thema 4 DNA & thema 5 Ordening en evolutie

Thema 4 DNA

Basisstof 1: chromosomen bevindt zich de informatie voor de erfelijke eigenschappen. Via enzymen kunnen erfelijke eigenschappen tot uiting komen. Enzymen zijn eiwitten. Eiwitmolecuul bestaat uit een groot aantal aan elkaar gekoppelde aminozuren. In het lichaam zijn er 20 verschillende aminozuren. Synthese van enzymen en andere eiwitten vind plaats in ribosomen. Een chromosoom bevat 1 zeer lang molecuul van de stof DNA, en veel eiwitmoleculen. Een DNA-molecuul ligt opgerold om eiwitmoleculen. Een DNA-molecuul bestaat uit twee ketens, die in een dubbele spiraal om elkaar heen gewonden liggen. Een keten bestaat uit vele duizenden aan elkaar gekoppelde nucleotiden. Een nucleotide bestaat uit een fosfaatgroep, desoxyribe en een stikstofbase. In een DNA-molecuul 4 verschillende stikstofbasen voor: Adenine (A), Thymine (T), Cytosine (C) en Guanine (G). Deze vormen vaste paren (basenparen), namelijk A met T en C met G. een chromosoom bevat een aantal genen. Een gen bestaat uit honderden nucleotiden.

Basisstof 2: ook als organismen niet groeien komen er nieuwe cellen bij. Nieuwe cellen ontstaan door mitose (kerndeling) en celdeling. Bij mitose deelt een celkern zich in tweeën, waarna er twee cellen ontstaan. Door plasmagroei worden de twee dochtercellen net zo groot als de moedercel. Na een tijdje is er ook mitose in dochtercellen. De periode tussen 2 mitosen = interfase. Mitose + interfase = celcyclus. DNA-replicatie = voordat mitose begint vormt elke chromosoom een tweede draad erbij. Nu wordt van het DNA-molecuul een nauwkeurig kopie gemaakt. De ketens worden verbroken en vormen nieuwe ketens. Doordat de stikstofbasen steeds vaste paren vormen, zijn beide DNA-moleculen identiek. Bij DNA-replicatie bestaat een chromosoom uit 2 identieke delen = de chromatiden. De plaats waar chromatiden aan elkaar vastzitten heet centromeer. Hierna gaan chromatiden spiraliseren > chromosomen worden korter en dikker. Daardoor worden de chromosomen zichtbaar met de microscoop. 2 chromatiden van een chromosoom bevatten dezelfde informatie voor erfelijke eigenschappen. Mitosen schematisch weergegeven met: 2N  2N + 2N. Na afloop mitose verdwijnt de spiralisatie van de chromosomen. De chromosomen worden weer dun, lang en niet zichtbaar.

Basisstof 3: Bij ongeslachtelijke voortplanting groeit een deel van een individu uit tot een nieuw individu. Dit kan op verschillende manieren : 1. bij eencellige dieren/planten door deling
Bij zaadplanten op natuurlijke wijze door: 2. knollen: verdikte stengels met knoppen ( bv. Bij aardappels) 3. uitlopers: horizontaal groeiende stengels ( bv. Bij aardbeien) 4. bollen: verdikte bladeren (rokken) met knoppen (bv. Bij tulpen)

Bij zaadplanten op kunstmatige wijze: 1. stekken: stuk van stengel/blad afsnijden, op snijvlak ontwikkelt zich wortels. (bv. Bij kamerplanten) 2. enten: takken vastzetten op een afgeknipte onderstam (bv. Bij fruitbomen)

Ongeslachtelijke voortplanting vindt plaats door mitose en celdeling. De dochtercellen bevatten dezelfde erfelijke eigenschappen als de moedercel. Hierdoor hebben nakomelingen hetzelfde genotype als de ouder. Kloon = groep individuen die door ongeslachtelijke voortplanting uit 1 organisme is ontstaan. Het kweken van individuen heet: klonen of kloneren. Klonen is gunstig, zo blijft een gunstig genotype behouden. Bij weefselkweek wordt uit een gezonde, goed groeiende plant een stukje weefsel weggesneden. Dit weefsel wordt ontsmet en op een geschikte voedingsbodem met voedingsstoffen en plantenhormonen (groeistoffen) gebracht. De cellen gaan delen. Er ontstaat: Callus= ongedifferentieerd weefsel. Nu weer opnieuw planten. Door plantenhormonen gaan cellen zich differentiëren en specialiseren. Er ontstaat: embryoiden. Deze worden weer gesplitst en weer opnieuw opgekweekt. Er ontstaat: (jonge) plant. Voordeel van deze methode: snel groot aantal planten met hetzelfde genotype kweken en kan je bepaalde gewenste eigenschappen op celniveau selecteren. De weefselkweektechniek is nog niet voor alle gewassen in de land- en tuinbouw bruikbaar.

Basisstof 4: Bij de vorming van geslachtscellen vindt meiose plaats. Meiose= een deling waarbij de chromosomen van een paar uit elkaar gaan. Geslachtelijke voortplanting = versmelten de kernen van geslachtcellen. Bij vorming van geslachtscellen vindt meiose plaats: een deling waarbij de chromosomen van een paar uit elkaar gaan. Meiose bestaat uit 2 opeenvolgende delen. bij meiose I: uit 1 diploïde cel ontstaat 2 haploïde cellen = reductiedeling, omdat het aantal chromosomen per kern wordt gereduceerd (verdubbeld). Bij meiose II: uit 2 haploïde cellen ontstaan 4 haploïde cellen.

Als een man meiose ondergaat in een zaadcelmoedercel in de teelbal, ontwikkeld elk van de 4 haploïde cellen zich tot een zaadcel. De kop van een zaadcel is gevuld met de kern. De hals bevat veel mitochondriën. Met de zweepstaart kan de zaadcel zich voortbewegen. Als bij een vrouw in een eierstok een eicelmoedercel meiose I ondergaat, ontstaan dochtercellen die ongelijk van grote zijn. Bijna al het cytoplasma komt terecht in 1 dochtercel. Beide cellen ondergaan meiose II, nu komt ook bijna al het cytoplasma in 1 dochtercel terecht, deze ontwikkelt zich tot eicel. In het cytoplasma is reservevoedsel opgeslagen, bestemd voor de eerste ontwikkeling van een embryo. De 3 andere dochtercellen worden poollichaampjes genoemd. Pas vanaf de puberteit gaan de eicellen rijpen. Nadat een ovulatie heeft plaatsgevonden, wordt in de vrijgekomen eicel de meiose afgemaakt.

Basisstof 5: Bij meiose I gaan de chromosomen van een chromosomenpaar uit elkaar. Doordat de allelen in de chromosomen van een paar verschillen, kun je er zeker van zijn dat de dochtercellen een verschillend genotype hebben. Bij organismen waarvoor geldt: N=2, kunnen na meiose geslachtcellen ontstaan met 4 (2²) verschillende combinaties van chromosomen. Bij de mens (N=23) kunnen geslachtcellen ontstaan met 2²³ verschillende combinaties van chromosomen. Het nieuwe individu zal altijd een andere combinatie van erfelijke eigenschappen bezitten dan de ouders. Recombinatie = het ontstaan van nieuwe combinaties van genen. Door recombinatie ontstaat een grote verscheidenheid (diversiteit) in genotypen binnen een soort. Hierdoor heeft de soort een grotere overlevingskans. Het ligt aan de milieuomstandigheden of er geslachtelijke- of ongeslachtelijke voortplanting plaats vindt. Bij geslachtelijke voortplanting bij zaadplanten spelen bloemen een belangrijke rol. De meeldraden en de stamper zijn de voortplantingsorganen. In de helmknoppen van de meeldraden vindt meiose plaats. De haploïde cellen die hierbij ontstaan ontwikkelen zich tot stuifmeelkorrels (pollenkorrels). In het vruchtbeginsel van een stamper bevinden zich 1 of meer zaadbeginsels > ontstaat na meiose 1 eicel. Door bestuiving of wind worden stuifmeelkorrels van de meeldraden overgebracht naar stempels van stamper. Kruisbestuiving = als het stuifmeel terecht komt op een stempel van een andere plant. Na bestuiving groeit er uitde stuifmeelkorrel een stuifmeelbuis. Bij bevruchting versmelt de kern van de stuifmeelkorrel met de kern van de eicel. Uit de zygote kan een nieuwe plant ontstaan. Genetische variaties kunnen ontstaan bij geslachtelijke voortplanting. 1) veredeling: door kruisen en selecteren gunstige eigenschappen in 1 nakomeling te
verkrijgen. Als de veredeling goed is, wordt klonering toegepast. Zo krijg je identieke nakomelingen in het genotype, niet altijd in het fenotype
2) zuivere lijn: groep planten die door geslachtelijke voortplanting is ontstaan en homozygoot is voor 1 of meerdere eigenschappen. Je krijgt een zuivere lijn door uit te gaan van 1 ouderplant die homozygoot is > zelfbestuiving > nu dezelfde nakomelingen met hetzelfde genotype. Deze planten heten zaadvast. Dieren die homozygoot zijn voor de gewenste eigenschappen > fokzuiver. Bv. Rashonden. Wanneer honden van verschilend ras met elkaar worden gekruist, ontstaan heterozygote nakomelingen.(bastaarden)

Basisstof 6: DNA-moleculen zijn kwetsbaar: ze kunnen beschadiging oplopen. Mutatie= plotseling verandering van het genotype. De volgorde van de stikstofbasen in het DNA is blijvend veranderd, doordat DNA-moleculen beschadigingen hebben opgelopen en niet is hersteld onder invloed van bepaalde speciale enzymen. Mutaties kunnen in elke cel plaatsvinden. Mutaties hebben geen grote uitwerking als: 1) een groot deel van de gemuteerde genen in cel niet actief is. 2) de meeste gemuteerde allelen recessief zijn
3) De uitwerking van een mutatie die is opgetreden in een lichaamscel meestal beperkt blijft bij die ene cel. Informatie voor de synthese van eiwitten bevindt zich in de chromosomen in de celkern. De eiwitten worden gesynthetiseerd in de ribosomen in cytoplasma. De stof RNA brengt informatie voor de eiwitsynthese over van het DNA in de celkern naar de ribosomen in het cytoplasma. Een RNA-molecuul bestaat uit een enkelvoudige keten van nucleotiden. RNA-moleculen worden in de celkern gevormd, langs delen van DNA-molecuul. Op plaatsen waar zich actieve genen in een DNA-molecuul bevinden, worden de bindingen tussen de basenparen verbroken.

De vorming van RNA-moleculen is vergelijkbaar met DNA-replicatie. Bij RNA wordt in een deel van een DNA-molecuul langs slechts 1 keten een nieuwe nucleotidenketen gevormd. Bij DNA is dit 2 nucleotidenketens. De volgorde van stikstofbasen in een RNA-molecuul vertoond een grote overeenkomst met de volgorde van stikstofbasen in dit deel van het DNA-molecuul. Genetische code= de gedoceerde vorm over de synthese van een eiwit. Als vorming van RNA-molecuul is voltooid, laat het molecuul los van het DNA. Het RNA-molecuul verlaat de celkern via de poriën in het kernmembraan. Als RNA-molecuul bij ribosomen aankomt, kan het daar de synthese van eiwit op gang brengen. Mutaties in lichaamscellen hebben meestal geen grote uitwerking, omdat de gevolgen meestal beperkt worden tot die cel waar de mutatie is opgetreden. Mutaties hebben wel een grote uitwerking in een eicelmoedercel, zaadcelmoedercel, eicel, zaadcel, zygote of een cel van een embryo. De meeste gemuteerde alellen zijn recessief, hierdoor komen de meeste mutaties niet tot uiting in het fenotype. Een individu waarbij een mutatie tot uiting komt in fenotype = mutant. Wildtype: fenotype waarbij geen enkele mutatie waarneembaar is.

Mutaties zijn meestal ongunstig voor organismen. Onder natuurlijke omstandigheden komen mutaties niet vaak voor. Mutaties komen vaker voor door blootstelling aan kortgolvige straling (bv. Radioactieve straling, röntgen straling of UV straling), chemische stoffen (bv. Stoffen in sigarettenrook of asbest)of virussen. Deze invloeden heten > Mutageen. Als cellen zich ongeremd gaan delen ontstaat er een primaire tumor oftewel, gezwel. Deze tumor kan goedaardig (bv. Vetknobbels) of kwaadaardig zijn (tumor). Bij kwaadaardige tumor in de bouw van het weefsel verstoord. Het vermoedelijk ontstaan van kanker is: In een cel hebben een aantal mutaties plaatsgevonden, waardoor de cel ongevoelig is geworden voor stoffen die de celdeling remmen. Primaire tumor kan operatief worden verwijderd, ook door bestraling (radiotherapie). Metastase (uitzaaiing): cellen uit primaire tumor komen in het bloed of in de lymfe terecht en veroorzaken in een ander orgaan secundaire tumoren > nu is een genezing moeilijk. Bij chemotherapie worden cytostatica toegediend: stoffen die celdeling remmen (ook in gezonde weefsels). Mutagene invloeden zijn meestal ook carcinogeen (kankerverwekkend).

Basisstof 7: Vormen van erfelijkheidsonderzoeken: tweelingonderzoek, preimplantatiediagnostiek bij in-vitrofertilisatie en prenatale diagnostiek. Prenatale diagnostiek wordt uitgevoerd om al voor de geboorte van een kind te onderzoeken of het kind eventuele afwijkingen heeft. De meest gebruikte vormen hiervan zijn: echoscopie, vlokkentest en vruchtwaterpunctie. Bij echoscopie wordt de groei en ligging van het embryo of de foetus gecontroleerd met behulp van een echoscoop. Een echoscoop zend hoogfrequente trillingen uit die door weefsels en organen in verschillende mate worden teruggekaatst. De teruggekaatste trillingen worden zichtbaar gemaakt op een scherm. Echoscopie kan vanaf de 6de week van de zwanger worden toegepast. Vanaf de 8e week kan een vlokkentest plaatsvinden. Bij een vlokkentest wordt een klein beetje vlokkenweefsel uit de groeiende placenta weggehaald. Deze vlokken bevatten celkernen met hetzelfde genotype als het embryo. Door cellen tijdens mitose te doden en te kleuren, kan een karyogram worden gemaakt. Nu kunnen al in een vroeg stadium afwijkingen in de chromosomen worden geconstateerd en het geslacht van kind vaststellen.

Door biochemisch onderzoek kan een aantal stofwisselingsziekten worden opgespoord. Bij een vruchtwaterpunctie wordt via de buikwand en de wand van de baarmoeder wat vruchtwater weggezogen. In het vruchtwater bevinden zich cellen van de foetus. Deze foetale cellen worden gebruikt voor chromosoomonderzoek (d.m.v. karyogram) en voor het opsporen van bepaalde stofwisselingsziekten. Een vruchtwaterpunctie kan worden uitgevoerd vanaf de 16de zwangerschapsweek.

Erfelijkheidsadvisering = men onderzoekt hoe groot de kans is op een ernstige ziekte of afwijking bij een kind. De ouders kunnen dan beslissen over een eventuele zwangerschap. Via erfelijkheidsonderzoek in de familie probeert men vooraf vast te stellen hoe groot de kans is op een ernstige ziekte of afwijking bij een toekomstig kind. Tijdens de zwangerschap kan de ziekte of afwijking worden geconstateerd door prenatale diagnostiek.

Syndroom van Down = in de celkernen komt het 21e chromosoom in drievoud voor. (trisomie 21). Het ontstaat doordat er bij de bevruchting een geslachtscel is betrokken waarin het 21e chromosoom dubbel voorkomt. Vermoedelijk is bij meiose bij een ouder non-disjunctie opgetreden = beide chromosomen van een paar of beide chromatiden van een chromosoom gaan naar dezelfde pool van een cel.

Basisstof 8: Biotechnologie = organismen worden gebruikt om producten te vervaardigen voor de mens. (vooral gebruikt bij bereiding van voedingsmiddelen.) Chymosine = een stof uit de maag van pasgeboren kalveren. Polyploidie = behandeling met colchicine, waardoor na mitose geen celdeling optreedt. Hierdoor ontstaan de tetraploide cellen (met 4N chromosomen) of polyploide cellen ( met een veelvoud aan chromosomen). Polyploide planten dragen meestal grotere bladeren, grotere bloemen en grotere vruchten.

Recombinant-DNA-techniek = een stukje DNA uit cellen van het ene organisme weg te halen, eventueel te veranderen en vervolgens in te brengen in cellen van een ander organisme. Op deze manier kunnen erfelijke eigenschappen van verschillede soorten organismen met elkaar worden gecombineerd. Genetische modificatie = bij een organisme is kunstmatig DNA van een ander organisme ingebracht. Een transgeen organisme is genetisch gemodificeerd. Een recombinant-DNA-techiek biedt veel mogelijkheden bij de productie van voedsel en geneesmiddelen. Bv. Landbouwgewassen kunnen resistent (ongevoelig) worden gemaakt voor ziekten en plagen. Voedingsmiddelen kunnen worden geproduceerd met een gunstiger samenstelling aan voedingsstoffen. Voedingsstoffen kunnen worden veranderd zodat ze geen problemen meer geven met allergieën. Hormonen (o.a. insuline) en geneesmiddelen (o.a. lactoferrine) kunnen door bacteriën op goedkope wijze in zuivere vorm worden geproduceerd.

Celfusietechniek = 2 typen cellen versmelten tot 1 hybridencel. Als de cellen afkomstig zijn van verschillende soorten organismen, kunnen zo nieuwe soorten worden gecreëerd. DNA-fingerprinting = ieder persoon heeft een eigen uniek DNA-patroon. DNA-fingerprinting kan een rol spelen bij de bewijsvoering tegen personen die van misdrijven worden verdacht

Thema 5 Ordening en evolutie
Basisstof 1: Tot halverwege vorige eeuw verdeelden natuurwetenschappers deorganismen in 2 rijken: de planten en de dieren. Taxanomie = de tak van de biologie die zich bezighoudt met het ordenen van dieren. Indeling van 4 rijken: bacterien, schimmels, planten en dieren. Bacterien zijn eencellige organismen. Schimmels, planten en dieren zijn zowel eencellig als veelcellig. Organel = een deel van een cel met een eigen functie. Organische stoffen = afkomstig van organismen of van producten van organismen. (bijv. koolhydraten, eiwitten en vetten). Anorganische stoffen komen in organismen en in de levenloze natuur voor. Ze zijn opgebouwd uit kleine, eenvoudig gebouwde moleculen. (bijv. ijzer, koolstofdioxide water en zuurstof. Autotroof = zelfvoedend, autotrofe organismen nemen uit hun omgeving alleen anorganische stoffen op. Planten en enkele soorten bacteriën zijn autotroof. Heterotroof = je hebt een ander nodig voor het voedsel., ze moeten organische stoffen van andere organismen als voedsel opnemen. Meeste soorten bacteriën, schimmels en dieren zijn heterotroof.

Afdelingen, klassen, orden, families, geslachten, soorten. (zie blz. 217).

Virussen zijn alleen zichtbaar met een elektronenmicroscoop. Een virus bestaat uit een omhulsel van eiwitten, met daarbinnen een streng DNA of RNA.

Basisstof 2: Organismen behoren tot dezelfde soort als ze in staat zijn zich onderling voort te planten en daarbij vruchtbare nakomelingen voortbrengen. Populatie = een groep individuen van dezelfde soort in een bepaald gebied die samen een voortplantingsgemeenschap vormen.

De geslachtsnaam van een wordt vooropgezet en met een hoofdletter geschreven, de soortaanduiding komt daarachter en wordt met een kleine letter geschreven.

Basisstof 3: De meeste soorten bacteriën en schimmels bezitten geen chlorofyl. Ze voeden zich met dode resten van organismen. In de natuur ruimen bacterien en schimmels de dode resten van organismen op. organische stoffen worden omgezet in anorganische stoffen. Bacteriën worden ook wel bacillen genoemd. Bacteriën zijn erg geschikt voor toepassing van de recombinant-DNA-techniek, omdat ze gemakkelijk bereikbaar zijn voor enzymen. Dat komt doordat de chromosomen los in het cytoplasma liggen. Optimalisering = men zorgt ervoor dat de omstandigheden zo gunstig mogelijk zijn voor bacteriën. Bacteriën planten zich voor door deling.

Schimmels kunnen eencellig of veelcellig zijn. Gisten zijn eencellige schimmels. Veelcellige schimmels bestaan meestal uit lange draden de schimmeldraden. Veelcellige schimmels planten zich voort door sporen.

Basisstof 4: (Zie blz. 226)

Basisstof 5: (zie blz. 229, 230 en 231)

Basisstof 6: Evolutie = in de loop van miljarden jaren zijn uit eenvoudig gebouwde organismen steeds ingewikkelder gebouwde organismen ontstaan. De schepping = een verklaring voor het ontstaan van het leven op aarde.