Erfelijkheidsschema's deel 1.

Transcriptie

1 Erfelijkheidsschema's deel 1. Theorie: o Elke cel bevat 2n chromosomen. n = aantal verschillende chromosomen. Bij mensen is n=23 en dus zitten in elke lichaamscel 23 paar (46) chromosomen. Eén deel kreeg je van je moeder, het andere deel van vader. Sommige vogels hebben per cel 16 paar chromosomen, anderen weer 80. Er zijn planten met maar liefst 128 paar chromosomen. o Eén chromosoom is een deel van het totale (opgevouwen) DNA dat in alle cellen dezelfde hoeveelheid is. Je kan zeggen dat het hele DNA is verdeeld in brokken die chromosoom heten. Dit heeft als consequentie dat bij erfelijke vermeerdering genen op hetzelfde chromosoom vaak gezamenlijk en gekoppeld overerven en bij het nageslacht terecht komen. Dit is een belangrijke factor in de mate van variatie in een dier, plant of mensensoort. o Bij de gewone celdeling (enkele duizenden keren per minuut in jouw lichaam!!) vindt duplicatie van de chromosomen plaats waarna celdeling volgt. Hierdoor zijn de cellen ná de deling identiek aan cellen vóór de deling. En dat moet ook zo zijn. Fouten bij die (ver)deling levert een belangrijke bron op van kanker, net als schade aan de chromosomen (en dus het DNA). o Bij de aanmaak van geslachtscellen (ei- en zaadcellen) vindt reductiedeling plaats: de meiose. Dit proces zorgt ervoor dat in elke geslachtscel slechts de helft van die paren in elke cel terecht komt. Van elk paar chromosomen steeds één. Dit proces is volstrekt random. o Chromosomen herbergen de genen. Van elk gen heb je dus steeds twee kopieën in elke cel aanwezig. Die kopieën zijn niet altijd exact gelijk. Daar waar de gen-paren hetzelfde zijn ben je 'homozygoot' voor dat gen, en daar waar ze niet gelijk zijn heterozygoot. Stel dat je oogkleur voor Bruin aangegeven is met het gen B. We weten dat de bruine oogkleur bij mensen gecodeerd kan worden met BB en met Bb. b is het gen voor blauwe ogen. De persoon met een genenset BB is dus homozygoot voor de bruine kleur en zal dus aan zijn/haar nageslacht alleen dít kenmerk doorgeven. De persoon met de genenset Bb is heterozygoot voor bruine ogen, toont ook bruine ogen, maar er is een kans van 50% dat deze persoon Bruin (B) doorgeeft of blauw (b) doorgeeft. Zo iemand hefet wel bruine ogen. Aan de buitenkant is dit niet zichtbaar of het om BB of Bb gaat. o De ouder met BB maakt geslachtscellen met uitsluitend B-genen. Het kan niet anders. De ouder met Bb maakt geslachtscellen met B of et b-genen %. Als deze ouders kinderen krijgen zal het B-gen van de eerste ouder samenkomen met het B- gen van de tweede ouder: een kind met bruine ogen (BB) of met het b-gen van de tweede ouder: een kind met Bb (ook bruine ogen, maar heterozygoot). In schema: Ouders: BB x Bb geslachtscellen B B of b In schema: gen B gen B gen B BB BB gen b Bb Bb Uit dit schema zien we dat er 50% kinderen ontstaan met BB als genetische basis voor de bruine oogkleur en 50% kinderen met Bb als genetische basis. Alle kinderen laten de bruine oogkleur zien. Er is geen verschil waarneembaar. Geen lichte of donkerbruine varianten

2 o Als twee heterozygote ouders voor de bruine oogkleur Bb met elkaar kinderen krijgen, ontstaat een ander schema: gen B gen b gen B BB Bb gen b Bb bb Uit dit schema zien we dat: (1) 25% van de kinderen homozygoot is voor Bruine oogkleur (BB) (2) 50% van de kinderen heterozygoot is voor de bruine oogkleur (Bb) (3) 25% van de kinderen homozygoot is voor blauwe oogkleur (bb) Uitwendig hebben drie van de vier kinderen bruine ogen en één op de vier blauwe ogen. Bedenk dat dit kansen zijn. Dit echtpaar heeft 25% kans op kinderen met blauwe ogen. Het hoeft niet zo te zijn dat in dit gezin met vier kinderen er dús ééntje met blauwe ogen is. Ander voorbeeld: Bij cavia's komen meerdere soorten haartypen voor: korthaar en langhaar. Het gen dat verantwoordelijk is voor het lange haar geven we aan met een H. Het korte haar wordt door een defect veroorzaakt in H en geven we aan met h. Cavia's kunnen dus langharig zijn (HHof Hh) of kortharig (hh). Een Langharige homozygote cavia (HH) wordt gekruist met een ander cavia die kortharig is (hh). gen H gen H gen h Hh Hh 0gen h Hh Hh Uit dit schema zien we dat: 100% van de kinderen heterozygoot is voor langharigheid (Hh) Alle kleine cavia's zien er hetzelfde uit maar zijn ook genetisch hetzelfde gelet op het haartype. Het nageslacht is uniform hetzelfde. Men kruist twee van deze kinderen later met elkaar. (Hh x Hh) Nu krijg je dit schema: gen H gen h gen H HH Hh 0gen h Hh hh Nu krijgen we weer 25% homozygote langharigen, 50% heterozygoot langharigen en 25% kortharigen. Dee verhouding staat bekend onder de 1:2:1 of hier: 3:1 verhouding. Wat heb je geleerd: a) Een gen komt in lichaamscellen altijd dubbel voor. Deze paren kunnen hetzelfde zijn (homozygoot) of verschillend (heterozygoot) b) Geslachtscellen ontstaan door een reductie/verdelings-deling. Hierbij is steeds een willekeurige helft van alle chromosomen van één cel over twee geslachtscellen verdeeld. c) Bij paring en versmelting van geslachtscellen, komen deze 'halve' cellen weer bijeen en vormen de eerste complete embryonale cel waaruit het complete kind ontstaat. d) Het proces van gen-verdeling is random; elke geslachtscel die een organisme maakt is dus altijd verschillend in samenstelling van een andere geslachtscel.

3 Erfelijkheidsschema's deel 2. In dit deel zie je hoe de vererving werkt met twee kenmerken. We kijken in dit voorbeeld naar de erwtenplant, zoals Mendel dat ook deed. Erwtenplanten hebben een Gele zaadhuid of een groene (g) zaadhuid. Daarnaast zijn de erwten glad (R) of gerimpeld (r). Een plant met Gele en gladde zaden heeft genotype GGRR en wordt gekruist met een plant met groene en gerimpelde zaden. (ggrr). Men kruist dus: GGRR met ggrr. Bij de eerste plant ontstaan geslachtscellen met genen GR en bij de tweede plant gr. Dit geeft weer 100% heterozygote nakomelingen GgRr. Die zijn uitwendig (fenotypisch) Glad en geel. Als men die onderling kruist ontstaat een mengeling aan uitkomsten: Gelet op kleur: GR Gr gr gr GR GGRR 1 GGRr 2 GgRR 3 GgRr 4 Gr GGRr 5 GGrr 6 GgRr 7 Ggrr 8 gr GgRR 9 GgRr 10 ggrr 11 ggrr 12 gr GgRr 13 Ggrr 14 ggrr 15 ggrr 16 Gelet op rimpeling: GR Gr gr gr GR GGRR 1 GGRr 2 GgRR 3 GgRr 4 Gr GGRr 5 GGrr 6 GgRr 7 Ggrr 8 gr GgRR 9 GgRr 10 ggrr 11 ggrr 12 gr GgRr 13 Ggrr 14 ggrr 15 ggrr 16 Uitkomst fenotypen gecombineerd: Geel en Glad: nummers 1,2,3 4 5, 7, 8, 9, 10, en stuks. Geel en gerimpeld: nummers: 6, 8 en 14 3 stuks. groen en Glad: nummers: 11, 12, 15 3 stuks groen en gerimpeld: alleen nummer stuks. De bekende 9:3:3:1 verhouding. Bovenstaande schema's toont de doodsimpele vererving gelet op slechts twee kenmerken/genen. En zo ontstaan er al vier verschillende fenotypen. Een geneticus zoals Mendel die op zeven kenmerken lette, zou dus een enorme variëteit aan uitkomsten kunnen krijgen. Dat is de reden dat genetici proeven doen en steeds letten op één, hoogstens twee kenmerken. Ook nu nog, zij het met modernere DNA-analyse technieken. Wat moet je nu geleerd hebben: a) Factoren (zoals Mendel het noemde) vererven onafhankelijk van elkaar. Een erwt kan geel of groen zijn maar dat zegt niks of deze glas of gerimpeld is. b) Er ontstaan puur door basale kansrekening eenvoudige verhoudingen: Twee verschillende mar homozygote ouders produceren een F1 (eerste generatie) die uniform én heterozygoot is. AA x aa geeft Aa kinderen. c) Twee heterozygote ouders Aa onderling gekruist produceren 25% homozygote kinderen met het kenmerk AA, 50% heterozygoten als zijzelf Aa en 25% homozygote kinderen type aa. d) Je kan zelf in de oefeningen deze simpele schemaatjes maken.

4 e) Termen tot nu toe: Homozygoot: dan is een organisme voor één kenmerk. Aangeduid met AA of BB of cc of kk. Heterozygoot: dan is een organisme voor één kenmerk. Aangeduid met Aa of Bb of.. etc Een erwtenplant kan voor de zaadkleur homozygoot zijn en tegelijk voor de lengte van de vruchtpeul heterozygoot Een mens kan homozygoot zijn voor de bruine of blauwe oogkleur maar tegelijk heterozygoot voor de een vaste of losse oorlel. Dominant Is het kenmerk dat uitwendig zich gedraagt als AA terwijl genetisch sprake is van AA of Aa. Er zijn mensen met bruine ogen BB en Bb. Er is uiterlijk geen onderscheid te maken. Recessief Is het kenmerk dat onderdrukt wordt door het dominante kenmerk. Bruine ogen is dominant over blauwe ogen. Gele zaadkleur is dominant over de groene zaadkleur Gladde zaden is dominant over gerimpelde zaden. Intermediair Is uiterlijk een derde (tussen) vorm. Er is geen sprake van dominantie of recessief. Planten met rode bloemen gekruist met witte bloemen geven voor 50% nakomelingen die paarse bloemen hebben, naast 25% rood en 25% wit. Fenotype Dat wat we uiterlijk aan kenmerken kunnen zien. Bruine of blauwe ogen bijvoorbeeld. Genotype Dat wat er erfelijk in termen van genen (factoren) genetisch in elke cel vast ligt. Bruine ogen kunnen genotypisch BB of Bb zijn. Blauw is altijd bb. Erfelijkheidsschema's deel 3. Oefeningen 1. Bij mensen is de aanwezigheid van een losse oorlel recessief ten opzichte van de aanwezigheid van een vaste oorlel. Aangeduid met letter V. Een vader met losse oorlellen krijgt met een vrouw met vaste oorlellen, kinderen. a) Wat is het genotype van vader? b) Wat kan het genotype van de moeder zijn. c) Eén van de vier kinderen blijkt losse oorlellen te hebben. Wat weet je dan van het genotype van de moeder? 2. Erfelijke ziekten zijn meestal recessief. Het afwijkende gen komt al niet veel voor; die mensen die een enkele kopie van het zieke gen dragen heten drager. Cystische Fibrose (CF) is zón ziekte. Een gezond mens zou je kunnen coderen als CC. Een drager als Cc en een lijder aan deze ernstige luchtwegziekte als cc. Een ouderpaar die allebei drager zijn van deze ziekten (maar verder gezond zijn) besluiten kinderen te krijgen. a) Hoe groot is de kans dat één van hun kinderen een CF-patient is? b) Check deze site : en lees over CF. 3. Het menselijk geslacht wordt bepaald door en aanwezigheid van een Y-chromosoom. Bij mensen hebben vrouwen twee X-chromosomen, en mannen zowel één X als ook een (heel veel kleiner) Y-chromosoom. Vrouwen zijn dus XX en mannen XY. Op de X-chromosomen liggen vele duizenden kenmerken die voor mannen en vrouwen hetzelfde zijn. Op het Y-chromosoom tref je factoren aan die specifiek voor mannen zijn. Er zijn ziekten die geslachtsgebonden zijn en waarvan de veroorzakende genen op het X of Y chromosoom gelegen zijn.

5 Onderstaand plaatje is gevonden op: a) Je ziet hierin dat Vader een ziek gen heeft op het X-chromosoom. Moeder is gezond in beide X-chromosomen. Er ontstaan geen zieke kinderen, wel dragers. Leg dat uit. b) Wat als Moeder drager was geweest en vader gezond? c) Bekijk de korte film (2,35') die gaat over geslachtsgebonden ziekten. 4. Je komt nu ook nieuwe woorden tegen: autosomaal: alle kenmerken die NIET op het X- of Y chromosoom gelegen zijn. X-gebonden: kenmerken die op het X-chromosoom liggen Y-gebonden: kenmerken die op het Y-chromosoom liggen Zoek op in de site van erfelijke ziekten op welke chromosoom de ziekte van Crohn (stofwisselingsziekte) zit. Wat wordt bedoeld met de term 'multifactorieel'?

6 Erfelijkheidsschema's deel 4. Zo simpel was het niet Vér na Mendel ontdekten de onderzoekers Morgan en zijn assistent Sturtevant dat factoren die samen op één chromosoom voorkomen, helemaal niet onafhankelijk vererven. Wat gebeurd er nu tijdens de celdeling van een organisme dat heterozygoot is voor een Kenmerk A en dus gecodeerd wordt als Aa. Daarnaast is het organisme ook nog heterozygoot voor B. Helaas komen A en B voor op bijvoorbeeld chromosoom 3. Er zijn nu twee mogelijkheden: of de beide dominante allelen (uitwerking van een factor) zitten op hetzelfde chromosoom A bij B, of juist niet : A bij b en dus a bij B. In de geslachtscellen zullen in het linker geval dus geslachtscellen ontstaan met (zoals altijd) de helft van het gentisch materiaal en dus AB en ab In het rechter geval ontstaan cellen met ab en Ab. Het is of de ene situatie of de andere. Stel dat we twee dieren hebben die beide dominante factoren hebben op hetzelfde chromosoom (linker plaatje dus). Zo ontstaat dan de kruising: Nu valt op dat we aanvankelijk de verhouding 9:3:3:1 kregen: nu is het 1:2:1. De kans op aabb is nu niet 1/16 maar 1/4. Da's toch wel anders.

7 Dit noemt men gekoppelde factoren. Toch komt het regelmatig voor dat er een breuk ontstaat in de chromosomen tussen de factoren A en B in. Hierbij vindt crossing-over plaats: tijdens de meiose 1 zullen de verdubbelde chromatiden kruislings chromosoomdelen uitwisselen. Dit maakt dat ondanks dat A aan B vast zit, er toch geslachtscellen ontstaan waarin A aan b en a aan B vastzit. Sturtevant ontdekte dat de kans daarop groter is als de factoren fysiek verder uit elkaar liggen op het chromosoom. Het verschijnsel dat factoren op één chromosoom liggen is niet raar; De mens heeft naar schatting genen op slechts 23 chromosomen. Er liggen er dus heel veel pal naast elkaar die vaak gezamenlijk worden doorgegeven.!! Erfelijkheidsschema's deel 5. Een factor is een gen? Nog later ontdekten onderzoekers dat een factor veroorzaakt wordt door soms één gen, maar heel vaak door meerdere genen. Zo simpel als Mendel dacht blijkt het niet te zijn. Mendel had gelukt dat hij zeven factoren koos bij de erwtenplant die ook nog eens door zeven genen op verschillende chromosomen lagen. Puur geluk dus. Vrijwel alle menselijke kenmerken worden veroorzaakt door vaak vele, soms tientallen genen die gezamenlijk voor één uiterlijk kenmerk zorg dragen. Onze oogkleur blijkt ook veel complexer te zijn: we hebben immers talloze variaties blauw, blauw-grijs, grijs-bruin en ga zo maar door. Veel ziekten daarentgen zijn vaak veroorzaakt door één defect gen. Door een fout in het DNA kan dus een normaal functionerend gen afwijkend worden waardoor afwijkende kenmerken ontstaan. Ziekte van Crohn, of CF is zo'n voorbeeld. Ook het hebben van een chromosoom teveel leidt tot afwijkingen. Kinderen met het syndroom van Down, hebben een derde chromosoom 21. Dit ontstaat door een foute verdeling van de chromosomen tijdens de meiose. Kankercellen hebben vaak een afwijkend chromosomenaantal en kapotgescheurde chromosoomdelen. Dit leidt tot overexpressie van genen of de totale afwezigheid van noodzakelijke remmers.