Erfelijkheid

Hieronder staan verschillende onderwerpen m.b.t. erfelijkheid.

Chromosomen en de celdeling

De celcyclus

Om te delen doorlopen cellen de zogenaamde celcyclus.
De celcyclus bestaat uit de volgende fasen:

G1: stofwisseling en celgroei;
S: verdubbeling van het DNA (DNA replicatie);
G2: stofwisseling, celgroei en kopieëren van organellen;
M: mitose, verdeling van de chromosomen.
G0: rustfase, de cel deelt (tijdelijk) niet meer.

Celdeling is er voor:

  • groei;
  • herstel van wonden;
  • vervanging van oude cellen.

Bron: biojuf.nl

Checkpoints

Het delen van de cellen moet heel nauwkeurig verlopen. Als er een foutje is ingeslopen, zijn soms de gevolgen niet te overzien. Soms ontsporen deze cellen en kunnen er bijvoorbeeld tumoren ontstaan. Daarom heeft de celcyclus een aantal checkpoints ingebouwd.

Chromosomen​

Het DNA is opgedeeld in kleinere stukjes; de chromosomen. Een lichaamscel van de mens heeft 46 chromosomen, twee aan twee aan elkaar gelijk, dus 23 paren.

Als gevolg van de DNA replicatie bestaat elk chromosoom uit twee chromatiden. Deze worden in de M-fase, de mitose, over de twee nieuwe cellen verdeeld. De chromatiden worden bij elkaar gehouden door een centromeer. We tellen dit nog wel als één chromosoom.

Bron: biojuf.nl

De mitose

Voor de celdeling is het belangrijk dat het erfelijke materiaal, het DNA, goed gekopieerd en daarna netjes verdeeld wordt.
De mitose regelt deze verdeling van het DNA.
De mitose vindt plaats in de M-fase van de celcyclus.

De mitose bevat een aantal fasen:

  • profase;
  • metafase;
  • anafase;
  • telofase.

Tijdens de mitose worden er twee cellen gemaakt die elk dezelfde hoeveelheid DNA/chromosomen hebben als de cel waaruit ze zijn ontstaan. In de S-fase van de interfase verdubbelt het DNA; elk chromosoom bestaat daardoor uit twee chromatiden. In de metafase van de mitose verdeelt de cel deze chromatiden.

Bron: Linder o T by Arthur Meier

Bron: biojuf.nl

Chromosomen en de chromatiden zijn tijdens de mitose gespiraliseerd en daardoor korter en dikker dan een tijdens de andere fasen. Daardoor zijn ze met een gewone lichtmicroscoop te zien.

De meiose

Voor de vorming van geslachtcellen, zoals eicellen en zaadcellen, is het nodig dat elke geslachtscel maar de helft van de hoeveel DNA bevat.
Van elk chromosomenpaar moet er één in elke geslachtscel komen. Om dit netjes te kunnen verdelen, ondergaat de cel de meiose

De meiose bestaat uit twee fasen;
meiose-1 en meiose 2.

In beide fasen doorlopen de cellen de volgende stappen:

  • profase van de meiose-1;
  • metafase van de meiose-1;
  • anafase van de meiose-1;
  • telofase van de meiose-1;
  • profase van de meiose-2;
  • metafase van de meiose-2;
  • anafase van de meiose-2;
  • telofase van de meiose-2.

Tijdens de meiose-1 worden twee cellen gemaakt die elk de helft het aantal chromosomen bevatten als de cel waaruit ze zijn ontstaan. De metafase van meiose -1 splitst deze chromosomenparen. Van elk chromosomenpaar zit er nu één in elke cel. In de S-fase van de interfase is het DNA verdubbeld; elk chromosoom bestaat daardoor nog wel uit twee chromatiden. In de metafase van de meiose-2 gaan deze chromatiden uit elkaar. Hierdoor zijn er aan het einde van deze fase, vier haploïde cellen, met elk de helft van de hoeveelheid DNA als de oorspronkelijke cel. 

Bron: biojuf.nl

De mitose en de meiose met elkaar vergeleken

In zowel de mitose als de meiose worden chromosomen tijdens de celdeling verdeeld. De mitose en de meiose lijken heel erg op elkaar, maar er zijn een paar fundamentele verschillen.

In de mitose worden de chromatiden uit elkaar gehaald en in de meiose-1 gaan de chromosomenparen uit elkaar. In meiose-2 gaan de chromatiden uit elkaar.

Na de mitose zijn er twee diploïde (2n) cellen ontstaan.
Na de meiose zijn er vier haploïde (n) cellen ontstaan.

Bron: biojuf.nl

Het kopiëren van het DNA, de DNA replicatie

S fase van de celcyclus

Tijdens de S fase van de celcyclus wordt het DNA gekopieerd. Dit noemen we DNA replicatie, of DNA synthese (vandaar dat deze fase de S fase genoemd wordt).

DNA structuur

In 1953 hebben Watson en Crick in samenwerking met Franklin en Wilkins de structuur van het DNA molecuul ontrafeld. Dit was zo’n belangrijke ontdekking dat hiervoor de Nobelprijs is uitgereikt.

DNA zit in alle levende cellen (behalve rode bloedcellen). DNA bevat de genetische code van de cel. Een stuk DNA dat codeert voor een eigenschap wordt een gen genoemd.
In elke cel zit min of meer hetzelfde DNA (door mutaties zijn er onderling wel enige verschillen). Niet al het DNA wordt actief afgelezen in elke cel, een cel heeft niet de informatie van het hele DNA nodig. Het verschilt per celtype welke genen worden afgelezen.

Bron: biojuf.nl

DNA bestaat uit twee strengen die samen een dubbele helix vormen.

Tussen de twee stengen van het DNA zitten de vier basen. Adenine (A) is complementair aan thymine (T). Guanine (G) is complementair aan cytosine (C).

De basen zitten vervolgens weer vast aan een suikergroep met daaraan weer een fosfaatgroep. De kant van de fosfaatgroep noemen we de 5′ kant van de streng, de andere kant is de 3′ kant.

Beide strengen van het DNA zijn door middel van de basen-paren met elkaar verbonden.

Het kopiëren van het DNA: DNA replicatie

De filmpjes over de DNA replicatie vertonen veel overlap met elkaar.
Voor een zo’n compleet mogelijke uitleg is het handig om filmpje nummer 2 te bekijken. Dit filmpje bespreekt de stof op vwo niveau. Deze stof gaat veel verder dan nodig is voor havo. Daarom is filmpje nummer 1 toegevoegd.

Omdat filmpje nummer 2 relatief lang duurt, zijn filmpjes nummer 3 en 4 gemaakt. Dit zijn kortere samenvattingen van filmpje nummer 2. Wanneer je filmpje nummer 2 bekijkt, heb je filmpjes nummer 1, 3 en 4 grotendeels al bekeken.

Voor de celdeling moet het DNA heel nauwkeurig gekopieerd worden. Dit wordt DNA replicatie genoemd.

Bij de DNA replicatie zijn een aantal enzymen betrokken: 

  • helicase: knipt de beide strengen van het DNA open;
  • primase: koppelt primers aan het openstaande DNA zodat er 3′ beginstukjes ontstaan;
  • DNA-polymerase: koppelt de nucleotiden aan elkaar en bouwt zo twee nieuwe strengen tegen de oorspronkelijke strengen aan;
  • ligase: koppelt de losse (Okazaki)fragmenten
    aan elkaar.

DNA replicatie kan alleen maar plaatsvinden aan de 3′ kant van de opengeritste DNA streng. Hierdoor kan één streng continue worden aangebouwd. Dit noemen we de leadingstreng. De andere streng wordt steeds (achterwaarts) in stukjes ingebouwd; de Okazakifragmenten. Deze streng wordt de laggingstreng genoemd.

filmpje nummer 1: DNA replicatie, havo niveau

Bron: biojuf.nl

filmpje nummer 2: DNA replicatie, volledige uitleg, vwo niveau

Bron: biojuf.nl

DNA is opgebouwd uit nucleotiden met daarin de 4 verschillende basen, suiker- en fosfaatgroepen. De basen vormen samen de genetische code. 

Elke nucleotide neemt zijn eigen accu mee in de vorm van twee extra phosphaatgroepen. Bij de afsplitsing van deze twee phosphaatgroepen komt energie vrij. Deze energie wordt gebruikt voor de nieuwe koppeling tussen de twee nucleotiden.

De DNA replicatie vindt op meerdere plekken in het DNA tegelijkertijd plaats. Hierdoor kan het totale DNA snel gekopieerd worden. 
Een nieuwe streng wordt altijd aan de 3′ kant ingebouwd. Daarvoor worden primers gebruikt om de nieuwe verbinding tussen de twee nucleotiden te maken.

Na de DNA replicatie zijn er twee dubbele helixen ontstaan. Elk DNA molecuul bestaat uit een oorspronkelijke en een nieuwe streng. We noemen dit semi (= half) conservatief (= behoudend).

Het enzym DNA-polymerase is betrokken bij de koppeling van de nucleotiden in de nieuwe strengen die zich aan de binnenkant van het opengesplitste DNA aan het vormen zijn. 

filmpje nummer 3: DNA replicatie, kortere samenvatting, vwo niveau

Bron: biojuf.nl

filmpje nummer 4: het inbouwen van de nucleotiden, vwo niveau

Bron: biojuf.nl

Het maken van eiwitten door de cel

DNA transcriptie

Om eiwitten te maken heeft de cel de informatie van het DNA nodig. Om beschadigingen te voorkomen moet het DNA in de celkern blijven. De eiwitten worden echter gemaakt in de ribosomen die zich in het grondplasma bevinden, dus buiten de celkern. Van het gen in het DNA dat codeert voor een eiwit wordt een kopietje gemaakt, het mRNA. Dit proces heet transcriptie. In de ribosomen wordt dit mRNA gebruikt om te vertalen in het benodigde eiwit (= translatie)

DNA transcriptie, havo niveau

Bron: biojuf.nl

Hieronder zie je in een overzicht de verschillen tussen DNA en RNA weergegegeven.

DNA transcriptie, vwo niveau

Bron: biojuf.nl

DNA translatie of eiwitsynthese

In de ribosomen worden de eiwitten gemaakt. Hier wordt het mRNA vertaald in eiwitten.

tRNA

Nadat een gen in het DNA gekopieerd is tot een mRNA molecuul (= transcriptie), verlaat het mRNA de kern en gaat naar een ribosoom. Daar vindt de koppeling tussen het mRNA en de bijpassende tRNA’s plaats. Een tRNA molecuul bevat aan de ene kant een aminozuur en aan de andere kant een anticodon. Zo koppelt een tRNA molecuul het juiste aminozuur aan het mRNA.

DNA translatie, havo niveau (tot 6 ’20) en vwo niveau (hele filmpje)

Bron: biojuf.nl

Eiwitten en aminozuren

Een eiwit is opgebouwd uit aminozuren. Een aminozuur heeft een basisstructuurformule en bevat altijd een C-, H-, N-, O- en soms een S-atoom.

Mutaties

Mutaties

Wanneer het DNA beschadigd is, spreken we over een mutatie.
Grofweg zijn er drie verschillende soorten mutaties:

  • puntmutaties;
  • chromosoommutaties;
  • genoommutaties.

Bron: biojuf.nl

Puntmutaties

Een puntmutatie is een foutje in het DNA op het niveau van de basen. Tijdens de DNA replicatie is een verkeerde base ingebouwd, of is een base vergeten of is er een base teveel ingebouwd. 

Chromosoommutaties

Bij een chromosoommutatie is er iets fout gegaan met een stuk van een chromosoom. Dit is waarschijnlijk gebeurd tijdens de mitose of de meiose.

Er zijn verschillende vormen van chromosoommutaties:

  • deletie; er mist een stuk chromosoom;
  • inversie; er is een stuk chromosoom omgedraaid;
  • duplicatie; er is een stuk chromosoom verdubbeld;
  • translocatie; een stuk chromosoom is op een ander chromosoom terecht gekomen;
  • insertie; een stuk chromosoom is in een ander chromosoom terecht gekomen.
Genoommutaties

Bij een genoommutaties zijn er één of meerdere chromosomen bijgekomen of verloren gegaan. Wanneer dit bij de geslachtscellen gebeurt en het één van de kleine chromosomen betreft, dan kan dit levensvatbaar zijn. Zo veroorzaakt trisomie 21 het syndroom van Down.

Genoommutaties in geslachtcellen waarbij de langere chromosomen betrokken zijn, leiden vaak tot een miskraam.

Lokaal, in lichaamscellen, kunnen ook mutaties ontstaan. In tumoren worden wel vaak genoommutaties gezien waarbij een van de langere chromosomen betrokken is.

Bron: BiNaS

Kruisingsschema's (erfelijkheidsleer)

Stambomen

In de erfelijkheidsleer wordt vaak gebruik gemaakt van stambomen. Een stamboom geeft in één oogopslag een overzicht van de overerving weer.

Met een vierkantje wordt een man aangeduid, met een rondje een vrouw.

Bron: biojuf.nl

Monohybride kruisingen (autosomale overerving)

Een monohybride kruising kijk naar de overerving van één eigenschap. Deze eigenschappen worden bepaald door de genen. Wanneer deze genen op de autosomen liggen (= alle chromosomen behalve de geslachtschromosomen), noemen we dit een autosomale overerving.

Dominant en recessief

Een gen heeft twee allelen. Het dominante alle komt tot uiting in het fenotype. Dit wordt aangeduid met een hoofdletter. Het recessieve allel wordt aangeduid met een kleine letter.

De ouders worden aangegeven met P. De nakomelingen met F1 en de nakomelingen van de F1 met F2 enz.

Bron: biojuf.nl

Bron: biojuf.nl

Tips:

  1. dominant fenotype heeft AA of Aa. Recessief fenotype heeft aa;
  2. goed lezen, in de tekst staat soms wat dominant/recessief is;
  3. ouders en (veel) nakomelingen, elke generatie allemaal hetzelfde fenotype, dan allemaal AA of allemaal aa;
  4. twee gelijken krijgen ander kind, ouders hebben Aa, kind aa.
Codominante allelen

bij codominante allelen is er geen sprake van dominante of recessieve allelen. Bij een heterozygoot genotype komen beide allelen tot uiting. Er ontstaat dan een intermediar fenotype.

De genotypen kan nu niet met een A of a worden aangegeven. Omdat de allelen codominant zijn noteren we dit bijvoorbeeld als:

  • ADAD (homozygoot)
  • ADAL (heterozygoot)
  • ALAL (homozygoot)

 

Bron: biojuf.nl

Overerving van de bloedgroepen (ABO)

Bij de overerving van de bloedgroepen zijn zowel dominante, recessieve als codominante allelen betrokken.

Bron: biojuf.nl

X chromosomale overerving

Wanneer een gen voor een eigenschap op het X chromosoom ligt, erft deze eigenschap X chromosomaal over. Aangezien een man maar één X-chromosoom heeft en er op zijn Y-chromosoom (zo goed als) geen genen liggen, heeft een man bij een X chromosomale eigenschap maar één allel. Een vrouw heeft wel twee X chromosomen en dus ook twee allelen voor deze eigenschap.

Tips:

  • een man geeft altijd zijn X chromosoom aan zijn dochter;
  • een zoon krijgt altijd zijn X chromosoom van zijn moeder;
  • om uit te zoeken of een eigenschap autosomaal of X chromosomaal overerft; gewoon één van twee invullen en kijken hoe dit  uitpakt. Dus “stel dat de eigenschap x chromosomaal is”.

Bron: biojuf.nl

Overerving van lethale factoren

Een lethaal allel is een allel dat ervoor zorgt dat een homozygoot genotype niet levensvatbaar is. Lethaal betekent dat het bijbehorende fenotype niet levensvatbaar is. 

Overerving van lethale allelen heeft gevolgen voor de verhoudingen waarin de fenotypen optreden.

Bron: biojuf.nl

Dihybride kruisingen

Wanneer er bij overervingsvraagstukken tegelijkertijd gekeken wordt naar twee verschillende eigenschappen, spreken we over een dihybride kruising.

Wanneer de genen van deze eigenschappen op twee verschillende chromosomen liggen, erven deze genen onafhankelijk van elkaar over. Van beide chromosomenparen komt één chromosoom in een geslachtscel.

Wanneer beide genen op hetzelfde chromosoom liggen, erven deze genen gekoppeld over. Dit wordt een gekoppelde overerving genoemd.

Bron: biojuf.nl

Epigenetica

Het aan en uitzetten van genen

Genen kunnen onder druk van omgevingsfactoren ‘aan’ of ‘uit’ gezet worden. Bij epigenetische veranderingen verandert de functie van een gen zonder dat de genetische code verandert. 

Bron: Veritasium