Genetica

Genetica

A. Inleiding

Ouders en nakomelingen bezitten gelijke kenmerken, maar toch vertonen ze verschillen. Wat is oorzaak hiervan? Het is erfelijkheid of genetica die deze verschijnselen bestudeert.
Omdat mens zich geslachtelijk voortplant vormen zaadcellen en eicellen enige biologische verbinding tussen ouders en kinderen. Elke voortplantingscel bevat dan ook alle erfelijke informatie. Zo ontstaan bij versmelting van zaadcel en eicel een zygote die kenmerken van vader en moeder bevat.

B. Belangrijke begrippen

1. Chromosomen
In celkern zit erfelijk materiaal dat celwerking regelt en waarin alle erfelijke informatie opgeslagen is. Bestaat uit kluwen dunne draadjes, chromatinedraden. Als cel gaat delen trekt kluwen samen tot staafjes, chromosonen. Elk chromosoon heeft x-vorm. Benen van x noemt men chromatiden. Ze zijn identiek, ze hebben precies dezelfde informatie over erfelijke kenmerken. Iedere chromosoon komt voor als paar. Men spreekt van homologe chromosonen. Op beide homologe chromosonen ligt informatie voor dezelfde kenmerken, maar inhoud v.d. informatie kan verschillen. Mens bezit in elke gewone lichaamscel 46 chromosonen = 23 paar homologe chromosonen. Bij vrouw bestaat 23e paar uit twee x-chromosomen. Deze bevatten informatie over geslacht. Vrouw stelt men voor als XX. Bij man bestaat 23e paar uit groot x-chromosoom en klein y-chromosoom. Y-chromosoom bevat mannelijke kenmerken. Man stelt men voor als XY. Chromosomen rangschikt men in chromosomenkaart. Hierop kan men nagaan of er eventuele afwijkingen voorkomen.

2. Mitose
Dit is deling van celkern, meestal gevolgd door deling v.d. volledige cel. Mitose verloopt in aantal fasen. Zo ontstaan uit één moedercel twee identieke dochtercellen met precies evenveel chromosomen als moedercel. Mitose is verantwoordelijk voor alle delingen die leiden van zygote tot kind, en van kind tot volwassen mens. Al onze lichaamscellen zijn dus erfelijk identiek en elke lichaamscel bevat dan ook alle erfelijke informatie voor volledige mens!!
3. Genen en allelen
Ieder mens bezit 30-40 duizend erfelijke eigenschappen. Elk chromosoom bevat dus vele van deze eigenschappen. Men noemt ze genen. Gen is stukje chromosoom dat informatie bevat voor één erfelijk kenmerk. Genen vormen bandenpatroon op chromosoom. Genlocus is plaats v.e. gen op chromosoom; vb. gen ligt op 23% v.h. chromosoomuiteinde. Vermits chromosomen voorkomen als paren homologen chromosomen vinden we hetzelfde gen terug op zelfde genlocus van elk chromosoom v.h. paar. Nu is het mogelijk dat gen voor OOGKLEUR op één chromosoom vorm BRUIN bevat en op homoloog chromosoom vorm BLAUW. Bruin en blauw noemt men allelen v.h. gen voor oogkleur. Zo bezit elk gen minstens 2 allelen. In kern van lichaamscellen komen dus allelenparen voor. Één allelenpaar = één gen; het ligt op één genlocus v.e. paar homologe chromosomen; het staat in voor één erfelijk kenmerk.

4. Homozygoot en heterozygoot
Bevatten 2 homologe chromosomen op zelfde genlocus identiek allel dan is individu homozygoot voor dit kenmerk. Vb.: oogkleur: blauw - blauw en oogkleur: bruin – bruin. Bevatten 2 homologe chromosomen op zelfde genlocus verschillend allel dan is individu heterozygoot voor dit kenmerk. Men spreekt van bastaardkenmerken of hybride kenmerken. Vb.: oogkleur: bruin – blauw.

5. Genotype en fenotype
In algemeen is genotype erfelijke informatie op chromosomen. Vb.: oogkleur: genotype: allel blauw – allel blauw. Met fenotype bedoelt men uiterlijk voorkomen, waarneembare kenmerken. Vb.: oogkleur: fenotype: blauwe ogen. Vb.: bruine haarkleur, bloedgroep A, losse oorlel, kleurenblind zijn,…. Genotype bepaalt welk fenotype iemand bezit! Milieu, uitwendige omstandigheden, bepalen echter in grote mate mee fenotype. Vb.: voeding, sport, klimaat,…. Vb.: kunstmatige ingrepen, haren verven, blonderen, zonnebank, liposuctie,….

6. Dominant – recessief – codominant
Vaak komen 2 allelen van één gen in fenotype niet even sterk tot uiting. Allel dat meest tot uiting komt noemt men dominant, allel dat onderdrukt wordt is recessief. Dit wordt van nature uit bepaald en ligt voor elk kenmerk vast. Vb.: genotype: allel bruin – allel blauw. Allel bruin is dominant, allel blauw is recessief, fenotype: bruin. Genotype stelt men voor met letters. Per gen neemt men één letter. Dominant allel stelt men voor met hoofdletter, recessief allel met kleine letter. Vb.: oogkleur: allel bruin: A; allel blauw: a; allel bruin dominant over allel blauw. Zo verkrijgt men:
Genotype Fenotype
AA bruine oogkleur
aa blauwe oogkleur
Aa bruine oogkleur
Soms komt voor dat beide allelen van één gen even sterk tot uiting komen. Allelen zijn dan codominant. Vb.: bloemkleur van nachtschone: allel rood: A, allel wit: a, allel rood en allel wit zijn codominant. Voor codominante allelen worden ook hoofdletters en kleine letters gebruikt, maar dat is geen aanduiding van sterkte!
Genotype Fenotype
AA rode bloemkleur
aa witte bloemkleur
Aa roze bloemkleur
Fenotype roze bloemkleur vertoont mengkenmerk van rood en wit. Men noemt dit intermediair fenotype.

7. Gameten
Voortplantingscellen, zaadcellen, eicellen, noemt men ook gameten. Bij geslachtelijke voortplanting dringt zaadcel eicel binnen, hun kernen versmelten en hun chromosomen wordt samengevoegd. Omdat nakomelingen en ouders steeds zelfde aantal chromosomen bezitten mogen gameten slechts halve aantal chromosomen van gewone cellen hebben. Deze halvering gebeurt bij vorming van gameten dankzij speciale deling, meiose.

8. Diploïd en haploïd
Lichaamscellen bevatten elk dubbel stel chromosomen, homologe chromosomen. Men zegt dat cel diploïd is. Voorstelling: 2n. Vb. mens: 2n = 23 paar = 46 chromosomen per cel. Geslachtscellen bevatten slechts een enkel aantal chromosomen. Ze bezitten dus geen homologe chromosomen = haploïd. Voorstelling: n. Vb. mens: n = 23 chromosomen per gameet.

9. Meiose
Diploïde moedercel ondergaat eerst rijpingsdeling. Hierbij wordt elk paar homologe chromosomen uit elkaar gehaald. Er ontstaan 2 haploïde dochtercellen die elk v.h. paar homologe chromosomen één chromosoom krijgen. Welke cel welk chromosoom krijgt hangt v.h. toeval af. Bij mens gebeurt dit dus voor alle 23 paar chromosomen. Beide cellen ondergaan nu 2de rijpingsdeling. Dit is gewone mitose, maar wel met haploïde cellen! Uiteindelijk ontstaan uit één moedercel 4 verschillende haploïde dochtercellen. Deze kunnen dan voort ontwikkelen tot gameten die ook allemaal verschillend zijn.

10. Nakomelingen (grondig lezen)
Bevruchting vormt enige biologische band tussen ouders en nakomelingen. Hierbij wordt één stel chromosomen (23) v.e. eicel (haploïd) v.d. moeder en één stel chromosomen (23) v.e. zaadcel v.d. vader samengevoegd. Zo ontstaat zygote (diploïd) met 23 paren homologe chromosomen. Vermits alle eicellen en zaadcellen verschillend zijn zullen ook alle zygoten verschillend zijn. Door mitosen groeit uit zygote kind dat dus unieke combinatie van genen bezit. Zo kunnen we verklaren dat kinderen op ouders gelijken, maar toch ook verschillen vertonen. Uitzondering zijn ééneiige tweelingen die beide zelfde genencombinatie bezitten. Ze zijn immers ontstaan uit versmelting van één eicel en één zaadcel. Zygote ondergaat 1ste mitose die twee identieke cellen oplevert die elk apart verder ontwikkelen tot kind. Twee-eiige tweelingen ontstaan uit 2 eicellen die elk door zaadcel bevrucht werden. Ze bezitten dus niet zelfde genencombinatie.

11. Kruising (kunnen toepassen in kruisingsschema)
Versmelten van 2 gameten die genetisch verschillen. Voorstelling: x.
- Oudergeneratie: P1: steeds diploïd; vb. AA x aa
- Grootoudergeneratie: P2
- Eerste generatie nakomelingen: F1; steeds diploïd
- Tweede generatie nakomelingen: F2
- Gameten: geslachtscellen gevormd door P1, F1,…; steeds haploïd. Men noteert steeds alle mogelijke verschillende gameten die door betrokken individu kunnen gevormd worden bij meiose; geen enkele gameet mag dubbel geschreven worden!
- Monohybride kruising: ouders verschillen in één kenmerk dat men volgt. Vb.: man met bruine oogkleur x vrouw met blauwe oogkleur.
- Dihybride kruising: ouders verschillen in 2 kenmerken die men volgt. Vb.: bruine ogen, hemofiel x vrouw: blauwe ogen, normaal bloed

12. Kruisingsschema (model verplicht te gebruiken bij de wetten van Mendel en bij oef.)
P1: fenotype x vrouw
P1: genotype x vrouw
: gameten vrouw

F1: genotype:
F1: fenotype:
getallenverhoudingen:

C. Wetten van Mendel (nrs. 1-4: grondig kennen en kunnen toepassen op andere kenmerken)

We nemen als vb. resusfactor bij mens. Iemand is resuspositief als hij in membraam van zijn rode bloedcellen bepaald eiwit bevat dat we antigeen D noemen. Resusnegatief is iemand die dit antigeen niet heeft. Erfelijk gezien betekent dit één gen voor resusfactor. Dit gen heeft 2 allelen: - allel D: dominant; laat antigeen D vormen, - allel d: recessief; laat geen antigeen D vormen.
fenotype genotype
Resuspositief
(Rh+) DD
Dd
Resusnegatief
(Rh-) dd

1. Eerste wet van Mendel: uniformiteitswet
Stel kruising op waarbij vader homozygoot resuspositief is en moeder resusnegatief is.
Resultaat: zie cursus p. 11.
Uniformiteitswet: bij kruising tussen 2 individuen die in één eigenschap, waarvoor ze beiden homozygoot zijn, verschillen ontstaan hybriden die alle hetzelfde fenotype bezitten. Bij dominante allelen vertonen hybriden in hun fenotype allemaal dominante kenmerk: bij codominante allelen vertonen ze allen een intermediar kenmerk (vb.: roze bloemkleur).

2. Tweede wet van Mendel: splitsingswet
Kruising waarbij zowel man als vrouw heterozygoot zijn voor gevolgde kenmerk. In vb. zijn beiden dus heterozygoot voor resusfactor.
We kruisen dus F1 x F1. Resultaat: zie cursus p. 12.
Een overzichtelijk resultaat bekomen we door kruisingsvierkant te maken. Resultaat: zie cursus p. 12.
Splitsingswet: zelfbestuiving of onderlinge kruising van hybriden uit 1ste uniforme generatie die ontstonden uit homozygote ouders die in één kenmerk verschilden, geeft nakomelingen van verschillend uiterlijk. Tussen aantallen van iedere vorm bestaan vaste getallenverhoudingen, nl. 1/3 in geval van dominantie en 1/2/1 wanneer allelen codominant zijn.

3. Testkruising
Bij dominantie ziet men fenotypisch geen verschil tussen homozygote en heterozygote vorm. Bij testkruising voert men kruising uit tussen (veronderstelde) heterozygoot en homozygoot recessieve vorm om dit na te gaan.
Werk deze kruising uit voor resusfactor. Resultaat: zie cursus p. 14.
Als homozygoot recessieve een ouder is en heterozygoot een nakomeling spreekt men van terugkruising.

4. Letale allelen
Letaal allel veroorzaakt dood v.e. individu als het zijn werking kan uitoefenen:
Dominant letaal allel betekent dood v.h. individu dat het bezit:
* Bij codominatie: - homozygoot: dodelijk
- heterozygoot: vertoont afwijking
* Recessief letaal allel komt alleen tot uiting bij heterozygoot recessieve.
Vb. 1: aureauvariëteiten: bij planten bestaat allel voor vorming van bladgroen; allel A: bladgroenvorming dominant over allel a: geen bladgroenvorming. Aurea is intermediair kenmerk: lichtgroen of gevlamd blad.
Vb. 2: kortvingerigheid bij mens: Aa: korte vingers, aa: letaal.

Enkele erfelijke kenmerken bij de mens
1. Down - syndroom
Syndroom is geheel van samenhangende (ziekte)kenmerken. Down – syndroom of mongolisme wordt veroorzaakt door het in drievoud voorkomen van chromosoom 21. Oorzaak is slecht verdelen van deze chromosomen bij meiose. Kenmerken: mongloïde gelaatstrekken, klein gestalte, meer vetafzetting, beperkte geestelijke ontwikkeling. Komt voor bij 1 op 700 geboortes.

2. Mucoviscidose (taaislijmziekte)
Autosonaal recessief. Het is lang, ingewikkeld gen op lange arm van chromosoom 7. Mucoviscidose is stoornis in secretie van alle exokriene klieren. Gevolgen: - zweet bevat meer Na+ en Cl-, - ademhalingswegen, speekselklieren en darm: geven zeer taai slijm af, - weefsel v.d. alvleesklier is vervangen door bindweefsel.
Dit geeft volgende ziekteverschijnselen: - vele, langdurige infecties, dus veel antibiotica nodig, - verstopping van bronchiën, dus zeer veel fysiotherapie nodig, - darmafsluiting dij foetus, - spijsverteringstoornissen met als gevolg gebrek aan vitamine A en vitamine D, met moet alvleesklierenzymen toedienen.
Vanaf leeftijd van 10 j. treedt verbetering op. Komt voor bij 1/1000 tot 1/2000 borelingen, vooral bij blanken. Het is aan te tonen bij genetisch onderzoek