DNA ZOPM - Natuurwetenschappen

7 Staat het in de genen geschreven?
7.1 Van celkern tot DNA en gen
In de cel komen kern- of nucleïnezuren voor: DNA (desoxyribonucleïnezuur) en RNA
(ribonucleïnezuur). DNA bevindt zich vooral in de celkern en bevat het patroon om een cel en een
organisme op te bouwen. Die gegevens van het DNA noemen we de genetische informatie. Iedere cel
van ons lichaam bevat alle genetische informatie voor het organisme behalve de rijpe zaadcel en de
eicel. Zij beschikken over de helft van het genetische materiaal en worden apart besproken.
7.1.1 Structuur van DNA
Cellen uit een uienvlies
In 1953 slaagden Francis
Crick en James Watson erin
de bouw van DNA te
ontrafelen.
Hun besluit: “DNA bestaat uit
twee op elkaar passende
ketens die opgebouwd zijn uit
drie
soorten
bouwstenen:
suiker (desoxyribose), fosfaat
en basen”
In het DNA kunnen er vier verschillende basen voorkomen: thymine (T), adenine (A), cytosine (C) en
guanine (G).
In werkelijkheid zijn de twee DNA-helften
spiraalvormig rond elkaar gedraaid. Ze
worden bijeen gehouden door bindingen
(waterstofbruggen) tussen de basen. Een
adenine bindt altijd met een thymine, een
guanine bindt altijd met een cytosine. Bij
elkaar horende partners als A en T noemen
we een basenpaar.
Eén menselijke cel bezit 2800 miljoen basenparen. Die 2800 miljoen basenparen worden verdeeld
over 46 DNA-draden. Normaal gezien heeft iedere menselijke cel dus 46 ‘kerndraden’. Mensen met
het syndroom van Down (mongooltjes) hebben 47 kerndraden in hun cellen. Bacteriën hebben slechts
één kerndraad, apen dan weer 48 kerndraden.
Stuurgroep NW- VVKSO
42
Even nadenken
1 In een menselijke huidcel werd de volgende basensamenstelling gevonden:
T
A
C
G
30,1
30,1
19,9
19,9
Welke basensamenstelling zal je vinden in een niercel van die mens?......................................
Leg uit: ……………………………………………………………………………………………………
……..…………………………………………………………………………………………………………..
2
In een DNA-fragment werd er 20% thymine gevonden.
a Hoeveel procent guanine bevat dat fragment? .............................................................................
b Wat is de basensamenstelling van het fragment? ........................................................................
7.1.2 Isolatie van DNA uit kiwi
Je kan eenvoudig het DNA uit een sappige kiwi isoleren. Volg de werkwijze hieronder.
Schil de kiwi en plet hem tot moes met een vork. Hoe fijner hoe beter. Giet de moes in een bekerglas.
Voeg drie gram keukenzout toe en 10 ml vloeibare zeep. Voeg er al roerend 100 ml water aan toe.
Na de mechanische afbraak van het weefsel helpen zout en zeep bij de afbraak van het cel- en
kernmembraan. DNA vlokt uit met zout. Het complex gevormd tussen detergent en membraancomponenten slaat neer.
Zet dit mengsel eerst gedurende 15 minuten in een waterbad van 60°C.
Hierdoor denatureren de enzymen die normaal het DNA zouden afbreken in een beschadigde cel.
Het DNA blijft aldus intact
Koel het mengsel daarna gedurende 5 minuten af in een ijswaterbad.
Dit vertraagt de afbraak van DNA die anders bij de hoog blijvende temperatuur zou optreden.
Mix alles krachtig gedurende 5 seconden (niet langer!)
Door kort te mixen worden de celwanden en de plasmamembranen verder afgebroken waardoor
het DNA kan vrijkomen zonder het DNA te breken.
Stuurgroep NW- VVKSO
43
Giet het mengsel door een filter in een brede reageerbuis of champagneglas.
Druppel voorzichtig 9 ml ijsgekoelde alcohol langs de wand van de reageerbuis. Zorg ervoor dat de
twee vloeistoffen gescheiden blijven. Na 2 à 3 minuten vind je op de scheidinglaag van de vloeistoffen
een witte neerslag van DNA.
Zuig met een pipet de witte dradige massa op en laat ze uitvlokken in een 4% zoutoplossing. Er
ontstaat een wit neerslag. Breng met een pasteurpipet wat van de neerslag op een wit papiertje en
voeg er universeelindicator aan toe.
Vaststelling: ................................................................................................................................................
7.1.3 DNA: sleutel van de erfelijkheid
Verschillende experimenten toonden aan dat DNA de drager is van de erfelijke kenmerken.
Het experiment van Hammerling
Acetabularia is een ééncellig wiertje waarvan er
verschillende soorten bestaan:
 A. Mediterranea heeft een effen scherm
 A. Crenulata een gelobd scherm.
De kern van dit wier zit aan de basis.
Wanneer Hammerling de schermpjes verwijderde en
een stengeltje van A. Crenulata liet vergroeien met de
basis van A. Mediterranea, dan ontwikkelde er effen
scherm op de stengel van A. Crenulata.
Verklaring:
…………………………………………………………….
…………………………………………………………….
……………………………………………………………..
……………………………………………………………..
…………………………………………………………….
…………………………………………………………….
In 1944 werd bewezen dat de erfelijke aanleg
van organismen is vastgelegd in de DNAmoleculen, in de vorm van genen. Een gen is
een concreet stukje van de DNA-molecule
dat codeert voor de vorming van een
concreet eiwit met een welbepaalde functie.
De code zit in de opeenvolging van de
basen. Een welbepaalde volgorde van basen
geeft een welbepaald gen. Alle genen samen
vormen de genetische informatie van dat
individu. Men spreekt ook van het genoom.
Een verandering in de volgorde van de basen van een gen kan een afwijking veroorzaken. Zo is
mucoviscidose (= taaislijmziekte) het gevolg van een fout in één van de duizenden basenparen van
een bepaald gen.
Stuurgroep NW- VVKSO
44
Niet alle DNA-materiaal in de cel heeft een coderende functie. Voor de mens is dat ongeveer 3%. De
erfelijke informatie in het DNA-materiaal van een gen moet dan nog worden vertaald in
eigenschappen voor het individu. Dit vertalen gebeurt steeds door eiwitten te vormen met een
welbepaalde functie.
7.1.4 Hoe kopiëren onze cellen het DNA?
Een DNA-molecule moet niet alleen erfelijke informatie kunnen opslaan, ze moet bij celdeling die
informatie ook heel juist kunnen doorgeven aan de dochtercellen. Daarom wordt de DNA-molecule
eerst verdubbeld vooraleer een cel gaat delen. Bij deze DNA-verdubbeling of DNA-replicatie is het
nieuwgevormde DNA identiek aan het oude.
Bij de DNA-verdubbeling ritst de spiraal als het
ware open en tegenover iedere helft wordt een
nieuwe helft gevormd. De twee nieuwe DNAketens zijn identiek aan elkaar en aan de
oorspronkelijke keten. Ze worden verdeeld over
twee nieuwe cellen. Zo wordt de erfelijke informatie
van de ene generatie cellen aan de volgende
doorgegeven.
Tijdens de DNA-verdubbeling kunnen fouten
optreden
zoals
een
verandering
in
de
basenvolgorde. Men spreekt dan van een mutatie.
Soms zijn maar één of enkele basenparen van het
DNA gewijzigd. Dan spreekt men van een
puntmutatie. Mutaties zijn meestal het gevolg van
uitwendige factoren die op het DNA inwerken,
maar kunnen ook spontaan optreden. Ze worden
van de ene generatie cellen op de andere
overgedragen en kunnen al dan niet afwijkingen
teweegbrengen.
Vul onderstaande voorstelling van de DNA-replicatie aan met de juiste basen op de juiste plaatsen.
7.2 Van DNA en gen tot menselijk eiwit
7.2.1 Voedseleiwitten en menselijke eiwitten
Alle eiwitten zijn opgebouwd uit verschillende aminozuren die door condensatiereacties chemisch aan
elkaar worden gebonden en zo ketens vormen. Een eiwit kan uit verschillende ketens bestaan. De
chemische eigenschappen van de aanwezige aminozuren dwingen de ketens op bepaalde plaatsen
Stuurgroep NW- VVKSO
45
samen te vouwen waardoor een ruimtelijke structuur ontstaat. De vorm daarvan is van
doorslaggevend belang voor de werking en de functie van het eiwit.
De informatie die de volgorde van de aminozuren in de eiwitketens van een levend organisme
bepaalt, ligt besloten in de volgorde van de basenparen in het DNA, in de genetische code. Een gen is
het stukje DNA dat codeert voor een welbepaalde eiwitketen van die organismen.
In een menselijk eiwit zitten soms honderden aminozuren, maar maximaal twintig verschillende. De
eiwitten in onze voeding hebben een andere volgorde van aminozuren dan onze lichaamseigen
eiwitten. Voedseleiwitten worden in de maag en de darm afgebroken tot aminozuren. Deze
aminozuren gaan dan via het bloed naar de cel, waar ze aaneengeschakeld worden tot lichaamseigen
eiwitten. Sommige aminozuren kan ons lichaam zelf maken. Andere aminozuren moeten we opnemen
met de voeding en worden essentiële aminozuren genoemd.
7.2.2 De eiwitsynthese
In het DNA bevindt zich het patroon om de eiwitten te maken. Om de eiwitten te bouwen speelt een
tweede nucleïnezuur, het ribonucleïnezuur RNA, een belangrijke rol.
1
Vergelijking DNA en RNA
Kort na de ontdekking van het DNA werd een gelijkaardige stof ontdekt, het RNA. Bij hydrolyse van
DNA en van RNA worden bijna dezelfde bouwstenen gevonden: de nucleotiden. Een nucleotide
bestaat steeds uit een organische base, een suiker en fosforzuur.
DNA
RNA
Een nucleotide bestaat uit:
- de basen: adenine (A), guanine (G), cytosine
(C) en thymine (T)
- een suiker: desoxyribose
- fosforzuur.
Een nucleotide bestaat uit:
- de basen: adenine (A), guanine (G), cytosine
(C) en uracyl (U)
- een suiker: ribose
- fosforzuur.
DNA bestaat uit twee complementaire helften, is
een dubbelstrengige en lange keten.
RNA bestaat uit een enkelvoudige keten, is een
enkelstrengige en korte keten.
DNA komt vooral voor in de celkern.
RNA komt voor in en buiten de celkern.
Stuurgroep NW- VVKSO
46
2
Hoe verloopt de eiwitsynthese?
De volgorde van de basen vormt de code die kan afgelezen worden en die vertaald wordt. Het DNA zit
in de kern van de cel en eiwitten worden gemaakt op de ribosomen, die zich in het cytoplasma op het
endoplasmatisch reticulum bevinden. De informatie van de kern moet dus naar het cytoplasma
worden gebracht worden. Dit gebeurt door het boodschapper-RNA, ook het messenger-RNA of
kortweg m-RNA genoemd, dat de basenopeenvolging van één keten van het DNA ‘overschrijft’.
Messenger-RNA wordt gemaakt in de kern, complementair aan een gedeelte van één van de twee
DNA-helften. Tegenover de letters ATGCCATGG van de DNA-helft maakt het RNA de keten
UACGGUACG. Dit proces van overschrijven noemen we transcriptie.
DNA
RNA
ATG CCA TGG
UAC GGU ACG
Schema van de replicatie van DNA (links) en van de transcriptie van DNA naar m-RNA (rechts)
Uit Materie en leven – Natuur & Techniek
Het m-RNA wordt in de cel afgelezen per drie basen. Zulk triplet van 3 basen op het m-RNA wordt
codon genoemd. Het m-RNA verlaat de kern via de kernporiën en begeeft zich naar de ribosomen. De
ribosomen schuiven stuk voor stuk langs de m-RNA draad. In het ribosoom wordt dat RNA vertaald
naar een eiwit met behulp van transport-RNA moleculen (t-RNA) die telkens een codon van 3 basen
op het m-RNA herkennen. Het codon van het m-RNA bindt zich aan het anticodon, de 3 basen op het
t-RNA, die elk een bepaald aminozuur meedragen. De transport-RNA’s brengen zo de gepaste
aminozuren mee, waaruit het eiwit wordt opgebouwd. Door dit mechanisme worden alle aminozuren in
de juiste volgorde aan elkaar gekoppeld zodat er een welbepaald eiwit ontstaat. Deze opbouw van
eiwitten aan de hand van de m-RNA-code noemt men translatie.
Om nauwkeurig te kunnen werken moet de cel ‘weten’ waar het overschrijven van het DNA naar
m-RNA moet beginnen en moet eindigen. Daarom bestaan er start- en stop-codons. Om te weten
wanneer het overschrijven moet beginnen bestaat er een genregulatiesysteem. Een stuk DNA,
gelegen vóór het gen, kan geblokkeerd of gedeblokkeerd worden, zodat de transcriptie niet of wel kan
doorgaan.
Stuurgroep NW- VVKSO
47
Onderstel dat de bovenste keten van volgend DNA-fragment wordt gekopieerd:
GCT TGA GCT CGC
CGA ACT CGA GCG
dan ontstaat door transcriptie volgende m-RNA molecule:
CGA ACU CGA GCG
De codons van deze m-RNA binden zich aan volgende anticodons van het t-RNA
GCU UGA GCU CGC
Deze anticodons brengen de volgende aminozuren aan (zie codonzon):
Arginine – threonine – Arginine - Alanine
en plaatsen die in de volgorde zoals vastgelegd in de m-RNA. Aldus ontstaat het menselijk eiwit.
De codonzon toont de codons van het m-RNA met de corresponderende aminozuren. De eerste letter
van het basentriplet bevindt zich in de binnenste kring, de tweede in de middelste en de derde in de
buitenste. Het codon CCA van het m-RNA codeert dus voor het aminozuur proline. Dit betekent dat
het codon CCA van het m-RNA zal binden aan het anticodon GGU van het t-RNA dat het aminozuur
proline aanbrengt.
Stuurgroep NW- VVKSO
48
3
1
Oefeningen
CAU codeert voor ...............................................................................................................................
UUU codeert voor …………………………………………………………………………………………….
AUG codeert voor …………………………………………………………………………………………….
Tryptofaan (Trp) wordt gecodeerd door: ………………………………………………………………..…
Asparaginezuur (Asp) wordt gecodeerd door: .....................................................................................
Arginine (Arg) wordt gecodeerd door: ……………………………………………………………………..
UAA is een …………………………………… code.
De startcode is …………………………………..…………………………………………………………
2
Onderstaande figuur stelt een reeks actieve ribosomen voor. Duid bij de bijbehorende
meerkeuzevragen het juiste antwoord aan.
a De streng waarop de ribosomen zitten is:
0 DNA
0 t-RNA
0 m-RNA
0 alle RNA
b Ribosomen zoals hier voorgesteld vind je:
0 In de kern
0 Op het celmembraan
0 In het Golgi-apparaat
0 In het cytoplasma
4
Het belang van een juiste code
Hoe een eiwit er uitziet en hoe het werkt is afhankelijk van de aard en van de volgorde van de
aminozuren in dat eiwit. Bij de opbouw ervan komt het er dus op aan dat de juiste aminozuren in de
juiste volgorde aaneengeschakeld worden. De instructie daartoe ligt opgesloten in een DNA-stuk, in
een gen. Drie procent van het DNA zijn genen.
Elke mensencel heeft naar schatting 30 000 genen. Elke cel brengt maar bepaalde genen tot
expressie, terwijl de andere genen vergrendeld blijven. Hierdoor gaan cellen van elkaar verschillen. Zo
gebruikt een rode bloedcel maar  30 van de 30 000 genen. Een hersencel gebruikt er veel meer.
Dat de juiste volgorde van basen in het DNA
zeer belangrijk is, bewijst volgend voorbeeld. In
Afrika komt het veel voor dat bij de vorming van
hemoglobine op één plaats het aminozuur
valine wordt ingebouwd in de plaats van
glutaminezuur. De rode bloedcellen kunnen
hierdoor vervormen en er kan sikkelcelanemie
optreden.
Als je dan weet dat we 280 miljoen
hemoglobinemoleculen per rode bloedcel
hebben dan kan je je voorstellen hoe dikwijls
die fout wordt gemaakt!
Stuurgroep NW- VVKSO
49
Sikkelcelanemie
sikkelcel
Sikkelvormige cellen kunnen als het ware in elkaar haken en propjes doen ontstaan. Deze
propjes kunnen moeilijk door heel kleine bloedvaatjes en verstoppen bijgevolg die vaatjes.
Verschillende organen ontvangen daardoor dan minder bloed. Bovendien worden de
sikkelcellen ook sneller door het lichaam afgebroken. Er blijven minder rode cellen over en er
ontstaat een tekort aan rode bloedcellen: bloedarmoede. De klachten van bloedarmoede
zijn: sneller moe, lusteloos, futloos en oorsuizingen.
We zouden verwachten dat sikkelcelanemie zeldzaam is, want schadelijke genen verdwijnen
uit een populatie. Toch komt in Afrika sikkelcelanemie veel voor omdat mensen die
sikkelvormige bloedcellen hebben naast normale bloedcellen beter bestand blijken tegen
malaria.
7.3 Knippen en plakken dankzij de DNA-technologie
50 jaar na het ophelderen van de structuur van DNA kan men het volledige genoom van mensen,
planten, dieren en micro-organismen redelijk snel op papier zetten. Ter illustratie hieronder de eerste
duizend basen van de mitochondriën van de malariaparasiet.
1 aagcttttgg tatctcgtaa tgtagaacaa tattgagttg accgtcaaat ccttttcatt
61 aaaagagtgg attaaatgcc cagccaacac catccaattt gattgggaat tatct
121 acaaattttt gatcccaggc tggtaaaaaa tgtaaacttt tagcccataa gaatagaaac
181 agatgccagg ccaataactc aaacagagct atgacgctat caatttttag caagacggat
241 aaatttttca tagaacttaa cgtatcatca tccatgcaaa gataaaacgg tagataggga
301 acaaactgcc tcaagacgtt cttaacccag ctcacgcatc gcttctaacg gtgaactctc
361 attccaatgg aaccttgttc aagttcaaat agattggtaa ggtatagtgt ttactatcaa
421 atgaaacaat gtgttccacc gctagtgttt gcttctaaca ttccacttgc ttataactgt
481 atggacgtaa cctccaggca aagaaaatga ccggtcaaaa cggaatcaat taactatgga
541 tagctgatac tatcaattta tcattactca agtcagcata gtatatatga aggtttctat
601 ggaaacacac ttcccttctc gccatttgat agcggttaac ctttcctttt ccttacgtac
661 tctagctatg aacacaattg tctattcgta caattattca tatatatatt tga
721 catacatgtt catttattct gaatagaata agaactctat aaataaccag actatttcaa
781 caaaatgcca atataaaatt gtaatttgat cagtgtgagg tataacaata tatgatatac
841 cgaaagaatt tataaaccat tcggtagaag tatcatatat ttctattatt cttataaagt
901 atattattaa taataataaa cctattacta catgagaaaa atgtaatcct gtaacacaat
961 aaaataatgt agtatataca gtatcattta tatgatatga taaatgtaaa tactctgtag
1000 tttgtagaga tgcaaaacat tctcctaata agtatatta
Dit ontrafelen van het genoom biedt de wetenschappers vele mogelijkheden: overdragen van genen,
opsporen van erfelijke ziekten, genveranderingen en verwantschappen, klonen van dieren, …
7.3.1 Genetisch gemodificeerde organismen
Het is nu mogelijk genen van een soort over te brengen in een andere soort. Men spreekt dan van
transgene organismen of van ‘genetisch gemodificeerde organismen’ (GGO’s). Het ingebouwde
gen wordt een transgen genoemd.
1
Biotechnologische insuline
De eerste gentransfer werd in 1973 uitgevoerd bij bacteriën. Nieuwe DNA-fragmenten werden
toegevoegd aan een plasmide, het ringvormige DNA-stukje dat men bij bacteriën aantreft. De nieuwe
DNA-ringen werden vervolgens succesvol door bacteriën opgenomen. Vijf jaar later slaagden
wetenschappers erin het menselijke gen voor insuline in te brengen in DNA van bacteriën. De
bacteriën lezen het gen en maken menselijke insuline. Bacteriën vermenigvuldigen zich snel en zo
Stuurgroep NW- VVKSO
50
kunnen er in een korte tijd duizenden identieke kopieën (klonen) van het nieuwe gen geproduceerd
worden. Vroeger moest men insuline halen uit de alvleesklier van varkens en dat gaf nevenreacties
omdat varkensinsuline niet precies hetzelfde is als menselijke insuline. Vandaag is biotechnologische
insuline overal ter wereld te koop en vervangt meer en meer de insuline van dierlijke oorsprong.
Belangrijke voordelen van biotechnologische insuline zijn de afwezigheid van het risico op besmetting
met dierlijke ziekteverwekkers en het onuitputtelijk voorradig zijn.
Uit: Inforeeks VIB ‘Een kijk op biotechnologie’ – Brochure 2 ‘Wat is biotechnologie?’
Ondertussen produceren genetisch gewijzigde bacteriën en gisten allerlei geneesmiddelen en
vaccins. Verbeterde enzymen, die in wasproducten een nog wittere was beloven bij koudere
temperaturen, zijn ook het resultaat van GGO’s. Genetisch gewijzigde gewassen zijn bestand tegen
insecten of produceren langer houdbare tomaten of aardappelen met nieuwe eigenschappen. De
gentechnologie kan ook dieren nieuwe kenmerken geven.
2
Papaja bestand tegen virussen
Papaja is een tropische vrucht rijk aan vitamines A en C. In Hawaï is papaja een belangrijk
exportproduct. Jammer genoeg is de papaja ook heel vatbaar voor het ringspotvirus. Dit virus wordt
door luizen verspreid en richt massale schade aan. Zo erg dat de papajaboeren hun geïnfecteerde en
vernietigde plantages dienden te verlaten en uitweken naar een ander Hawaïaans eiland waar
voorlopig nog geen ringspotvirus gevonden werd. Maar de angst dat het virus ook dit eiland zal
innemen, zit er goed in. Misschien niet meer voor lang. Biotechnologen ontdekten dat je de
papajaplant kan beschermen tegen hun ziekteverwekker als je het gen voor één van de eiwitten van
het virus in de plant binnenbrengt. De transgene papaja’s werden eerst in het labo en daarna op het
veld getest. De resultaten waren verbluffend. Na elf maanden waren alle gewone planten
geïnfecteerd, terwijl de transgene planten geen spoor van de ziekte vertoonden. De fruitkwaliteiten
bleken ongewijzigd en in 1995 stonden de Hawaïaanse papajaboeren te springen om de transgene
planten te telen. Na de goedkeuring van het Amerikaanse milieubureau en het
voedselveiligheidsbureau werden in 1998 de eerste transgene zaden verspreid onder de Hawaïaanse
boeren. Niet lang daarna lagen de eerste transgene papaja’s in de Amerikaanse winkelrekken.
Ondertussen worden ook in Honduras en andere landen virusresistente papaja’s geteeld.
Uit: Inforeeks VIB ‘Een kijk op biotechnologie’ – Brochure 4 ‘Biotechnologie: landbouw en voeding.’
3
Herbicidetolerante gewassen
De landbouw mag dan al heel ver gevorderd zijn, het vervelende onkruid blijft nog altijd van de partij.
Onkruid wieden volstaat meestal niet: het groeit zo terug. Als je het te lijf gaat met zware machines,
leidt dat in sommige gebieden tot schadelijke erosie, wat slecht is voor de grond. Het gebruik van
chemische onkruidverdelgers is wel doeltreffend, maar kan helaas ook schadelijk zijn voor het milieu.
Stuurgroep NW- VVKSO
51
Gentechnologen hebben een manier gevonden om het gewas tegen deze onkruidverdelgers te
beschermen. Ze vonden de oplossing bij een bacterie die in staat is het herbicide buiten werking te
stellen. Deze eigenschap werd uit de bacterie gehaald en ingebracht in landbouwgewassen zoals
maïs, soja, katoen en koolzaad. Op deze manier zijn de gewassen beschermd tegen het herbicide,
terwijl het onkruid vernietigd wordt. De herbicidetolerante gewassen zijn zeker niet de volmaakte
oplossing voor een duurzame en milieuvriendelijke landbouw. Toch betekenen ze een stap in de
goede richting.Vroeger moest een boer zijn gewassen herhaaldelijk met verschillende, soms
milieubelastende onkruidverdelgers bespuiten, maar nu volstaan enkele behandelingen met een
milieuvriendelijker middel. Bovendien is er minder, vaak zelfs geen, mechanische onkruidbestrijding
nodig. In gebieden die gevoelig zijn voor erosie is dit zeker niet onbelangrijk.
Uit: Inforeeks VIB ‘Een kijk op biotechnologie’ – Brochure 4 ‘Biotechnologie: landbouw en voeding.’
4
Schimmelvrije bananen
Leuvense gentechnologen onder leiding van Prof. R. Swennen hebben als eersten genetisch
gewijzigde bananenplanten gemaakt die een resistentie ingebouwd kregen tegen de zwarte
bladschimmel. De genen die de resistentie kunnen inbouwen, worden uit wilde, van nature resistente
bananenvariëteiten gehaald. Daar waar het kruisen faalt, springt de biotechnologie bij. De
wetenschappers werken nauw samen met de lokale boeren om de teelt ter plekke en de resistentie te
verbeteren. Ondertussen investeren ook bedrijven in eigen onderzoek naar schimmelresistente
bananen. Ze hopen in 2003 een eerste commerciële variëteit op de markt te brengen.
Uit: Inforeeks VIB ‘Een kijk op biotechnologie’ – Brochure 4 ‘Biotechnologie: landbouw en voeding.’
5
Gentherapie doet doven weer horen
Amerikaanse onderzoekers zijn er als eersten in geslaagd om dove dieren weer te laten horen. Ze
gebruikten een virus om het gen binnen te smokkelen in het oor van Guinese biggetjes die kunstmatig
doof waren gemaakt. Het gen stimuleerde de groei van haarcellen in het slakkenhuis van hun
binnenoor. Dergelijke haarcellen zetten geluidsgolven om in elektrische signalen die naar de hersenen
gaan. De wetenschappers konden nadien aantonen dat de voorheen dove cavia’s weer reageerden
op geluid.
Uit: De Standaard – 18 februari 2005.
6
Opdracht
Zoek nu zelf informatie over een transgene gewas. Licht voor dat gewas de concrete bedoeling toe.
7.3.2 Klonen van dieren
Regelmatig staan er in de kranten berichten over het klonen van dieren en soms ook van mensen.
Stuurgroep NW- VVKSO
52
Recent zijn er huisdieren, zoals honden, katten en varkens gekloond. Het meest bekende voorbeeld is
het schaap Dolly in Engeland. Klonen is een techniek waarbij je van een dier verschillende nieuwe
exemplaren maakt. Dat zijn dan geen nakomelingen van het dier, zoals bij kunstmatige inseminatie
(KI) maar kopieën van het origineel.
Recent is bekend geworden dat klonen nogal wat negatieve gevolgen kan hebben. Zo had schaap
Dolly veel last van de gewrichten en verouderde ze snel.
Men wil vooral dieren klonen die zodanig genetisch zijn gemanipuleerd dat ze in hun melk
bijvoorbeeld bepaalde medicinale stoffen produceren. Een kudde klonen levert dan genoeg op om
hiermee patiënten te kunnen behandelen, zo menen de onderzoekers. Men zou in de veehouderij
door klonen van een topdier voor het leveren van het vlees een aantal identieke dieren willen
produceren. In geen enkel land is dit tot nog toe gerealiseerd juist vanwege de enorme
welzijnsproblemen die zich bij gekloonde dieren voordoet.
7.3.3 Opsporen van erfelijke ziekten
DNA-onderzoek wordt veel gedaan bij erfelijke aandoeningen, want die zijn voorspelbaar. Mensen
met erfelijke ziektes hebben blijkbaar een foutje in hun DNA, waardoor verkeerde of geen eiwitten
worden aangemaakt.
Dit soort erfelijkheidsonderzoek roept overigens ook meteen ethische vragen op. Stel, in iemands
familie komt een erfelijke ziekte voor die zich pas op latere leeftijd openbaart. Wil je dan op jonge
leeftijd weten dat jij die ziekte ook in je draagt? En wat denk je van ouders, waarvan er één een
erfelijke ziekte heeft die mogelijk wordt overgedragen op eventuele kinderen? Laat je dan een
zwangerschapsonderzoek doen? Dit soort vragen zullen steeds vaker worden gesteld naarmate de
wetenschap meer kennis krijgt over erfelijke ziektes.
Stuurgroep NW- VVKSO
53
7.4 DNA en voortplanting
Voortplanting of vermenigvuldiging is het voortbrengen van nakomelingen zodat het voortbestaan van
de soort gewaarborgd is. Een essentiële voorwaarde om een soort in stand te houden is dat het
soorteigen DNA wordt doorgegeven aan de nakomelingen. Dit kan gebeuren op een ongeslachtelijke
of op een geslachtelijke wijze.
Bij ongeslachtelijke voortplanting ontstaat uit één of meer cellen een nieuw individu met een identiek
stel kerndraden als de ouder. Eéncelligen planten zich ongeslachtelijk voort. Het nieuwe organisme is
altijd identiek aan het moederorganisme.
Bij geslachtelijke voortplanting zullen twee organismen ieder de helft van hun kerndraden doorgeven.
Het doel is nakomelingen te verkrijgen die genetisch niet identiek zijn.
7.4.1 Chromosomen
Bij elke celdeling moet het DNA eerst verdubbelen (replicatie). Om de verdeling van het DNA over de
twee toekomstige dochtercellen te vergemakkelijken worden uit de verdubbelde kerndraden
chromosomen gevormd.
Chromosomen zijn veel korter en dikker dan de
lange, dunne DNA-draden. De vorming van een
chromosoom uit een verdubbelde kerndraad is het
resultaat van een herhaaldelijk oprollen en
opvouwen van het DNA (verkorting van  10 000
keer).
Het aantal chromosomen is in elke lichaamscel
van een bepaald soort organisme hetzelfde maar
varieert van soort tot soort. Enkele voorbeelden:
bananenvliegje 8, erwt 14, kat 38, konijn 44, mens
46, chimpansee 48, rivierkreeft 200. Deze
chromosomen hebben steeds per twee een
overeenkomstige structuur, die echter afwijkt van
de andere chromosomenparen. Een uitzondering
hierop vormen het X- en Y-chromosomen die als
paar toch een verschillende structuur hebben.
Figuur: Chromosomen in cellen van een bananenvliegje
Bij het begin van een celdeling deelt elk chromosoom zich door overlangse splijting in twee helften, de
(zuster)chromatiden die aan elkaar blijven vastzitten in één punt, het centromeer.
7.4.2 De celdeling
Een menselijke cel heeft 46 DNA-draden. Na deling ontstaan er twee cellen met opnieuw elk 46 DNAdraden. Het is dus logisch dat de DNA-draden eerst moeten verdubbelen om daarna verdeeld te
worden over de twee nieuwe dochtercellen. Vooraleer de draden verdubbelen en verdeeld worden
moet de cel eerst groeien. Na die eerste groeifase zal de cel haar DNA verdubbelen in de
synthesefase of S-fase waarin de DNA-replicatie wordt voltooid. Dan volgt een tweede groeifase.
Nadien treedt de celdeling op: een mitose of een meiose.
Stuurgroep NW- VVKSO
54
Chromosomenkaarten van de mens
Uit: Inforeeks VIB ‘Een kijk op biotechnologie’ – Brochure 1 ‘Erfelijkheid bij de mens: aan genen zijde’.
Stuurgroep NW- VVKSO
55
Een celdeling waarbij twee identieke dochtercellen ontstaan met evenveel kerndraden als de
oorspronkelijke cel (moedercel) noemen we een mitose of normale celdeling.
Mitose
Meiose
Een celdeling waarbij dochtercellen ontstaan met de helft van het aantal kerndraden van de
oorspronkelijke cel noemen we een meiose of reductiedeling.
1
De mitose bij de mens
Bij de mens gebeurt de mitose bij de aanmaak van cellen om te groeien en/of om afgestorven cellen
te vervangen. Wij verliezen elke dag miljoenen cellen en we maken er ook elke dag zoveel bij. Bij elke
mitosedeling zijn de dochtercellen identiek aan de moedercel. Een delende huidcel geeft twee
identieke huidcellen. Een delende maagcel geeft twee identieke maagcellen.
Als de kerndraden verdubbeld zijn en chromosomen
zijn geworden, dan verplaatsen de chromosomen zich
naar het midden van de cel. Daar gaan ze allemaal
naast elkaar liggen in één vlak.
Van elk chromosoom wordt nu één zusterchromatide
naar de ene kant van de cel getrokken en de andere
zusterchromatide naar de andere kant van de cel. De
cel wordt ondertussen groter.
Het treksysteem wordt bij iedere deling opgebouwd vanuit celonderdeeltjes (de centriolen) die zich
buiten de kern bevinden. Het kernmembraan moet dus tijdelijk verdwijnen, want anders kunnen de
draden niet uit elkaar worden getrokken. Als de kerndraden verdeeld zijn zal de cel zich insnoeren en
ontstaan er twee nieuwe celmembranen. We krijgen dan twee cellen met elk 46 kerndraden. Na een
mitosedeling bevatten de twee dochtercellen dus dezelfde en evenveel chromosomen als de
moedercel.
2
De meiose bij de mens
Bij de geslachtelijke voortplanting ontstaat een nieuw individu door versmelting van twee rijpe
voortplantingscellen: de gameten. De mannelijke gameten zijn de zaadcellen; de vrouwelijke gameten
zijn de eicellen. Indien de kern van de gameten evenveel chromosomen zou bevatten als een normale
lichaamscel dan zou de bevruchte menselijke eicel 92 chromosomen tellen. Omdat het aantal
chromosomen voor een bepaalde soort constant is zullen de voortplantingscellen een reductiedeling
of meiose ondergaan. Hierbij wordt het aantal chromosomen tot de helft herleid. Dit gebeurt door twee
opeenvolgende rijpingsdelingen: meiose 1 en meiose 2.
Stuurgroep NW- VVKSO
56
Als de 46 kerndraden van de onrijpe cellen in de teelballen of eierstokken verdubbeld zijn en
46 chromosomen zijn geworden, dan verplaatsen de chromosomenparen zich naar het midden van de
cel. Daar gaan ze per paar naast elkaar liggen in één vlak. Tijdens de eerste deling worden de
23 chromosomenparen verdeeld over twee cellen: elke cel heeft dan 23 chromosomen, een
chromosoom van elk paar. In een tweede deling worden de 23 chromosomen overlangs uiteen
getrokken en ontstaan door een mitose twee cellen met 23 kerndraden.
Cellen die maar beschikken over een enkele set chromosomen noemt men haploïd, cellen die
beschikken over een dubbele set chromosomen noemt men diploïd. Bij de mens zijn de rijpe
voortplantingscellen met 23 chromosomen haploïd. De andere cellen bezitten 23 paar chromosomen
(46 chromosomen) en zijn diploïd.
Na bevruchting, de versmelting van een haploïde zaadcel met een haploïde eicel, ontstaat een cel
met 46 kerndraden. Deze cel noemen we de zygote of kiemcel. Door opeenvolgende mitosedelingen
groeit deze zygote uit tot een baby.
Opdracht
Teken een moedercel met 2 verschillende paar chromosomen en de twee dochtercellen na een
mitose en na een meiose.
Mitosedeling
3
Meiosedeling
Overkruising
Meiose 1
Stuurgroep NW- VVKSO
Meiose 2




Tijdens de meiose blijven
de homologe chromosomen gepaard. Hun
chromatiden kunnen op
een
bepaalde
plaats
doorbreken en daarbij
stukken uitwisselen. Dit
verschijnsel noemt men
overkruising. Merk op
dat na meiose 2 twee
gameten AB en ab
ontstaan indien geen
overkruising
optreedt.
Treedt wel overkruising
op dan worden vier
gameten gevormd: AB,
Ab, aB en ab.
57
7
STAAT HET IN DE GENEN GESCHREVEN? ............................................................................. 42
7.1
Van celkern tot DNA en gen .................................................................................................. 42
7.1.1 Structuur van DNA ............................................................................................................... 42
7.1.2 Isolatie van DNA uit kiwi ....................................................................................................... 43
7.1.3 DNA: sleutel van de erfelijkheid ........................................................................................... 44
7.1.4 Hoe kopiëren onze cellen het DNA? .................................................................................... 45
7.2
Van DNA en gen tot menselijk eiwit ..................................................................................... 45
7.2.1 Voedseleiwitten en menselijke eiwitten ................................................................................ 45
7.2.2 De eiwitsynthese .................................................................................................................. 46
1
Vergelijking DNA en RNA .................................................................................................... 46
2
Hoe verloopt de eiwitsynthese? ........................................................................................... 47
3
Oefeningen ........................................................................................................................... 49
4
Het belang van een juiste code ............................................................................................ 49
7.3
Knippen en plakken dankzij de DNA-technologie ............................................................... 50
7.3.1 Genetisch gemodificeerde organismen ............................................................................... 50
1
Biotechnologische insuline ................................................................................................... 50
2
Papaja bestand tegen virussen ............................................................................................ 51
3
Herbicidetolerante gewassen ............................................................................................... 51
4
Schimmelvrije bananen ........................................................................................................ 52
5
Gentherapie doet doven weer horen ................................................................................... 52
6
Opdracht............................................................................................................................... 52
7.3.2 Klonen van dieren ................................................................................................................ 52
7.3.3 Opsporen van erfelijke ziekten ............................................................................................. 53
7.4
DNA en voortplanting............................................................................................................. 54
7.4.1 Chromosomen ...................................................................................................................... 54
7.4.2 De celdeling ......................................................................................................................... 54
1
De mitose bij de mens.......................................................................................................... 56
2
De meiose bij de mens......................................................................................................... 56
3
Overkruising ......................................................................................................................... 57
Stuurgroep NW- VVKSO
58