Hoofdstuk 20 - Evolutie 20.1 Waar vandaan? Grotschilderingen

Hoofdstuk 20 - Evolutie
20.1 Waar vandaan?
Grotschilderingen vertellen
Vroeger legde de mens alles wat de mens intrigeerde vast via schilderingen en hielden tijden bij zoals
de maancyclus op botten.
Hoe is het leven ontstaan?
Eerst gaven mensen antwoord op het bestaan in de vorm van scheppingsverhalen (god), maar later
gingen mensen met verklaringen vanuit de natuur antwoord geven op de vraag van het leven. God
ontbreekt in deze theorieën.
Evolutietheorieën + deel aantekeningen
Aristoteles  Levende wezens ontstaan uit dode substantie
Redi  test constatering van Aristoteles met vliegen en rot vlees, bewijst het tegenovergestelde
Pasteur  bacteriën ontstaan uit levende organismen (pasteuriseren)
Buffon (1707-1788)  soorten kunnen veranderen
Linnaeus (1707-1778)  soorten plaatsen in het hiërarchisch systeem
Cuvier (1768-1832)  catastrofetheorie (door catastrofe kunnen er nieuwe soorten ontstaan)
Lamarck (1744-1829)  eerste goed uitgewerkte evolutietheorie
Charles Lyell (1797-1875)  leraar Darwin en aanhanger van evolutietheorie
Charles Darwin (1809-1882)  eerste die evolutietheorie publiceerde (was langer bezig dan Wallace)
Alfred Wallace (1823-1813)  onafhankelijk zelfde theorie als Darwin gemaakt en aanhanger van
evolutietheorie
Dieren zullen hun goede eigenschappen doorgeven aan hun nakomelingen (aangepast aan de
omgeving). Hierdoor zal de soort over een langere tijd veranderen.  evolutietheorie
Creationisme
Aanhangers van god denken dat organismen in 6 dagen zijn geschapen. Deze opvatting heet
creationisme. De kleine variaties die voor komen wordt micro-evolutie genoemd. Macro-evolutie
gaat tegen bijbel in en bestaat bij hen niet. Fossielen worden verklaard door de grote zondvloed.
Mensen proberen het ontstaan van leven te verklaren en ontwikkelen hiervoor allerlei ideeën:
scheppingsverhalen, ontstaanstheorieën en evolutietheorieën.
Wieg van de mens
Charles Darwin maakte bekend in een boek dat de mens afstamt van de apen. Eerst vielen velen hem
bij, maar toen kwam er verontwaardiging los. Nog steeds is er verontwaardiging over. Het skelet van
Lucy is gevonden dat 3 miljoen jaar geleden leefde en er wordt verwacht dat daar 3 soorten uit zijn
ontstaan en 1 is verder ontwikkeld tot mens. Alle drie de soorten liepen rechtop. Australopithecus
Afarensis  Homo Habilis  Homo Erectus (gebit leek meer op ons huidige gebit)  Homo Sapiens
Neanderthalensis  Homo Sapiens Sapiens (moderne mens). De meerderheid denkt dat de mens in
Afrika is ontstaan en later zich heeft verspreid.
Verovering van de savanne
Dingen die de mens uniek maken:
1- De ontwikkeling van de hersenen
2- Het rechtop lopen (slecht voor jagen en vluchten, maar handig voor ver kijken en iets dragen)
Eerst aten mensen aas, maar later gingen mensen werktuigen maken en verder ontwikkelen. Zo
begon de mens met jagen.
Darwin ging uit van verwantschap tussen mens en apen. Mensen en apen zijn ontstaan uit
gemeenschappelijke voorouders. Kenmerkend voor de ‘mensachtige’ is het rechtop lopen. Tijdens
de evolutie van de mens neemt over het algemeen het hersenvolume toe.
20.2 Versteend verleden
Waar gaat het om?
Men vond voor het idee van evolutie al skeletten en afdrukken. Dit waren aanwijzingen.
Tegenwoordig zijn in de paleontologie meerdere fossielen bekend en geeft het een beeld van de
toekomst.
Bewaard verleden
Fossielen zijn restanten van vroeger levende organismen, dus ook afdrukken, nesten etc. Fossielen
kunnen worden bewaard in: steen, onder een laag zand of slik van rivier, woestijn, bevriezing, het
veen en barnsteen. Onder een laag zand of slik van de rivier wordt het originele bot langzaam
vervangen door mineralen. In het veen worden de botten geconserveerd door het zure milieu.
Relatieve datering
In iedere afgezette laag vind je de fossielen terug die kenmerkend zijn bij die periode. Ze helpen bij
dateren van lagen (gidsfossielen). Fossielen die worden aangetroffen in Amerika en Afrika en
hetzelfde zijn, vertelt iets over de relatieve leeftijd (ouderdomsbepaling). Want ze hebben in
dezelfde tijd geleefd.
Absolute datering
Om de absolute leeftijd te bepalen wordt er gebruik gemaakt van het koolstof-14 atoom. Deze heeft
een zeer lange halveringstijd. Het dateert terug tot 40000 jaar oud. Het atoom komt van nature voor
in organismen. Uranium-238-bepaling is geschikt voor gesteentes (nog langere halveringstijd). De
halveringstijd moet constant zijn, anders moeten er kleine correcties worden aangebracht aan de
methode.
Via fossilisatie blijven (delen van) organismen bewaard. Het fossilisatieproces kan op verschillende
manieren verlopen. Relatieve datering vindt plaats aan de hand van gidsfossielen. De absolute
leeftijd is vast te stellen aan de hand van radioactief verval van elementen.
Bouw en functie
Om verwantschap te bepalen wordt er gekeken naar twee vormen van overeenkomst:
Homologie – De structuren in organismen hebben hetzelfde bouwplan als oorsprong, maar vervullen
een andere functie. De structuren zitten op een overeenkomstige plaats.
Analogie – De structuren hebben dezelfde functie, maar het bouwplan komt niet overeen.
Soms verliezen organen bij het ontstaan van nieuwe soorten hun functie, dit worden dan
rudimentaire organen genoemd. Het is wel een aanwijzing tot verwantschap van dieren die het echte
orgaan nog wel gebruiken.
Verwant DNA
Er wordt gebruik gemaakt van hybridisatietechnieken. Hiermee wordt de genetische verwantschap
bestudeert. DNA, opbebouwd uit nucleotiden (A, T, C, G) , heeft de eigenschap zich sterker met
elkaar te verbinden dan strengen met minder complementaire nucleotiden-volgorde. (hybridiseren)
Homologe structuren hebben eenzelfde bouwplan, maar een andere functie. Analoge structuren
hebben een ander bouwplan, maar overeenkomstige functie. Via DNA-hybridisatie is
verwantschap tussen organismen te achterhalen.
20.3 Langzaam en onzeker
Zoektocht met effect
1809 Charles Darwin wordt geboren. Hij gaat door zijn vader eerst medicijnen studeren, maar later
studeert hij theologie. Hij krijgt het idee dat levensvormen elkaar opvolgen.
‘On the Origin of Species’
Darwin gaat mee op een reis op het schip de Beagle, daar ontwikkeld hij grotendeels zijn theorie. Hij
neemt nog 23 jaar de tijd om er allerlei argumenten bij te zoeken. 1859 is het boek ‘On the Origin of
Species by Means of Natural Selection’ uitgekomen. Hierin staat dat fossielen reeksen van
overeenkomsten vertonen. Er een ‘Struggle for life’ is en ook ‘survival of the fittest’. De fittest zijn de
individuen die de meeste vruchtbare nakomelingen krijgen. (natuurlijke selectie). Darwin is
geïntrigeerd door de vinkensnavels van de Galápagos-eilanden.
Binnen een soort bestaat variatie in eigenschappen. In de ‘struggle for life’ overleven individuen
met de meest gunstige eigenschappen. Via natuurlijke selectie neemt het aantal individuen met
gunstige eigenschappen in een populatie toe.
Neodarwinisme
Het overerven van eigenschappen ligt in het DNA (in de vorm van genen). Genen kunnen muteren.
Mutaties leiden tot veranderingen in eigenschappen. Dit is verwerkt in de neodarwinistische theorie.
Gunstige eigenschappen zullen toenemen, maar de ongunstige eigenschappen zullen nooit helemaal
verdwijnen.
Ontstaan van nieuwe soorten
Een soort ontstaat door 2 stappen:
1 – Een groep van een soort moet geïsoleerd raken van de grote groep. Hierdoor kan er geen
onderlinge voortplanting meer voorkomen.
2 – Er zullen verschillen in gedrag en uiterlijk ontstaan. Op een gegeven moment zijn de verschillen in
gedrag en uiterlijk zo groot geworden dat ze elkaar niet langer als soortgenoten herkennen. Hierdoor
is onderlinge voortplanting niet meer mogelijk. Er is een nieuwe soort ontstaan.
Soortvorming gebeurt in twee stadia. Na isolatie van een deel van de populatie leiden
selectieprocessen tot verschillen tussen individuen van de deelpopulaties. Bij hereniging maken te
grote erfelijke verschillen voortplanting onmogelijk.
20.4 Allelen in evenwicht
Veranderen kan!
Eigenschappen en ook frequenties van een eigenschap (fenotype) zijn veranderlijk en dus ook de
verantwoordelijken allelen (genotypen). De populatiegenetica bestudeert de genotypische
samenstelling van populaties.
Bloedgroepen bij Aboriginals
Het MN-bloedgroepstelsel heeft 3 bloedgroepen: M, N, MN. De genotypenfrequenties zijn te
berekenen door aantallen fenotypen te delen door totale aantal deelnemers in de steekproef. In
praktijk valt beter te werken met allelfrequenties. (er zijn minder allelen dan genotypen).
Regel van Hardy-Weinberg
Als er geen natuurlijke selectie, mutaties of migratie optreedt dan zou een oneindig grote populatie
met allelfrequenties en genotypenfrequenties gelijk blijven. Ook zouden de paringen puur en
toevallig moeten zijn. Dit komt in praktijk nauwelijks voor. Voor allelfrequenties p +q = 1. P = de
allelfrequentie van het dominante allel en q = de allelfrequentie voor het recessieve allel. Voor de
genotypenfrequenties gelt: p2 + 2pq + q2 = 1. Waarbij p2 de genotypefrequentie van de dominante
homozygoot is, 2pq van de heterozygoot en q2 van de recessieve homozygoot.
Onder bepaalde voorwaarden verkeert een populatie in een Hardy-Weinberg-evenwicht.
Genotype- en allelfrequentie zijn dan te berekenen met behulp van de regels p + q = 1 en p2 + 2pq +
q2 = 1.
Allelen onder druk
De allelfrequenties blijven in werkelijkheid in opeenvolgende generaties niet constant. Een
ongunstige gemuteerd allel zal snel verdwijnen en een gunstige niet. Een gemuteerd recessief allel
dat ongunstig is kan heel lang in de populatie blijven via heterozygote individuen (Aa). Soms kan een
ongunstig allel bij heterozygote toch gunstig blijken zoals bij sikkelcelbloedarmoede de mensen
minder gevoelig voor malaria zijn.
Het zit in de familie
Onder de Amish komt polydactylie voor (meer dan 10 vingers/tenen). De stichters droegen dit
zeldzame allel en het is in de familie gebleven. Uit huwelijken binnen de gemeenschap komen
vervolgens nakomelingen voort die homozygoot recessief zijn. Zo’n verandering in frequentie van
een erfelijke eigenschap heet (random) genetic drift.
Door mutaties kunnen erfelijke eigenschappen veranderen. Deze manifesteren zich vervolgens met
een bepaalde frequentie.
20.5 Komen en gaan
Leven ontstaat vanzelf
In de Middeleeuwen dachten mensen dat het leven zo maar ontstond. Nu zijn we erachter dat
daarvoor nodig is: planeet aarde, oeratmosfeer, oersoep, wat UV-straling en bliksem. De abiotische
evolutie was een uitermate langzaam proces. (ontstaan van leven uit levenloos). Eerst kwam er
alleen maar waterstof voor op de aarde, daaruit ontstonden meerdere stabiele elementen. Door
vulkanen etc. ontstond er een atmosfeer die regen veroorzaakte en dus ook oceanen. Zuurstof was
er nog niet.
Bouwstenen van het leven
De eerste tekenen van leven ontstonden waarschijnlijk in de oeratmosfeer en oeroceanen. Er
ontstonden aminozuren, suikers en nucleotiden (vormde samen oersoep). Er ontstonden sneller
organische stoffen dan er werden afgebroken. Hierdoor ontstonden organische moleculen. Ook zijn
er theorieën over blacksmokers en meteorieten die voor leven op aarde hebben gezorgd.
‘Primitieve cellen’
De eerste cellen ontstonden doordat vroege DNA-moleculen ingesloten raakte in bolletjes met één
laag vetzuurmoleculen. Door endosymbiose ontstonden complexere cellen.
Eten en lucht
De eerste organismen waren waarschijnlijk heterotroof. De rede dat leven door kon leven was dat er
autotrofe organismen ontstonden. Hierdoor ontstond fotosynthese. (de zuurstofrevolutie) Er kwam
zuurstof vrij en er ontstond een ozonlaag die de UV-straling filtreerde. Dit was voor de rest van het
leven belangrijk.
Er bestaan verschillende theorieën over het allereerste begin van leven op aarde. Autotrofe
organismen maakten dat leven op aarde mogelijk bleef.
Biodiversiteit
De aantallen soorten, levensgemeenschappen, biomoleculen en genen die ergens voorkomen, is een
maat voor de biodiversiteit. Uitsterven is een normale zaak, maar het tempo ligt nu door de mens
veel hoger. Hele ecosystemen met al het genetisch materiaal verdwijnen. Veel organisaties proberen
het verdwijnen tegen te gaan. Zij zetten bepaalde gebieden als reservaat op en proberen dieren
terug te fokken
Het is saai op de weilanden en de akkers
In de landbouw neemt ook de biodiversiteit af. (genetische erosie) Er is te weinig genetische variatie.
Alle dieren zijn te veel verwant met elkaar. Dit gebeurd ook met aardappelen, als 1 een ziekte krijgt,
heeft de rest het ook. Mensen doen nu hun best om verschillende rassen te behouden.
In de toekomst
De biodiversiteit verandert voortdurend. De huidige biodiversiteit kan alleen behouden worden als
de mens andere soorten beschermt tegen uitsterven. Sommige vinden dat ander organismen ook op
de aarde horen. Andere doen het alleen om de aarde leefbaar te houden voor de mens zelf.
Op aarde bestaat een grote biodiversiteit. Door verschillende factoren staat deze biodiversiteit
onder druk. Maatregelen zijn nodig.
Hoofdstuk 21 – Molecuul van de twintigste eeuw
21.1 Genen in beeld
Geen titel
Cystische fibrose (CF) is een taaislijmziekte. Al dat te dikke slijm zorgt voor problemen zoals
verstoppingen en slechte afvoer. Opgehoopte enzymen beschadigen de alvleesklier, zo ontstaat
suikerziekte. Ontlasting wordt vet en plakkerig.
Defecte membraanpoorten
Mensen met CF hebben vaak een defect allel op beide chromosomen 7. De cellen maken een
gemuteerd eiwit aan, maar dat eiwit blijft steken in het ER. Hierdoor ontbreken
chloortransporteiwitten, want die worden gemaakt door het CFTR-gen aangemaakt.
Mutaties opsporen
Een defect CFTR-allel is aan te tonen door een DNA-test en de zweettest (het zweet van CF-patiënten
is ongewoon zout). Een afwijkende lengte van het gevormde eiwit kan duiden op een mutatie in een
gen. Ook een veranderde base volgorde kan duiden op een mutatie
Erfelijke aandoeningen ontstaan door veranderingen in het DNA (mutaties). Dat kan leiden tot
afwijkende eiwitten. Met behulp van DNA-test en het bepalen van de basenvolgorde zijn mutaties
op te sporen.
Gentherapie
Door allerlei behandelingen is de levensduur van CF-patiënten toegenomen. (slijmoplossende
middelen, antibiotica etc.) Gentherapie is een defect CFTR-gen in contact brengen met een gezond
kopie. Het probleem daarbij is de kopie te krijgen en hem uiteindelijk tot expressie kunt laten komen.
Er wordt geëxperimenteerd met een spray met een bepaalde vector (virus of liposoom) die het
ontbrekende allel in de cel kan brengen.
Door toepassing van gentherapie zijn in de toekomst aandoeningen, veroorzaakt door een defect
gen, wellicht genezen.
21.2 Geordend verpakt
DNA ontrafelen
DNA is in de celkern opgerold met behulp van eiwitten (histonen). DNA en histonen vormen
chromatinedraden in de celkern. Op elektronenmicroscopische foto zijn donkere en lichte gebieden
te zien. De lichte gebieden zijn los gespiraliseerd euchromatine en het donkere gedeelte zijn sterk
gespiraliseerd heterochromatine.
Actief of niet?
Euchromatine heeft een open structuur en valt daarom makkelijk af te lezen. Heterochromatine is
compacter en alleen te lezen in de G2-fase van de celcyclus (binas 75A). Een groot deel is permanent
opgerold en onderzoekers kennen de meeste functies er nog niet van (junk DNA). Een van de functies
die ze wel kennen is dat het ervoor zorgt of een gen aan of uit staat.
Inpakken en delen maar
Als DNA verdubbeld komen er histonen vanuit het grondplasma de celkern binnen. Na de
verdubbeling rollen de chromatinedraden zich op tot chromosomen. Bij de chromosoom staat de
lengte, centromeer en het bandenpatroon vast. Ieder chromosoom is verschillend. Niet-histon
eiwitten vormen het skelet van deze structuren.
Sekschromatine
Sekschromatine is een geïnactiveerd X-chromosoom. In de cellen met 2 X-chromosomen is er maar 1
actief. Tijdens de interfase is het inactieve X-chromosoom te zien als het lichaampje van Barr.
Een chromatinedraad bevat DNA en eiwitten (histonen). Op plaatsen waar het DNA sterk
gespiraliseerd is, kan de genetische code niet worden afgelezen. Tijdens de mitose en de meiose is
het DNA volledig gespiraliseerd. Bij vrouwen is het inactieve X-chromosoom zichtbaar als het
lichaampje van Barr.
21.3 DNA maakt DNA
Cellulaire informatiestromen
In niet delende cellen brengen RNA-afdrukken van actieve genen informatie van het DNA naar het
grondplasma waar eiwitsynthese plaatsvindt.
Heen of weer
De zijkant van het DNA bestaat uit poly-esters van afwisselend deoxyribose en fosfaat. DNA wordt bij
elkaar gehouden door waterstofbruggen. Aan het uiteinde zit altijd een vrij OH-groep aan het C3’atoom van het suikermolecuul. (3’-uiteinde) Aan het andere uiteinde (5’-uiteinde) zit een
fosfaatgroep aan het C5’-atoom van het suikermolecuul. Beide strengen wijzen in tegenovergestelde
richting.
De DNA-‘ruggengraat’ is een dubbelstreng die bestaat uit poly-esters van deoxyribose en fosfaat.
H-bruggen houden beide strengen bijeen. De twee strengen hebben een tegengestelde richting.
Ritsen en verdubbelen
DNA-replicatie begint wanneer enzymen de waterstofbruggen tussen de basen verbreken. Er
ontstaat een replicatievork (rits). Er is één oude en één nieuwe (complementaire) streng. Dit heet
semi-conservatieve replicatie. Het enzym RNA-polymerase maakt een stukje RNA aan dat als
startpunt dient. DNA-polymerase verlengt dat RNA met DNA-nucleotiden, brengt waterstofbruggen
aan en vervangt RNA door DNA. Het aflezen van DNA gaat van 3’ 5’. Nooit anders. Daardoor
groeien de strengen tegen elkaars richting in. Doordat de replicatie op enkele duizenden plaatsen
tegelijk start is de S-fase sneller afgerond.
Verschillende enzymen zijn actief bij de replicatie van een DNA-molecuul. In één streng vindt de
DNA-synthese ononderbroken in voorwaartse richting plaats. In de andere streng gebeurt dat in
achterwaartse richting, waarbij korte stukjes DNA ontstaan, die vervolgens met elkaar verbonden
worden.
DNA vermeerderen
Een eenvoudige manier om een DNA-fragment te vermeerderen is de polymerase-kettingreactie.
1 – 94 oC - denaturatie (OH-bruggen verbreken)
2 – 54 oC - Toevoegen DNA-primers (vormen de startplaatsen voor het enzym DNA-polymerase)
3 - 72 oC – Voeg het enzym DNA-polymerase toe en vervolgens hittebestendig enzym Taqpolymerase. (hoef je niet nog eens een enzym toe te voegen
De polymerase-kettingreactie levert onderzoekers grote hoeveelheden identieke stukjes DNA. DNA
denatureert bij een hoge temperatuur. Bij een lagere temperatuur hechten nucleotiden aan de
twee DNA-strengen.
21.4 DNA overschrijven
Moleculaire boodschappers
mRNA verschilt in 4 dingen met DNA. Het heeft informatie over maar 1 gen, is veel korten. Heet een
stikstofbase uracil en een suikermolecuul ribose.
RNA’s
Naast mRNA (messenger) zijn er nog 2 andere typen RNA: rRNA (ribosomaal RNA) en tRNA (transfer
RNA). rRNA ontstaat voor het grote deel in de nucleolus. De functies is om de reactie om de
eiwitketen te verlengen te katalyseren. tRNA (klaverbladstructuur) brengt aminozuren naar de
ribosomen. De middelste lus bevat drie nucleotiden (anticodon) die complementair zijn aan de drie
nucleotiden van het mRNA (codon).
Overschrijven
Het overschrijven van DNA naar RNA komt bijna overeen met replicatie DNA. Transcriptie begint met
het uiteenwijken van de DNA-strengen door RNA-polymerase. Base volgorde is TAC. Vervolgens gaat
het RNA-polymerase langs een van de 2 strengen in de 3’ 5’ richting. RNA groeit in de 5’ 3’
richting. Transcriptie vindt plaats aan de template-streng. De andere streng is de coderende streng.
Aan het einde laat de gevormde RNA-streng los.
Knippen en plakken
Een gen bevat DNA die tot expressie komt (exons) en die dat niet doen (introns). In eukaryote cellen
veranderd mRNA nog doordat de introns worden verwijderd en den exons achter elkaar geplakt. De
functie van introns is nog niet bekend
mRNA transporteert informatie van DNA naar de ribosomen. rRna vormt een belangrijk deel van
de ribosomen. tRNA transporteert aminozuren van het grondplasma naar de ribosomen. Bij de
transcriptie spelen verschillende enzymen, waaronder RNA-polymerasen, een rol.
DNA: de blauwdruk des levens?
Met DNA is niet alles te verklaren. Een hersencel en levercel hebben hetzelfde DNA, maar een andere
functie. Er wordt gedacht dat histonen ook een erfelijke code bevatten. Aan de uiteinde van
histonen kunnen 4 groepen hangen. (methyl, acetyl, fosfor of eiwit ubiquitine). Deze beïnvloeden de
werking van het DNA. Door DNA-methylering kan een deel van het DNA niet afgelezen worden. DNAmethylering en histonencode worden de epigenetische code genoemd. Deze code zorgt voor de
ontwikkeling van een organisme. (specialisatie van cellen etc.).
DNA-methylering en de histonencode vormen samen depigenetische code. Deze codes
beïnvloeden de werking van DNA doordat ze genen uit- en aanschakelen.
21.5 Vertaalslagen in een cel
Start en finish
Om steeds hetzelfde eiwit te krijgen bij eenzelfde mRNA code start je bij het startcodon (AUG). Vaak
wordt bij verdere bewerking AUG (methionine) verwijdert. Het einde wordt aangegeven met de
stopcodons UAA, UGA en UAG.
Genen geregeld
Repressoreiwitten blokkeren de transcriptie van een gen. Als er een inductoreiwit aanwezig is, dan
laat het repressoreiwit pas los en is transcriptie mogelijk.
Eiwitsynthese begint met een startcodon en eindigt met een stopcodon in het RNA.
Repressoreiwitten controleren bij bacteriën de activiteit van genen. Bij eukaryoten schakelen DNAmethylering en de histonencode genen aan of uit.
Cellulaire vertaalrobot
Het aflezen van mRNA en het vertalen naar een aminozuurvolgorde is translatie. Ribosoom valt
uiteen in 2 delen  mRNA bindt zich aan kleinste subeenheid met ‘5  het schuift op tot startcodon
 tRNA koppelt bij startcodon  start verlenging van keten. Een enzym koppelt het eerste
aminozuur los (AUG)  tRNA brengt peptidebinding tot stand bij volgende aminozuur  2e
verlengingsfactor verwijdert het lege tRNA  verschuiving van 3 nucleotiden richting ‘3. Zodra ze bij
het stopcodon komen bindt een ontkoppelingsfactor aan het mRNA  koppelt polypeptide, laatste
tRNA en mRNA los van ribosoom. Nu kan het weer allemaal opnieuw.
Mitochondriale eiwitten
Ook buiten celkern is er DNA  mtDNA (in de mitochondriën)(circulair molecuul). De mitochondriën
leveren de energie aan de cellen. mtDNA muteert 20x sneller dan normaal DNA (zeker als je oud
wordt) dan kan er snel een aandoening ontstaan. Vaak ontbreekt er dan een stukje DNA als je
ziekteveroorzakend mtDNA hebt. (MELAS)
Translatie vindt plaats op de ribosomen. Één voor één voeren tRNA-moleculen de aminozuren aan
in de volgorde die vastligt in het mRNA. De aminozuren koppelen aan elkaar via een
peptidebinding. Mitochondriën bevatten ook DNA. Mutaties in het mtDNA kunnen aandoeningen
tot gevolg hebben.
Hoofdstuk 22 – Het topje van de eiwitberg
22.1 Eiwitlogistiek
Licht op het pad
Eiwittransport kun je waarnemen door gewone cellen te combineren met fluorescerende eiwitten.
Eiwit, een multifunctionele stof
Hemoglobine bestaat uit 2 alfa ketens en 2 bèta ketens van 146 aminozuren. Sikkelcelanemie
ontstaat als er een bepaalde variatie is in de polypeptideketen van de hemoglobine. Het type, aantal
en volgorde van aminozuren bepalen de primaire eiwitstructuur. Per eiwitsoort is de primaire
strucctuur heel verschillend. Bij eiwitten met een soortgelijke functie is er sprake van eiwitfamilie.
Van polypeptideketen tot eiwit
Wanneer polypeptideketens aan ribosomen ontstaan hebben ze meestal nog niet hun definitieve
vorm. Bepaalde enzymen veranderen er dan dingen. Zoals extra fosfaatgroepen, ijzerhoudende
heemgroepen, lipoproteïnen. Soms worden er stukjes uitgeknipt, zo ontstaan insuline of peptase.
Polypeptideketens ondergaan veel bewerkingen voordat ze als eiwit functioneel zijn. Type, aantal
en volgorde van de aminozuren bepalen de primaire eiwitstructuur. Eiwitten met een vergelijkbare
functie vertonen vaak grote overeenkomst in bouw: eiwitfamilies.
Bestemmingsplan
Een deel van het ER heeft zoveel ribosomen dat het, het ruw endoplasmatisch reticulum wordt
genoemd (RER). Er is geen verschil tussen ribosomen. Eiwitten krijgen bij productie een adres mee.
Dat adres bestaat uit de eerste aminozuren van een groeiende polypeptideketen. Andere eiwitten
herkennen het adres en koppelen er aan vast. Vervolgens hecht het ribosoom aan een
membraanreceptor van het ER. Zo komt het in het ER terecht.
En nu verder
Transportblaasje vervoeren de eiwitten van het ER naar het Golgi-systeem. Het Golgi-systeem
sorteert de eiwitten en verzendt ze naar andere organellen. Enzymen in het Golgi-systeem knippen
aminozuren af of knopen er suikers (ER) en weer af aan. Membraan eiwitten herkennen de eiwitten
en stoppen ze in de juiste transportblaasjes. Deze plaatsen ze bij de juiste organel. Horen de eiwitten
buiten de cel, dan worden ze geloosd door exocytose.
Al die moeite voor..?
Meeste eiwitten zijn maar een paar weken/dagen werkzaam, dus er moet steeds bijgemaakt worden.
Het ER en het Golgi-systeem transporteren verschillende eiwitten binnen de cel. Tijdens het
transport voltooien enzymen de bouw van eiwitten. Veel eiwitten zijn maar kort actief.
22.2 Eiwitgymnastiek
Pad van het licht
De activiteit van een eiwit is te zien in de kleuren en de vorm.
Eiwitten als bouwstof
Keratine is een eiwit met een bouwstoffunctie (maakt dingen steviger). Het ontstaat in levende
epitheelcellen. Het bestaat uit lange eiwitdraden die dwars door de cellen lopen en de draden
bestaan uit een dik pak langgerekte eiwitmoleculen. Wanneer cellen afsterven, komen de
keratinedraden op elkaar te liggen en verbinden met elkaar.
In bochten wringen
De spiraal is een gemeenschappelijke structuur in een eiwit. Dit heet een alfa helix. Een ander
overeenkomstige structuur is de bèta plaat. (peptideketen gevouwen als harmonica). De alfa helices
en bèta platen (secundaire structuur) ontstaan doordat er waterstofbruggen worden gevormd. De
aminozuurvolgorde is de primaire structuur.
Watergolven
Haren zijn stevig door keratine. Door je haar nat te maken en dan te verwarmen verbreek je de
waterstofbruggen. Dan kun je zelf de vorm kiezen waarin het droogt, maar door water kan dat ook
weer opgeheven worden.
Eiwitstructuren: tertiair en quarternair
De ruimtelijke vorm van een eiwit is de tertiaire structuur. Deze ontstaat door allerlei bindingen
tussen de restgroepen. Wanneer afzonderlijke polypeptideketens zich verenigen tot eiwitcomplexen
noem je dat de quarternaire structuur (hemoglobine).
De ruimtelijke vorm van een polypeptideketen ontstaat door waterstofbruggen. Daarbij kunnen
patronen ontstaan zoals een alfa-helix en een bèta-plaat. Ze vormen de secundaire structuur van
een eiwit. De tertiaire structuur is de ruimtelijke positie van alle atomen van een
polypeptideketen. Een quarternaire structuur ontstaat wanneer twee of meer polypeptideketens
samen een complex vormen.
Kijken naar starre moleculen
Eiwitten zijn te zien via röntgen, elektronen bombardement en een NRM-spectroscoop. Als de massa
bekend is kun je de structuur achterhalen. Deze methodes laten alleen de vorm zien van het eiwit op
1 moment.
Beweging in eiwitten
Je hebt ook de atomic force microscope, AFM. Het laat oneffenheden ter grootte van atomen zien.
Het voordeel van deze methode is dat je de vormveranderingen kan zien van het eiwit.
Verschil moet er zijn
DNA laat zien of een organismen bepaalde eiwitten kan maken. Vele soorten DNA komen met elkaar
overeen. Er is wel een groot verschil tussen de expressie van genen. De eiwitsamenstelling
(proteoom) kan per dag in een mens veranderen. De eiwitsamenstelling laat zien welke functie een
cel op een bepaald moment heeft.
Allerlei technieken maken de driedimensionale structuur van eiwitten zichtbaar. Onderzoek aan
eiwitten levert informatie over verschillen tussen typen en verschillen tussen cellen onderling.
22.3 Eiwitdynamiek
Zwaar op de maag?
De afbraak door enzymen heet katalyse.
Afbraak en opbouw
Enzymen met katalysefunctie verlagen de activeringsenergie. Enzymen hebben een specifieke
bindingsplaats voor substraatmoleculen. Wanneer deze enzymen een binding aangaan met het
substraat wisselen de elektronen van positie. Het substraat neemt een H+ op en valt uiteen. Het
enzym splitst een watermolecuul af (hydrolyse). Enzym neemt H+ op en de peptideketen neemt de
OH- op. Bepaalde enzymen koppelen aminozuren door water af te splitsen (condensatie).
Enzymen zijn substraat- en reactiespecifiek. Katalyse vindt plaats door een koppeling van het
enzym aan het substraat. Een bepaalde binding in het substraat destabiliseert en het substraat
splitst vervolgens in twee delen. Bij condensatie koppelt een enzym twee substraten aan elkaar.
Geregelde activiteit
Hormonen beïnvloeden de productiesnelheid van enzymen. Cellen in het bloed en darmen scheiden
enzymen uit in een niet-actieve vorm (handig bij bloedstolling). Bij bloedstolling zijn ook vitamines of
metaalionen nodig, dat zijn co-factoren. Stoffen bevinden zich in kleine concentraties in je lichaam.
Dit komt omdat ze of met een negatieve terugkoppeling te maken krijgen of er worden
enzymremmers (specifieke blokkeringseiwitten) gebruikt.
Hoe uniek zijn onze genen?
Grote delen van het junk-DNA veranderen niet. Er zitten stukken DNA in die worden omgezet tot
RNA, maar geen eiwitten opleveren. Dat wordt RNA-only genes genoemd en zij controleren het
functioneren van de genen. Histonen en andere eiwitten spelen een belangrijke rol binnen de
epigenetica.
De hoeveelheid werkzame eiwitten in een cel staat onder invloed van hormonen, co-factoren,
enzymen en eiwitremmers. RNA- en eiwitmoleculen controleren het functioneren van het DNA.
22.4 Eiwitproblematiek
De aanhouder wint, soms…
De vraag is hoe de lipoproteïne-uitsteeksels van het hepadnavirus zich hechten aan het DNA.
Hard werken
De PCR-machine vermeerderd DNA. Eerst pipetter je de eppendorfvaatjes vol. Met DNA, nucleotiden,
buffer en DNA-polymerase en een primer. Daarna brengt je een beetje DNA over op een
elektroforese-gel. (hierdoor licht DNA op in uv licht). Eerst pipetteer je DNA in een holte aan het
uiteinde van de gel. Daarna pas je elektroforese toe. Als resultaat zie je een dikke band.
Een lange weg
Daarna bouw je DNA in een plasmide met daarin het gen voor penicillineresistentie. Dan nemen
bacteriën de plasmide op. De bacteriën produceren het eiwit.
Dodelijke virussen
Pandemie is een wereldwijde epidemie. Het influenza A-virus heeft een mantel van vet- en
eiwitmoleculen. Het bindt zich aan de receptoren van de longen. Het komt de cel binnen via
endocytose. Virale eiwitten verhinderen de cel het eigen mRNA te gebruiken. Hierdoor wordt het
virus gekopieerd. En dit virus kan zich dan weer verspreiden. Slijm blijft over.
Veranderlijke virussen
Cellen van het afweersysteem herkennen een virus niet snel omdat deze vaak veranderd. Het virus
kan ook voorkomen bij vogels en varkens en dan kan je 2x besmet raken op hetzelfde tijdstip.
Hierdoor kunnen deze zich weer combineren en ontstaat er weer een nieuw virus.
Zoeken naar vaccins
Het WHO stelt elk jaar richtlijnen op over het omgaan met verschillende virusziekten en de preventie
daarvan.
Moleculair biologisch onderzoek naar virussen is tijdrovend werk. Doordat veel virussen
voortdurend muteren en er nieuwe virussen ontstaan, blijft onderzoek nodig.
Prionen
Sponsvormige encefalopathie, prionen zijn de oorzaak van deze ziekte. Het prioneiwit is een
herseneiwit. Bij zieke mensen is de secundaire structuur van het prion verander in vooral bèta
platen. Doordat hij van vorm veranderd, veranderd hij ook van functie. Het veranderde prion, kan
normale prionen ook omzetten.
Haken en ogen aan een onderzoek
Er is een verband gevonden tussen BSE en de ziekte van Creutzfeldt-Jacob. Als de zieke prionen recht
in het hoofd worden gespoten dan worden de dieren sowieso ziek en via het eten worden sommige
dieren ziek. Hierdoor moeste alle mogelijk zieke dieren worden ontruimd.
Prionen zijn normale lichaamseiwitten. Door een verandering in de structuur van deze eiwitten
functioneren hersencellen niet goed.