http://www.webklik.nl/user_files/2009_05/52056/2e%20jaar/Oefeningen/GeneticaOplossingen.pdf
http://www.webklik.nl/user_files/2009_05/52056/2e%20jaar/Oefeningen/GeneticaHerhalingsoefeningen.
pdf
Hoofdstuk 1. De genetische revolutie in de levenswetenschappen
De genetica gaat over het bestuderen van alle aspecten van genen. Daarbij zijn genen de kern van
biologische informatie. De ontdekking van het molecuul deoxyribonucleic acid (DNA) heeft voor de
moleculaire genetica gezorgd. De genomica is de studie van de genomen (volledig set van genen).
1.1 Biologische informatie
Doordat levende organismen gebruik maken van informatie uit het DNA, wat nodig is om vorm te
geven aan zo een organisme, zijn er sinds het ontstaan van de aarde vele generaties ontstaan.
Watson en Crick hebben in 1950 ontdekt dat DNA informatie bevat dat geschreven staat in een
genetische code. DNA bevat vier moleculaire bouwblokken (nucleotiden) die een bepaalde
volgorde kunnen vormen; wat de taal is van de genetische code.
DNA bestaat uit twee lange strengen nucleotiden, die een dubbele helix vormen. Daarnaast
bestaat elke nucleotide uit een suikergedeelte, een fosfaatgroep en een base. De suikergedeelten
en de fosfaatgroepen zijn altijd hetzelfde, maar er zijn vier soorten basen. Deze zijn adenine (A),
thymine (T), guanine (G) en cytosine (C). Daarbij horen A en T, en G en C bij elkaar.
De complete set van genetische informatie is het genoom. Bij een eukaryoot, organisme met een
celkern, zit het genoom in de celkern. Wanneer een celkern voor elk chromosoom, een tweede
identiek chromosoom heeft, heet dit diploïde (2n). Wanneer een celkern een enkel chromosoom
heeft, en dus geen dubbele, heet dit haploïde (n). Het haploïde aantal kan ook betrekking hebben
op een diploïde organisme. Dit getal telt het aantal dubbele chromosomen niet mee. Daarnaast
worden de twee identieke chromosomen homologe chromosomen genoemd.
Een organisme codeert met het DNA voor een bepaald gen, maar ook voor een intron. Dit is een
pauze tussen de coderende genen. Aangezien homologe chromosomen op het oog hetzelfde zijn,
(op moleculair gebied verschillen ze wel iets) zijn er ook genen paren. Nucleosomen worden
gebruikt om de chromosomen compact op te rollen; samen heet dit de chromatin. Deze
nucleosomen bestaan weer uit acht eiwitten die histonen worden genoemd. Histonen vouwen
niet alleen het DNA op, maar bepalen ook of regulerende eiwitten (zie 1.2) hun werk kunnen doen
op dat stukje DNA rondom de histoon. Wanneer het DNA gekopieerd wordt, moet de helix tijdelijk
uit elkaar. Hier helpt het centromeer bij. De uiteinden van de chromosomen heten telomeren en
die houden de chromosomen netjes bij elkaar. In de celkern zit niet alleen het DNA, maar ook
andere celorganellen zoals de mitochondriën bijvoorbeeld. Deze heten extranucleaire genomen.
Bij prokaryoten, organismen zonder celkern, zweeft het DNA in het plasma rond. Daarbij zijn de
chromosomen haploïde.
,1.2 Van informatie naar biologische vormgeving
Wanneer je naar een organisme kijkt zie je eiwitten en het werk van eiwitten: de belangrijkste
bouwstoffen in ons lichaam. Er zijn drie soorten eiwitten:
· Structurele eiwitten zorgen voor de fysieke structuur van een organisme zoals haar, nagels,
spieren, cytoskelet, et cetera.
· Enzymatische eiwitten zorgen voor de katalisatie van reacties zodat moleculen, eiwitten en
hydraten kunnen worden gevormd.
· Regulerende eiwitten zorgen voor het aan- of uitzetten van genen op de juiste plaats en tijd.
De transcriptie van het DNA begint met het overnemen van de informatie door het ribonucleic
acid (RNA). De RNA bestaat ook uit dezelfde onderdelen als het DNA, maar uracil (U) vervangt de
base thymine. Ook is RNA niet een dubbele helix, maar een enkele streng en de intronen zijn eruit
gelaten. Daarna wordt het overgeschreven op het mRNA, waarna het buiten de celkern terecht
komt. Hier komt het mRNA langs een ribosoom die de codons (drie basen combinaties) vertaalt
naar de juiste aminozuur. Hier komt een polipeptide met heel veel aminozuren uit. Deze codeert
dan weer voor een bepaalt eiwit.
Er zijn meerdere soorten RNA. De fundamentele RNA hierboven beschreven, net zoals de
messenger RNA. Daarnaast is er de tRNA voor het transporteren en de rRNA voor de ribosomen.
Genomen kunnen zichzelf verdubbelen. De helix gaat hierbij open en de ontbrekende basen
worden bij elke aparte helix toegevoegd. Hierdoor ontstaan er twee dochter chromosomen met
precies dezelfde informatie.
Variaties in het DNA tussen soorten is een groot discussiepunt in de biologie. Een mutatie is zo een
variatie. Dit is door een kleine fout bij de transcriptie van DNA of door omgevingsfactoren. Deze
mutaties kunnen doorgegeven worden als het in een sperma- of eicel zit. Deze kunnen dan
geërfde ziektes ontwikkelen in de nakomelingen. Non-genetische veranderingen zijn epi-
genetisch.
1.3 Genetica en evolutie
Natuurlijke selectie is het proces waarbij individuen met een bepaalde karakteristiek, die bij een
bepaalde omgeving hoort, beter kunnen presteren. Deze individuen zullen meer nakomelingen
krijgen met deze zelfde karakteristiek, waardoor het aantal individuen mét dat karakteristiek
toeneemt. Gelijkheid door eenzelfde voorouder met een andere soort heet homologie. Deze
homologie kan in een evolutie boom uitgezet worden. Dit alles, over de natuurlijke selectie, heet
de evolutietheorie.
De neanderthaler staat zelfs nog dichterbij ons dan de chimpansee. Deze hebben, net zoals ons, de
mogelijkheid gehad om te spreken. Daarnaast zijn de homo sapiens ontstaan in Afrika en zijn
verder ontwikkeld in andere delen in de wereld. Genetica heeft bijgedragen aan het begrijpen van
de evolutie. De kennis van homologie op DNA level helpt bij het begrijpen van andere soorten.
,1.4 Genetica: een krachtige, nieuwe benadering voor biologisch onderzoek
De onderzoeker begint met een onderwerp wat hij/zij graag wil weten. De goede genen worden
vergeleken met de slechte genen. Zo kunnen er ontdekkingen gedaan worden over het ontstaan
van die mutatie of over andere aspecten. Elk gen kan dan worden geïdentificeerd om zo de code
te begrijpen. Dit kan op twee manieren: 1) vooruit genetica en 2) omgekeerde genetica. Vooruit
genetica manipuleert een gen uit de natuur door middel van X-rays, chemicaliën of andere
producten die mutaties veroorzaken. Vervolgens wordt er gekeken hoe deze mutatie tot uiting
komt in nakomelingen. De volgende stap is om het gen en de functie te bepalen. De omgekeerde
genetica werkt met een bepaald gen waarvan de locatie al bekend is, maar de functie nog niet.
Vervolgens wordt er gekeken wat er gebeurd. Hieruit kan dan de functie bepaald worden.
Onderzoekers kijken over het algemeen naar een gemuteerd gen en hoe dat resulteert in de
natuur. Door het DNA te klonen kunnen hiervoor kleine segmenten gebruikt worden. Kleine
stukjes gen worden geknipt. Deze worden in een vector gestopt, een huls, die in een levende cel
wordt gestopt waardoor die cel dat DNA als zijn eigen overneemt. Zo worden er heel veel cellen,
kolonies, gevormd met dat bepaalde gen; dat eventueel gemuteerd is.
Specifieke moleculen in het DNA kunnen worden gedetecteerd door middel van probing (het
afzonderen van). Deze methode maakt gebruik van de specifieke inter-moleculaire binding. Een
mix van macromoleculen zijn blootgesteld aan een molecuul (de probe), die alleen zal binden aan
het gezochte macromolecuul. Dit wordt gedaan terwijl de DNA streng open is zodat er ruimte is
om te binden. Deze wordt gelabeld waarna deze gedetecteerd kan worden.
1.5 Model organismen: cruciaal voor de genetische revolutie
Model organismen, zoals muizen, fruitvliegjes, bacteriën en gist, zijn makkelijk te onderhouden en
er zijn veel van te verkrijgen in een korte tijd. Daarnaast hebben ze eigenschappen die goed zijn
voor onderzoek. Omdat ze zo klein zijn, kunnen ze in grote hoeveelheden gebruikt worden.
Bacteriën kunnen ook makkelijk uitgesmeerd worden voor het detecteren van een bepaald gen;
wat hierboven beschreven staat. Ook kunnen bacteriële virussen gebruikt worden als vector. Gist
en schimmels zijn handig, aangezien hun meiose verdeling in een zakje plaatsvindt. Zo zijn er nog
veel meer in het boek verwerkt met vele voordelen.
1.6 Genetica verandert de samenleving
De genetica heeft de agricultuur verandert met haar gemodificeerde voedsel. Daarnaast zijn er
ook oneindig veel gencombinaties te maken voor allerlei vakgebieden. De dieren worden
gemanipuleerd om te zorgen dat ze beter en/of meer produceren. De medicijnen zijn verbeterd
doordat we meer weten waar de ziektes vandaan komen. Ook zijn de wetenschappers bezig met
gentherapie: zieke genen vervangen door gezonde genen. De politie werkt met DNA en
vingerafdrukken om de boeven op te pakken.
1.7 Genetica en de toekomst
Veel is er al ontdekt in de afgelopen jaren, maar er zijn nog steeds aspecten onduidelijk. De
voedselindustrie zal meer moeten gaan produceren om iedereen gevoed te houden. Dit kan
mogelijk met de genetica. Verder willen de wetenschappers het DNA vanaf de geboorte goed
hebben, oftewel, zonder zieke genen.
,hoofdstuk 2 single gene inheritance
Biologisch onderzoek: hoe kan iets ontstaan van een ei tot volwassenen? Als gene worden
geindentifisseerd dan kan er onderzoek gedaan worden. Er zijn verschillende manieren om gene te
onderzoeken gene discovery. De meest gebruikte manier is single-gene inheritance patterns.
Crosses= kruisen van rassen. Het centrale component is mutants, dit zijn individuele organismes
die iets anders hebben dan normale. Normale type heet wild type. Het gebruik van dit soort
mutanten heet genetic dissection. Omdat er niet “gesneden wordt is het materiaal” maar gekeken
wordt naar mutanten van bv. Een andere kleur. Elk mutant heeft een apart gen. Je hebt een grote
populatie nodig.
Genetisch onderzoek wil begrijpen op biologische aspecten welk gen iets beheerst. Ze gebruiken
gene discovery en isoleren mutanten en kijken bij elk naar single gene inharitance patterns.
(specifieke ratio van normale en mutanten expressie van het te onderzoeken voorwerp)
2.1 single gene inheritance patterns
Mendels pioneering experiments
Character, triat –property --- fenotype.(een vorm aangenomen bij een karakter)
Pure lines—alles heeft dat dan ook
Kruisen van soorten:
eerste begin is parental generation
daarna nakomeling :first filial generation F1
krijgen deze nakomelingen :second filial generation F2
mendels law of equal segregation
1. elk erfelijke factor heet een gene die nodig is voor de kleur van de erwt.
2.elke plant heeft eigen paar van gene
3.gene bestaat in twee vormen dit heet allelen
4. Y/Y y/y Y/y slash betekend dat ze in paren zijn
5. Y is dominant (hoofdletter) y is ressesief (kleine letter)
6.tijdens meiose scheiden genen gelijk
7. een gameet heeft 1 paar gene
8. gameten fuseren random.
Homozygoot, gelijk
Heterozygoot,ongelijk
Heterozygoot voor een allel, monohybrid
Y/Y homozygous dominant
Y/y heterozygous
y/y homozygous resessief
=genotypes
,Alle 1:1 3:1 1:2:1 ratio’s zijn teken van single gene overerving en zijn gebaseerd op gelijk
scheiden van heterozygote.
2.2 the chromosomal basis of single gene inheritance patterns
Single gene inheritance in diploids
Mitose: delen van cellen, ze vermeerderen in aantallen.
Diploid 2n >2n + 2n
Haploid n > n +n
Geslachtscellen meiocytes hun deling vind plaats tijdens de meiose. Er zijn 2 delingen en 4 cellen
worden dan geproduceerd. Alleen bij diploïde cellen en resultaat is haloïde
2n > n+n+n+n
Gerepliceerde zuster chromosomen heten dyad.
In paren dyad is bivalent.
Er tussen zit sc synapsis complex.
Het geheel heet tertrad. (blz 38)
Meiose:
Start: twee homologs (een homoloog A de andere a)
Replication: twee dyads ( een dyad is AA de andere aa)
Pairing: tetrad (tetrad is A/A/a/a)
First division: een dyad naar elke dochter cel (een cel AA andere aa, welk ook mixed up, maar
totaal niet veranderd)
Second division: een chromatide naar dochtercel (4 cellen twee met A andere twee met a)
een wild type, wordt als allel vaak aangegeven met een + teken.
2.3 the molecular basis of mendelian inheritance patterns
Structural differences between allele at moleculair niveau.
In DNA zal door schade een gen veranderen in een mutatie.
Moleculair aspects of gene transmission
Replication of alleles during the S fase. Maken van zuster chromatide
Meiose and mitose at moleculair level
Replicatie in s fase maakt 2 kopieën van elk allel A en a. die kunnen worden gescheiden.
,Allelen op moleculair niveau
Door een verandering van een of meer aminozuren, de mutatie inactiveren sommige belangrijke
gedeeltes van een eiwit dat codeert van een gen. Het effect van deze mutatie op het functioneren
van een gen hangt af van waar de mutatie in het gen plaats vind. Bv een gedeelte van een gen
waar een enzym actieve site zit. Is erg gevoelig voor mutaties
De meeste mutaties van aminozuur volgorde van een gen eiwit product, resulteren in minder of
afwezigheid van functie.
Bij gebrek aan functie van een bepaald enzym= null allelen
Die kunnen veranderen in mutatie fenotype = leaky mutations
Resessieviteit is waargenomen in mutates in genen die functioneeren haplosufficient. ( ressesief
normalen functie bij +/m) Andere genen zijn haploinsufficient. (dominante normale functie niet bij
+/M)
2.4 some genes discovered bij oberserving segregation rations
Gene discovery wordt vaak forward genetic genoemd: het begrijpen van een biologische function
beginnen met een random single gene mutant en eindigen met een gedetailleerde cel
Kies een biologische property
Vind een mutant die dat property aantast
Check mutants for single gene heritance
Identificeer tijd en plaats van actieve gene
Zero in on molecular nature of gene bij genomic DNA analyse
Voorspellen van perantal genotype
A/? x a/a
a/a is dan testcross
recessief individueel is een tester
de bepaling van erfelijkheid kan op twee manieren gedaan worden.
1 het afleiden van de genotypes van fenotypes ratio
2 het voorspellen van de fenotype ratio van ouders van het bekende genotype
,2.5 Sex linked single gene inheritance patterns.
Sex chromosomes
Mens heeft 46 chromosome: 22 homologous paren, plus 2 sex chromosome
Vrouwen: X 44A + XX homogametic sex
Mannen : Y 44A + XY heterogametic sex
Bij planten heet een mannelijk en vrouwelijk vormende plant dioecious species
Mannelijke gene > hemizygous
Sexlinkage > Xlinkage, Ylinkage (mutant in verschillende regio X of Y)
Pseudoautosomaal region 1 en 2 (crossing-over)
Wordt het erfelijk overgegeven maar ligt het niet op de sex chrosomosen dan heet het
autosomaal!
Uit Sexlinked erfelijkheid komt een verschillende fenotype ratio.
2.6 human pedigree analysis
Pedigree analyse met diagrammen,zie blz 54 voor symbool betekenis
Propositus, is eerste persoon waar ze naar willen kijken
Humane genetice, wordt geen gebruik gemaakt van wild types of + termen.
Is iets autosomaal erfelijk verkregen?
1 de storing verschijnt in nakomelingen is niet aanwezig bij de ouders
2 de storing is bij de nakomeling bij een man en een vrouw
X linked recessive disorder
1 meer vrouwen van mannen hebben het zeldzame fenotype, want bij een man moeten beide
ouders dat allel dragen.
2 de vaders hebben geen storing maar al hun dochters wel, daarna de helft van deze zonen
hebben het ook
3 geen van de zonen van een verstoorde moeder heeft de verstoring. Want een zoom krijgt Y van
vader en X van moeder.
X linked dominant disorder
1 verstoorde mannen geven het door aan al zijn dochters, maar niet aan hun zonen
2 verstoorde heterozygote vrouwen getrouwd met een onverstoorde man geeft de verstoring
door aan de helft van haar zonen en dochters
, Y linked inheritance
Geven vaders alleen door aan hun zonen.
Calculating risk in pedigree analysis
Zie blz 63/64 voor uitleg
