Thomas H. Morgan was de eerste die kon

Genetica: samenvatting
Hoofdstuk 11
Voortplanting
Geslachtelijk voortplanting is mogelijk dankzij meiose. Bij meiose krijgen de nakomelingen het
genetisch materiaal van de 2 ouders. De cellen die in de meiose meedoen noemt men de gameten en
deze zijn haploïd (=n). De andere niet-reproductieve cellen noemt men somatische cellen en zijn
diploid (=2n).
De gameten zullen zich tijdens de voortplanting samenvoegen en een zygote vormen, dit noemt de
bevruchting of syngamy. De gameten hebben maar n-chromosomen omdat anders het
chromosomen aantal bij elke bevruchting zou verdubbelen. Tijdens de ontwikkeling van de diploïde
zygote worden de cellen die de gameten zullen worden apart gezet. Dit noemt men de germ-line
cellen; deze zullen later meiose onder gaan om n-chromosomen te krijgen.
Kenmerken van de Meiose
De meiose is onderverdeeld in 2 processen: meiose 1 en meiose 2. Elk proces heeft een profase,
metafase, anafase en telofase.
Meiose 1
 Profase
Voor deze fase is het DNA al verdubbeld. Tijdens deze fase zullen de homologe
chromosomen (die elk bestaan uit 2 zusterchromatiden) associëren met elkaar, dit proces
wordt synapsis genoemd. Tussen de 2 homologe chromosomen zal een synaptonemaal
complex ontstaan: proteïnebruggen die de 2 aan elkaar binden. De structuur die hierbij
ontstaat noemt men een tetrade of bivalent. Er zal ook crossing-over of genetische
recombinatie gebeuren: de homologen zullen chromosoommateriaal met elkaar uitwisselen
en zo het genetisch materiaal dus recombineren. Deze wordt geïnduceerd door de
recombination nodules, enzymen die de chromatiden zullen breken en terug aan elkaar
zetten. De plaats waar de crossing-over gebeurt noemt men de chiasmata (sing.: chiasma).
Na de crossing-over zal het synaptonemaal complex af gebroken worden en worden de
homologen bij elkaar gehouden door de chiasmata + elk zusterchromatide blijft bij elkaar
dankzij het gemeenschappelijke centromeer. Hierop zullen tijdens de metafase de
microtubuli binden.
 Metafase
In de metafase zullen de chromosomen zich oplijnen aan de evenaar van de cel of de
metaplaat. De orientatie van elk chromosoom is willekeurig, zowel de moeder als de
vaderlijke homoloog kan worden georiënteerd in de richting van een bepaalde pool.
Hierdoor zeggen we dat meiosis 1 zorgt vooronafhankelijke verscheidenheid van de
chromosomen. Aan de centromeren zullen vanuit de polen de kinetochore micotubuli
binden.
 Anafase
Nu gaan de kinetochore microtubuli verkorten en zal er een spanning ontstaan. Deze
spanning zal de homologen uit elkaar trekken. Elke pool zal 1 van de homologen krijgen. De
zusterchromatiden blijven aan elkaar omdat ze fungeren als 1 eenheid. Op de tekening is ook
zichtbaar dat de ruimtelijke liggen de microtubuli alleen kunnen binden aan de centromeren
van de homologen en niet van de zusterchromatiden.

Telofase
De homologe chromosomen zijn nu afgescheiden van elkaar en beginnen met de vorming
van een cluster aan elke pool. Ook het nucleair membraan zal ook terug vormen. Elke kern
bevat nu 2 zusterchromatiden, deze zijn verschillend van elkaar dankzij de crossing-over in
profase 1.
Bij sommige dieren gebeurt de meiosis zonder recombinatie, men spreekt dan van achiasmatische
scheiding. Dit geeft dan gameten met genetische informatie van 1 ouder, er zal dus geen verschil zijn
tussen ouder en nakomeling.
De eerste meiose wordt ook de reductiedeling genoemd omdat het aantal chromosomen vermindert
tot n.
Tussen de 2 meiotische delingen is er geen verdubbeling van het DNA.
Meiose 2
de 2de meiotische deling is gelijk aan een mitotische deling zonder de voorafgaande DNAverdubbeling. Bij deze deling zullen de zustercromatide scheiden maar blijft het aantal chromosomen
hetzelfde. Als deze deling gedaan is heeft men 4 haploïde cellen. Bij dieren zullen deze zich direct
omvormen tot gameten. Bij planten en fungi delen ze zich mitotisch met als gevolg dat er meer
gameten zijn maar ook adulten met verschillende chromosomenparen in de gameten.
 Profase
Het nuclaire membraan zal terug oplossen en er wordt een nieuwe spoelfiguur gevormd.
 Metafase
De kinetochore microtubuli binden aan de centromeren van de zusterchromatiden. Deze
zullen de chromosomen naar de meta-plaat brengen als een gevolg van de spanning.
 Anafase
De microtubuli zullen zich verkorten en de zusterchromatiden uit elkaar trekken. De
zusterchromatiden migreren nu elk naar een pool van de cel.
 Telofase
De nucleaire enveloppe wordt terug gevormd. Hierna volgt cytokinesis: de cel wordt in
gesnoerd en er worden 2 dochtercellen gecreeërd.
Fouten in de meiose
 Non-disjunctie: het falen van de chromosomen om naar de tegenliggende polen te migreren
gedurende elk van de meiotische delingen.
 Aneupoloïde gameten: gameten met ontbrekende of extra chromosomen. Die is bij de mens
de grootste oorzaak van spontane abortus.
De verschillen met mitose
1. Bij de mitose zullen de homologe chromosomen in de metafase zich onafhankelijk van elkaar
gedragen.
2. In de anafase zijn het niet de homologen die splitsen maar de zusterchromatiden.
3. Tussen meiose 1 en 2 is het mechanisme van de DNA-verdubbeling onderdrukt terwijl dit bij
de mitose moet plaatsvinden.
Hoofdstuk 12
Erfelijkheid
Voor de 20ste eeuw was er veel onduidelijkheid over de erfelijkheid in organismen. Men had er 2
ideeën over
1. De kenmerken worden rechtstreeks van ouder op nakomeling overgeërfd
2. Van buiten de soort kan er geen variatie komen
Dit leidde tot een paradox, want als men deze 2 ideeën aanneemt dan zou na een bepaalde tijd de
leden van 1 soort allemaal hetzelfde uiterlijk hebben.
Geschiedenis
 Josef Kölreuter
1760 heeft hij verschillende tabaksplanten kunnen kruisen. Hij heeft dus de eerste hybriden
gemaakt. De hybride nakomelingen verschilden van hun ouders. In de 2de generatie werd er
nog meer variatie ontdekt.
Dit leidde tot de conclusie dat kenmerken niet rechtstreeks van ouder op nakomeling
worden overgeërfd.
 T.A. Knight
De eerste persoon die 2 raszuivere lijnen van de tuinboon kruiste. Met een raszuivere lijn
bedoeld dat de nakomelingen geproduceerd uit zelfbevruchting uniform bleven van de ene
generatie naar de volgende. Knight ontdekte dat de F1-generatie leek op 1 ouderlijke lijn
maar dat in de 2de generatie de beide kenmerken waren te vinden.
 Gregor Mendel
Gregor mendel (1822-1884) deed ook kruisproeven met de tuinboon. Er zijn een aantal
redenen waarom de tuinboon zo vaak word gebruikt:
1. De plant kan hybride nakomelingen verkrijgen (onderzoek Knight)
2. Er zijn verschillende variëteiten van de tuinboon
3. Ze zijn gemakkelijk te kweken en hebben een korte generatietijd. Dit maakt het
mogelijk om erfelijk op te onderzoeken.
4. Zowel de vrouwelijke als mannelijke geslachtsorganen zijn ingesloten in elke bloem.
De gameten van 1 bloem kunnen samensmelten tot een levensvatbare nakomeling,
dit noemt men zelfbevruchting. men kan de bevruchting controleren door het
mannelijke geslachtsorgaan te verwijderen en pollen in te brengen van een andere
plant.
Tijdens Mendel zijn experimenten had hij 3 stadia:
I.
Hij zorgde ervoor dat de variëteiten raszuiver waren door er zelfkruising mee uit te
voeren
II.
Deze zuivere lijnen liet hij een kruisbestuiving of reciproke kruising ondergaan voor
een bepaald kenmerk (pollen van een witte bloem op een paarse en omgekeerd)
III.
De hybride nakomelingen werden onderworpen aan zelfbevruchting zodat de
erfelijkheid van de kenmerken kon gevolgd worden en de nakomelingen met
kenmerk konden geteld worden.
De eerste kruising die Mendel deed was een monohybride kruising: hierbij heeft men maar 2
variaties op 1 kenmerk. Mendel deed dit voor 7 kenmerken. Bij de F1 generatie
(nakomelingen van de parentale planten) leken de planten maar op 1 ouder. Dit kenmerk
men dominant, het andere kenmerk noemt men recessief.
De F2 generatie (nakomelingen van de F1 generatie) had wel planten met het recessieve
kenmerk. Na een telling kwam Mendel uit op een 3:1 verhouding.
Deze 3:1 verhouding is eigenlijk 1:2:1 verhouding, ¼ van de planten was dominant raszuiver,
¼ was recessief raszuiver en 2/4 was dominant niet zuiver (kenmerkende verdeling voor een
monohybride kruising).
Hiermee bewees hij dat het erfelijkheidsmodel van toen fout was en gaf een nieuw:
1) Ouders geven discrete informatie van de kenmerken door aan hun nakomelingen.
Deze informatie noemt men de genen.
2) Elke nakomeling ontvangt 1 kopie van een gen van elke ouder
3) Niet elk gen is identiek, de alternatieve vorm van een gen noemt men een allel. Als
men 2 gameten heeft met hetzelfde allel, dan is de nakomeling homozygoot. Is het
allel verschillend dan is de nakomeling heterozygoot.
4) Onder de allelen is er geen menging of verandering van elkaar. Daardoor als de
nakomeling gameten produceert, de allelen willekeurig scheiden in de gameten.
5) Alleen het dominante allel zal voor dat kenmerk geuit worden, het andere wordt
onderdrukt.
Het fenotype van een organisme is de uiterlijke verschijning ervan, het genotype zijn al de
allelen die dat organismen heeft. Zo is de 3:1 verhouding phenotypische verhouding en de
1:2:1 de genotypische verhouding.
Dit leidde ook tot het Principle of Segregation: de twee allelen voor een gen scheiden tijdens
de gameetvorming en worden weer willekeurig verenigd, een van elke ouder, tijdens de
bevruchting.Deze scheiding van de allelen gebeurt in de meiose.
Het Punnett vierkant maakt het mogelijk om deze erfelijkheidstesten symbolisch op te
lossen, zonder dat men honderden planten moet kweken.
Ook menselijke kenmerken zijn dominant en recessief. Omdat men mensen niet kan kweken
zoals planten, onderzoekt men deze kenmerken via stamboomanalyse.
Juveniel glaucoom:
De ziekte zorgt voor de degeneratie van de oogziekte wat uiteindelijk tot blindheid leidt. Uit
een stamboom heeft men kunnen afleiden dat het om een dominant allel gaat, het komt in
elke generatie van de familie voor. Dit is nagenoeg onmogelijk voor een recessief allel,
aangezien men daarvoor grote getallen van ondirecte individuen met het allel dan nodig
heeft
Albinisme:
Hierbij wordt er geen pigment aangemaakt in het haar/huid/ogen. Het is een recessief
kenmerk en verspreidt zich gelijkmatig over mannen en vrouwen. Meestal wordt het
veroorzaakt doordat men een niet-functioneel allel van het enzyme tyrosinase heeft.
Het volgende onderzoek dat Mendel ondernam was dihybride kruisingen, dit zijn kruisingen
waarbij de overerving van 2 kenmerken van de ouders worden gevolgd. De heterozygoten
zijn nu ook dubbel heterozygoot. Na de 3 stadia van zijn experiment kwam Mendel in de F2
generatie aan een 9:3:3:1 verhouding van de onafhankelijke kenmerken. Hieruit volgt zijn 2de
wet van erfelijkheid of the Principle of Independent Assortement: In een dihybride kruising,
sorteren de allelen van elk gen onafhankelijk of met andere woorden de scheiding van de
verschillende allel paren is onafhankelijk. De oorzaak hiervan ligt in de onafhankelijke op
lijning van de chromosomenparen aan de metaplaat in de 1ste metafase van de meiose.
Om de waarschijnlijkheid van een monohybride kruising te voorspellen zijn er een aantal
regels:
 Optelregel: de waarschijnlijkheid dat 2 wederzijds uitsluitende gebeurtenissen
tegelijk gebeuren is de som van hun individuele waarschijnlijkheid.
 Vermenigvuldigingsregel: de waarschijnlijkheid dat 2 onafhankelijke gebeurtenissen
tegelijk gebeuren is het product van hun individuele waarschijnlijkheid.
de vermenigvuldigingsregel kunnen we ook toepassen op een dihybride kruising. Dit komt
omdat we een dihybride kruising kunnen als 2 onafhankelijke monohybride kruisingen. En
omdat ze onafhankelijk zijn mogen we de vermenigvuldigingsregel toepassen.
Mendel heeft ook de testkruising uitgevonden. Bij een testkruising wilt men het onbekende
genotype achterhalen, dit doet men door de onbekende te laten kruisen met de recessieve
homozygoot van dat kenmerk.
Als men na de kruising dan recessieve kenmerken ziet weet men dat de onbekende deze ook
in zijn genotype heeft. Indien niet dan is de onbekende homozygoot voor het dominante
kenmerk.
Uitbreiding op Mendel
Mendel’s erfelijkheidsmodel gaat uit van een paar foute vereenvoudigingen:
 elke kenmerk wordt bepaald door een enkel gen met twee alternatieve allelen




het milieu heeft geen effect op het fenotype van het organisme
er zijn maar 2 allelen voor elk gen
de producten van genen gedragen zich onafhankelijk
er is een dominante-recessieve relatie tussen allelen
In de moderne genetica heeft men ontdekt dat men deze vereenvoudigingen niet zomaar mag weg
laten want ze hebben wel degelijk invloed of zijn fout.
 Zo kan het zijn dat een kenmerk wordt beïnvloed door meer als 1 gen, dit noemt men dan
polygene overerving. Deze kenmerken hebben een continue variatie en als men ze sorteert
bekomt men een klokhistogram. Deze kenmerken noemt men quantitatieve kenmerken: hoe
groter het aantal genen beïnvloeden van een kenmerk, meer continu de verwachte
distributie van de versie van dat kenmerk.
 Genen kunnen meer als 2 allelen hebben. Een voorbeeld hiervan is het menselijke bloedtype.
Hiervoor heeft men 3 allelen die het bloedtype bepalen.




1 allel kan effect hebben op meerdere fenotypes, men noemt dit dan pleiotropie. Zo een allel
kan dan dominant zijn voor het ene kenmerk en recessief voor het andere. Deze allelen
liggen aan de basis van menselijke ziekten als mucovisidose en sikkelcelanemie.
Bepaalde kattensoorten hebben een allel dat alleen de productie toelaat van pigment onder
een bepaalde temperatuur. De extremiteiten (oren, benen, etc.) zullen dus alleen pigment
produceren. Hierbij heeft het milieu dus een grote invloed.
Sommige genproducten reageren wel met elkaar. Dit zorgt ervoor dat de verhouding die men
verwacht bij onafhankelijke sortering (1:2:1, …) veranderd. Dit gebeurt zelf bij genen die op
verschillende chromosomen liggen met onafhankelijke sortering;
De relatie dominant- recessief verbergt een heleboel biochemische reacties. Men heeft
verschillende vormen van dominantie die elk een ander effect hebben op de reacties
 Onvolledige dominantie: hierbij zal de heterozygote nakomeling lijken op beide
ouders en het kenmerk zal tussenin die van de ouders liggen (vb. rood+wit= roos)
 Codominantie: hierbij zal het fenotype van de nakomeling enkele kenmerken tonen
van de fenotypes van de homozygoten. Dit is het geval bij bloedtype.
Hoofdstuk 13
Genen op de geslachtschromosomen
Thomas H. Morgan was de eerste die kon bewijzen dat genen op chromosomen lagen (1910).
Hiermee bewijs hij de chromosomale theorie van overerving voorgesteld door Walter Sutton in 1902.
Na proeven met de fruitvlieg ontdekte Morgan dat het gen voor de oogkleur op het X-chromosoom
ligt. Zo een kenmerk noemt men geslachtsgebonden kenmerken. Het geslacht wordt bepaald door
geslachtschromosoom, een vrouw heeft 2 X-chromosomen en een man 1 X- en Y-chromosoom (bij
mensen). Bij de mens is de standaardembryo vrouwelijk. Het zal pas veranderen als het SRY-gen op
het Y-chromosoom wordt geactiveerd.
Uitzonderingen hierop bevestigen dit mechanisme, zo kan er een deel van Y-chromosoom over gaan
naar het X-chromosoom en een vrouwelijk individu (XX) zal toch ontwikkelen tot man. Een andere
genetische aandoening zorgt ervoor dat de mannelijke hormonen geen effect hebben en een XYindividu zich vrouwelijk ontwikkelt. Dit kan ook gebeuren na een mutatie van het SRY-gen.
Op het Y-chromosoom zitten er maar weinig allelen dit heeft als gevolg dat de recessieve allelen op
het X-chromosoom vaak tot uiting komen omdat deze geen actieve tegenhanger hebben. Bij andere
soorten heeft het milieu soms invloed op het geslachtsbepalende gen.
Ook deze chromosomen kunnen ziektes op zich dragen, een ervan is hemofilie. Het een recessief allel
op het X-chromosoom. Daardoor zullen de mannen het zeker vertonen en zijn heterozygote vrouwen
drager. Het allel beïnvloed een proteïne in een reeks van eiwitten die zorgen voor het vormen van
bloedklonters. Bij mensen die de ziekte hebben zullen wondjes niet vanzelf stoppen met bloeden.
Aangezien vrouwelijke individu’s 2 X-chromosomen hebben moet er 1 worden gedeactiveerd om
gelijke genexpressie te hebben als een man. Dit noemt men doseringscompensatie. Als het geslacht
van het individu bepaald is zal het bij vrouwen als in de embryonale fase X-chromosomen
deactiveren. Het X-chromosoom dat gedeactiveerd wordt verschilt van cel tot cel is willekeurig. Het
X-chromosoom zal dan condenseren tot een Barr-lichaampje en zich hechten aan het nucleair
membraan. De deactivatie heeft als gevolg dat als een vrouw heterozygoot is voor een bepaald allel
op het X-chromosoom het in sommige cellen wordt geuit en in andere niet vb. lapjeskat. Men noemt
dit genetisch mozaïek.
Uitzonderingen op de chromosoomtheorie
Mitochondrieën en chloroplasten bevatten ook DNA dat niet word doorgegeven via Mendeliaanse
overerving. Al s een zygote gevormd wordt zal deze van elke ouder evenveel genetisch materiaal
ontvangen maar al het mitochondriaal en chloroplastisch DNA komt van een enkele ouder meestal
de moeder. Dit noemt men maternale overerving.
Gene mapping
Men kan genen in kaart brengen dankzij crossing-over. Want als er een crossing-over gebeurt
worden de allelen gerecombineerd en vormen ze recombinante gameten.
De afstand tussen genen staat in verhouding tot de frequentie van de recombinante gebeurtenissen
dit wil dus zeggen dat als de afstand op het chromosoom verhoogt, dan zal ook de kans op
recombinatie verhogen (A. Sturtevant). Dit leidde tot de “formule” van recombinatiefrequentie:
 Recombinatiefrequentie=
𝑟𝑒𝑐𝑜𝑚𝑏𝑖𝑛𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑛𝑎𝑘𝑜𝑚𝑒𝑙𝑖𝑛𝑔𝑒𝑛
𝑡𝑜𝑡𝑎𝑎𝑙 𝑎𝑎𝑛𝑡𝑎𝑙 𝑛𝑎𝑘𝑜𝑚𝑒𝑙𝑖𝑛𝑔𝑒𝑛
De eenheid hiervan is 1 centimorgan (cM) of 1 map unit en komt overeen met 1%.
Als de homologen een 2de crossing-over ondergaan op dezelfde loci dan is het parentaal DNA terug
hersteld. Hierdoor is er een onderschatting van de echte genetische afstand. De relatie afstandchromosoom is hierdoor niet meer lineair:
Op groter afstanden hebben meerdere recombinaties plaats (gevolg uit A.Sturtevant) dit zorgt
ervoor dat bij oneven crossing-overs recombinante gameten worden gevormd, en bij even de
parentale gameten. Als men dan nog verder gaat zullen het aantal recombinante gameten gelijk
worden aan de parentale gameten en de loci zullen onafhankelijke verscheidenheid tonen.
Om te weten of 2 genen op een grotere afstand crossing-over hebben gedaan voert men een
driepuntstestkruising uit. Zo is het probleem van even crossing-overs opgelost omdat men aan het
derde gen kan zien of er een crossing-over is gebeurt.
 Het menselijk genoom:
Tot in 1980 was men afhankelijk van historische stambomen om menselijke genen in kaart te
brengen. Er konden ook geen merkers worden gebruikt omdat het menselijk genoom zo
groot is. Dit veranderde met de anonieme merkers, genetische merkers die opgespoord
kunnen worden aan de hand van moleculaire technieken maar die geen fenotype
veroorzaken. Van deze merkers heeft men er duizenden kunnen vinden en heeft men een
map kunnen maken van het menselijk genoom.
Met deze informatie kan men nu nog verder gaan. Met behulp van SNP’s (= sinle-nucleotide
polymorphims) kan men enkelvoudige basen identificeren en in kaart brengen. Zo kan men
personen vergelijken, de genetische kaart van een persoon een hogere “resolutie” geven
waardoor er in de forensische analyse minder fouten in kunnen gemaakt worden.
Genetische aandoeningen
1. Sikkelcelanemie
Het is eerste ziekte waarvan men heeft kunnen aantonen dat het wordt veroorzaakt door
een mutatie in een proteïne. De ziekte tast de hemoglobine aan zodat er een verstoorde
zuurstoftoevoer is naar de weefsels. De hemoglobine gaat door de mutatie aan elkaar
beginnen te plakken en karakteristieke vorm aannemen van een sikkel.
Homozygoten voor deze ziekten hebben een verminderde levensduur en onderbroken
ziekteprofiel. De heterozygoten lijken normaal maar hun bloedcellen hebben een
verminderde eigenschap om zuurstof te dragen. Het blijkt wel dat de heterozygoten een
verhoogde weerstand hebben tegen de parasiet die malaria veroorzaakt.
2. Nondisjunctie
Dit is het falen van homologe of zuster chromatiden om te scheiden tijdens de meiose.dit
leidt tot verschillende genetische aandoeningen:
 Aneuploïdie, hierbij verliest of krijgt men een extra chromosoom. De individu dat
een chromosoom verliest heeft monosomie. Deze individu’s overleven de
embryonale fase niet. Personen die een extra chromosoom verkrijgen hebben
trisomie. Dit is alleen levensvatbaar voor de chromosomen (menselijk)
13,15,18,21,22. Bij de eerste 3 zullen de personen zware lichamelijk defecten
ontwikkelen en sterven binnen een paar maanden. Bij trisomie 21 en 22 zal de
ontwikkeling van het skelet vertraagd zijn en verkrijgt men korte, slechte
spierspanning. Trisomie 21 is dan ook nog eens gekenmerkt met een mentale
handicap. Trisomie werd het eerst beschreven in 1866 door J.langdon Down en word
daarom ook Down syndrome genoemd. De ziekte wordt beïnvloed door de leeftijd
van de moeder. Dit komt omdat de eicellen van een vrouw worden gemaakt in de
embryonale fase. Als de vrouw kinderen krijgt zijn de eicellen even oud als de vrouw.
Hierdoor is er een grotere kans dat celdelings problemen zich hebben verzamelt in
de vrouwelijke gameten.
3. Nondisjunctie van de geslachtschromosomen
Deze non-disjunctie veroorzaakt minder problemen, de personen bereiken vaak
volwassenheid en zijn vruchtbaar.
 XXX zygote: hierbij is er zygote gevormd met een X gameet en een XX gameet. De
persoon zal een vrouw worden met 1 actieve X-chromosoom en 2 Barr-lichaampjes
 XXY zygote: de persoon zal mannelijke zijn van geslacht maar met veel vrouwelijke
kenmerken met soms mentale achterstand. Dit noemt het Klinefelter syndroom.
 YO: er wordt een zygote gevormd tussen een Y gameet en een gameet zonder
geslachtschromosoom, het individu is niet levensvatbaar.
 XO: de persoon zal ontwikkelen tot een vrouw met lichamelijke aandoeningen. Ze
zal steriel zijn, de voortplantingsorganen zullen zich nooit volledig ontwikkelen en
een ingekorte nek. De mentale capaciteiten van deze persoon zullen laag tot
normaal zijn. Dit noemt het Turner-syndroom.
 XYY: de persoon zal ontwikkelen tot een normale man, dit noemt het Jacob
syndroom;
4. Genomische inprenting
Hierbij is het fenotype dat vertoond wordt bij de nakomeling afhankelijk van welke ouder de
nakomeling het allel heeft gekregen. Sommige genen zijn geïnactiveerd in de vaderlijke
kiembaan en komen dus niet tot uitdrukking in de zygote. Andere genen worden
geïnactiveerd in de moederlijke kiembaan met dezelfde resultaat. Dit maakt de zygote
haploïde voor een ingedrukt gen. Prader-Willi syndroom en Angelman syndroom worden
beiden veroorzaak door een deletie op chromosoom 15. Als chromosoom 15 met de deletie
geërfd is van de vader dan zal de nakomeling PWS vertonen. Komt het van de moeder zal het
kind AS vertonen.
5. Opsporing van genetische aandoeningen
Men heeft verschillende manieren om genetische aandoening op te sporen:
1) Stamboomanalyse:door de stamboom van een persoon te analyseren kan met soms
de waarschijnlijkheid berekenen of die persoon een drager is van een bepaalde
genetische aandoening.
2) Amniocentesis of vruchtwaterpunctie: hierbij gaat men met een naald amniotische
vloeistof opzuigen. In de vloeistof zitten cellen van foetus die men kan laten groeien
in cultuur en analyseren.
3) Chorionische vlokkentest: hierbij worden er cellen verwijderd van het chorion. Men
doet hetzelfde als bij de vruchtwaterpunctie alleen heeft men sneller resultaat.
Hoofdstuk 14
Aard van het genetische materiaal
 Frederick Griffith:1928
Griffith deed experimenten met de bacterie die longontsteking veroorzaakt. Hij werkte met
de normale vorm (de ziekteverwekker) enen mutatie ervan (veroorzaakt geen ziekte). Nadat
hij muizen injecteerde met de normale vorm, de mutatie en een mengeling waarbij de
normale was afgedood waren dit de resultaten:
 De normale vorm leidde tot ziekte en uiteindelijk de dood
 De mutatie zorgde voor geen ongemakken
 Het mengsel leidde terug tot ziekte en de dood.
Griffith besloot dat de informatie die de virulentie (=het ziekteverwekkend vermogen)
bepaalde overgedragen was van de dode cellen naar de ongevaarlijke gemuteerde cellen, hij
noemde dit tranformatie.
In de moderne genetica weten we dat DNA werd overgedragen tussen de verschillende
cellen
 Avery, Macleod and McCarty:1944
Ze herhaalden het experiment van Griffith maar verwijderden van de bacteriën bijna alle
proteïnen. Ze merkten dat er geen reductie was in de transformatie activiteit, meer nog het
afgezonderde product had de karakteristieken van DNA:
1) De elementaire compositie kwam overeen met DNA
2) Na centrifugatie bleek het dezelfde dichtheid te hebben als DNA
3) De vetten en proteïnen verwijderen leverde geen verminderde activiteit op
4) Alleen DNA-verterende enzymen zorgden ervoor dat de activiteit
verminderde/stopte.
Deze experimenten steunde de theorie dat DNA het genetisch materiaal is.
 Hershey and Chase
Zij deden experimenten met bacteriofagen, virussen die alleen bacteriën infecteerden en
bestonden uit DNA en proteïnen. Een deel van de fagen werd gemerkt met radioactief
zwavel, dit kwam dan in de proteïnen terecht van de fagen werd gemerkt met radioactief
fosfor wat in het DNA terecht kwam. Ze lieten de fagen bacteriën infecteren en zorgden
ervoor dat ze na de infectie de fagen op het oppervlak va de bacterie verwijderden. Hiermee
verzekerden dat ze alleen het genetisch materiaal detecteerden.
Ze concludeerden dat het DNA het genetische materiaal was.
DNA-structuur
DNA is een nucleïnezuur dat bestaat uit nucleotiden. Deze nucleotiden zijn opgebouwd uit 4
hoofdcomponenten:
1. Een 5-koolstof suiker, deoxyribose
2. Een fosfaatgroep die aan 5de koolstof is gebonden van het suiker
3. Een stikstofbase, hierin heeft men 2 groepen de purines (adenine, guanine) en de
pyrimidines (cytosine, thymine en uracil (alleen in RNA ter vervanging van thymine)
4. Een vrije hyrdoxylgroep die vastzit aan de 3de koolstof van het suiker
De nucleotiden zullen een keten vormen m.b.v. een fosfodiëster binding( in DNA en RNA), dit
is een binding gevormd wordt tussen de fosfaatgroep en de OH-binding op het 3de koolstof
van de volgende nucleotide. Deze keten heeft een 5’-naar-3’ oriëntatie.
 Erwin Chargaff ontdekte dat DNA ondanks de weinige bouwstenen geen simpel herhalend
polymeer is. Hij ontdekte wel een aantal regels inzake de stikstofbasen:
I.
De hoeveelheid adenine is altijd gelijk aan de hoeveel thymine
II.
De hoeveelheid guanine is altijd gelijk aan de hoeveelheid cytosine
III.
Hieruit volgt dat er altijd een gelijke verhouding van purines en pyrimidines is.
 Rosalind Franklin voerde een X-straal diffractie om DNA te analyseren. Bij X-straal diffractie
gaat men een molecule bombarderen met X-stralen, deze stralen gaan dan afbuigen door de
moleculen die ze tegen komen waarna er een patroon kan worden gevonden op een
fotografische film. Zo ontdekte ze dat DNA de vorm had van een helix, deze een diameter
heeft van 2nm en elke 3,4 nm een volledige draai maakt.
 In 1953 leidde Watson en Crick een structuur af voor DNA uit de vorige bevindingen. Ze
komen tot een dubbele helix: de strengen zijn polymeren van nucleotiden die worden
ondersteund door de fosfodiëster ruggegraat (herhalende suiker en fosfaatgroepen
gebonden door de fosfodiëster binding). De strengen zijn antiparallel (1 keten van 5’ naar 3’
en de andere omgekeerd) en slingeren rond 1 as. Ze worden bij elkaar gehouden door de
complementaire base ( A&T, G&C) wat zorgt voor een consistente diameter. Dit hebben ze
kunnen afleiden zonder zelf 1 experiment te doen.
DNA replicatie
Bij replicatie moeten de dochterstrengen volledig gelijk zijn aan de parentale strengen. Hiervoor zijn
drie modellen mogelijk die dit toelaten:
1. Conservatief: de parentale dubbele helix blijft intact en de nieuwe copies bestaan uit
volledige nieuwe moleculen.
2. Semi-conervatief: hierbij worden de parentale strengen uit elkaar getrokken. Hierop
wordt dan een complementaire streng gebouwd bestaande uit nieuwe moleculen.
De dochtercellen bestaan dus uit 1 nieuwe streng en 1 parentale streng
3. Dispersief: kopieën van het DNA zou bestaan uit mengsels van parentale en nieuw
gesynthetiseerde strengen
In 1958 voerde M. Meselson en F. Stahl een experiment uit om te achterhalen welk model klopte. Ze
zouden DNA voor 2 replicaties volgen adhv zware stikstof (stikstofbasen). De eerste replicatie deden
ze op een medium met de zware stof, de 2de replicatie gebeurde op een medium met normale
stikstof. Ze extraheerden het DNA en centrifugeerde dit. Na centrifugatie bleek het semiconservatieve model te kloppen want:
I.
2 dichtheden werden niet waargenomen na de eerste ronde m.a.w. het conservatieve
model klopt niet
II.
Na de 2 ronde had men wel 2 banden van verschillende dichtheid met de 2 dichtheid tussen
die van zware en normale stikstof in
Om replicatie uit te voeren heeft men 3 dingen nodig: iets om te kopiëren (=het ouderlijk DNA), iets
wat het kopiëren uitvoert (=enzymen) en bouwstenen om het kopiëren mogelijk te maken
(=nucleotide fosfaten). Replicatie bestaat uit 3 opeenvolgende processen: initiatie: het begin van de
replicatie, elongatie: de nieuwe DNA strengen worden aangemaakt, terminatie: de replicatie wordt
beëindigt.
De elongatie wordt mogelijk gemaakt door DNA polymerase, dit enzym paart de bestaande DNAbasen met de complementaire nucleotiden. DNA polymerase synthetiseert alleen in 5’-naar 3’
richting en om te beginnen moet er eerst een primer aangemaakt worden dat alleen kan door RNA
polymerase.
Prokaryote replicatie
Eukaryoten hebben een enkel circulair DNA-streng. De replicatie begint aan de origin en stopt aan de
de termination. De replicatie word uigevoerd door 2 polymerasen die in tegengestelde richting
werken.
In E.coli heeft men 3 verschillende DNA polymerasen kunnen onderscheiden. Elk hebben ze een
verschillende functie:
 DNA polymerase 1: werkt op de achterliggende streng of lagging strand, het verwijderd de
primers om de lagging strand en vervangt ze door DNA.
 DNA polymerase 2: deze polymerase zorgt niet voor de aanmaak van een nieuwe streng
maar staat in voor het herstel van DNA.
 DNA polymerase 3: het is deze polymerase dat fungeert als hoofd replicatieënzyme. Het
zorgt voor de aanmaak van het DNA op de parentale strengen.
Naast deze functie’s hebben de polymerasen ook bijkomende enzymactiviteiten, met name de
eigenschap om fosfodiësterbindingen tussen nucleotiden te breken. Als dit gebeurt binnen het DNA
zelf dan spreekt men van endonucleases, gebeurt dit op het einde van de DNA streng dan noemt
men ze exonucleases.
Pol 1, Pol 2 en Pol 3 hebben allemaal een exonuclease activiteit: dit gaat in de 3’-naar-5’ richting
(omgekeerde richting van de synthese), hierbij gaan ze de streng dan proeflezen en de foute basen
verwijderen. Pol 1 heeft ook nog een 5‘-naar-3’ exonuclease activiteit.
Om het DNA te repliceren moet het eerst ontwonden worden, dit word gedaan door de Helicasen die
daarvoor ATP gebruiken. De enkele strengen van DNA die ontstaan door de ontwinding zijn
onstabiel,dit komt omdat de hydrofobe basen worden blootgesteld aan het waterig milieu. Dit wordt
opgelost doordat de cel het proteïne SSB (single-strand-binding) gebruikt om de strengen te
bedekken en zorgen dat ze niet terug aan elkaar binden.
De ontwinding van het DNA zorgt ook voor torsiespanning verderop in het DNA molecule. DNA is van
nature al opgewonden en zal door de ontwinding verder opwinden, dit zorgt voor een effect
genaamd supercoiling, dit noemt men ook de topologische toestand van DNA. Deze wordt tegen
gegaan door het enzym topoisomerase. DNA gyrase zal dan verder helpen bij de replicatie.
Door de antiparallelle bouw van DNA heeft bij de ontwinding een leading strand of leidende streng
en lagging strand of trage streng. Bij de trage streng moet de DNA replicatie gebeuren in
omgekeerde syntheserichting van polymerase (3’-naar-5’). Om de replicatie te beginnen wordt de
helix gedeeltelijk geopend en vormt een replicatievork. DNA primase op RNA polymerase zal een
primer aanmaken voor DNA polymerase, deze wordt later verwijderd en vervangen door DNA.
 Synthese aan de leidende streng:
op de primer zal DNA Pol 3 binden en beginnen aan de replicatie. Omdat Pol 3 gedurende de
hele synthese blijft zitten heeft deze een speciale eigenschap: het vermogen van een
polymerase om vast te blijven zitten aan de matrijs wordt processivity genoemd. Pol 3 blijft
op de streng zitten dankzij de β-subeenheid. Deze eenheid bestaat uit 2 identieke proteïnen
die samen een cirkel vormen, het is deze cirkel dat zal fungeren als een klem om Pol 3 vast te
houden. De structuur wordt de slinding clamp genoemd. Men noemt deze synthese continu.
 Synthese op de trage streng:
De synthese van DNA gebeurt hier in stukjes, deze stukjes DNA worden Okazaki fragmenten
genoemd. Pol 2 zorgt voor de aanmaak van de Okazaki fragmenten. Voor elk Okazaki
fragment word er een nieuwe primer gemaakt, dit gebeurt door Pol 1. Dit komt omdat het
zijn 5’-naar-3’ exonuclease activiteit gebruikt om de primers te verwijderen om dan volgens
normale synthese te vervangen door DNA. DNA ligase zorgt er dan voor dat de opening
tussen de Okazaki fragmenten word gesloten.
De DNA replicatie kan men bezien als een celorganel, dit noemt men het replisoom. Het bestaat uit
2 delen: het primosoom en een complex van de 2 DNA Pol 3 enzymen. Het primosoom bestaat uit
primase (=RNA polymerase) en helicase samen met een paar bijkomstige proteïnen. Het complex
bestaat uit de Pol 3 enzymen en hun klemmen.
Het replisoom wordt bij elkaar gehouden door proteïnen, 1 van deze proteïnen is de clam loader. Die
zorgt voor het aanbrengen van een klem op de trage streng en de verplaatsing van Pol 3 naar deze
nieuwe klem.
Eukaryote replicatie
Eukaryoot DNA is groter en lineair, dit zorgt voor een moeilijkere replicatie. Alle 3 de domeinen
gebruiken soortgelijke proteïnecomplexen voor DNA replicatie. Het proces bij eukaryoten is
complexer prokaryoten maar de basis blijft hetzelfde:
 de primase is een mengeling van RNA primase en DNA polymerase , het maakt eerst de
primers die dan worden verlengd met DNA om finale primer te maken
 het hoofd polymerase enzyme bestaat uit 2 enzymes: Pol ε en Pol δ


De klem noemt PCNA dit komt omdat het eerst was geïdentificeerd als een anti-lichaam
inducerende proteïne in delende cellen.
Door de enorme hoeveel van data zou het een hele tijd duren eren de replicatie voltooid is,
dit lost de cel op doordat er meerdere origins zijn op de chromosomen. Een gevolg daarvan is
dat er dus ook meerdere replicons zijn. De origins zijn niet zo speciefiek als bij eukaryoten,
hun herkenning gebeurt dankzij chromatine structuur en volgorde van de aminozuren.
Op het einde van eukaryote chromosomen vindt men telomeren. Deze structuren beschermen de
uiteinden tegen nucleasen en behouden de integriteit. Ze bestaan uit specifiek DNA gemaakt door
telomerase. Dankzij de specifieke synthese richting van de polymerase, lineaire chromosomen en de
primer worden de chromosomen elke deling korter. Dit komt omdat bij de trage streng aan het 3’
uiteinde een gat blijft nadat de primer verwijderd is. Telomerase gebruikt een eigen RNA-template
om telomeren te maken. Dit heeft als voordeel dat het enzyme kleine stukjes enkelstrengig DNA kan
maken, het replisoom maakt dan de andere streng. Dit complete stuk wordt dan aan het
chromosoom gehangen en nu kan polymerase verder aanbouwen.
DNA herstel
Fouten in het DNA kunnen gebeuren in de replicatie, ze kunnen ook ontstaan door mutagenen: een
stof die het DNA beschadigt en mutaties veroorzaakt (vb UV-licht, X-stralen,…). Ze worden tegen
gegaan doordat de polymerasen kunnen proeflezen en doordat er herstelmechanismen zijn
aangemaakt. Deze vallen in 2 categorieën:
 Specifiek herstel
Hierbij gaan de systemen zich richten op een 1 mutatie en alleen deze herstellen.
1. Fotoherstel: dit is eenbeschadiging die wordt veroorzaakt door UV-licht. Het UV-licht
zorgt ervoor dat dat 2 naburige thymines gaan binden met elkaar en een thymine
dimeer vormen. Hetstel hiervan gebeurt door het enzym fotolyase. Dit enzym gaat
boven het dimeer zitten en gebruikt dan licht uit het zichtbaarspectrum om energie
te verzamelen. Deze energie word dan gebruikt om de thymines te breken en het
DNA in zijn oorspronkelijke vorm te krijgen.
 Niet-speciefiek herstel
Hierbij gebruikt de cel 1 systeem dat vele beschadigingen kan herstellen.
1. Excisieherstel: het beschadigde gebied wordt herstelt en verwijderd. Na verwijdering
zal Pol 1 of Pol 2 zorgen voor vervanging van het verwijderde gebied.
Hoofdstuk 15
Hoofdstuk 16