Bevruchting en meiose zijn ook de kenmerken van seksuele voortplanting bij ander organisme.
Seksuele levenscycli wisselen bevruchting en meiose elkaar af, waardoor het aantal chromosomen in
een soort van generatie op generatie constant blijft.
De verscheidenheid van seksuele levenscycli
De timing van deze meiose en bevruchting in de levenscyclus is afhankelijk van de soort. Deze
variaties kunnen worden gegroepeerd in drie hoofdtypen levenscycli:
1. Het type dat voorkomt bij mensen en de meeste andere dieren, zijn gameten de enige
haploïde cellen. Meiose vindt plaats in kiemcellen tijdens de productie van gameten, die
vóór de bevruchting geen verdere celdeling ondergaan. Na de bevruchting deelt de diploïde
zygote zich door mitose, waardoor een meercellig organisme ontstaat dat diploïd is.
2. Planten en sommige algensoorten vertonen, de zogenaamde generatiewisseling. Omvat
zowel diploïde als haploïde stadia die meercellig zijn. Meercellige diploïde stadium: de
sporofyt. De meiose in de sporofyt produceert haploïde cellen die sporen worden genoemd.
Een haploïde spore deelt zich mitotisch, waardoor een meercellig haploïd stadium ontstaat
dat de gametofyt wordt genoemd. Uit de cellen van de gametofyt ontstaan gameten door
mitose. De fusie van twee haploïde gameten bij de bevruchting resulteert in een diploïde
zygote, die zich ontwikkelt tot de volgende generatie sporofyten.
3. De meeste schimmels en sommige protisten, waaronder sommige algen. Nadat gameten
versmelten en een diploïde zygote vormen, vindt meiose plaats zonder dat zich een
meercellige diploïde nakomeling ontwikkelt. De meiose produceert haploïde cellen die zich
vervolgens door mitose delen en ofwel eencellige nakomelingen ofwel een haploïd
meercellig volwassen organisme voortbrengen. Vervolgens voert het haploïde organisme
verdere mitoses uit, waardoor de cellen ontstaan die zich tot gameten ontwikkelen. Het
enige diploïde stadium dat bij deze soorten wordt aangetroffen is de eencellige zygote.
! Merk op dat alleen diploïde cellen kunnen echter meiose ondergaan: haploïde cellen kunnen dat
niet omdat ze al een enkele set chromosomen hebben die niet verder verkleind kan worden. Hoewel
de drie soorten seksuele levenscycli verschillen in de timing van meiose en bevruchting, hebben ze
een fundamenteel resultaat gemeen: genetische variatie onder de nakomelingen!
