Almal verstaan Lewenswetenskappe Graad 12 Leerderboek J de Fontaine J Dugard R Freedman L Marchant I McKay R Simenson J Webb

Transcriptie

1

2 Almal verstaan Lewenswetenskappe Graad 12 Leerderboek J de Fontaine J Dugard R Freedman L Marchant I McKay R Simenson J Webb

3 Almal verstaan Lewenswetenskappe Graad 12 Leerderboek J de Fontaine, J Dugard, L Marchant, R Freedman, I McKay, R Simenson, J Webb, 2013 Illustrasies en ontwerp Macmillan South Africa (Edms) Bpk, 2013 Alle regte voorbehou. Geen gedeelte van hierdie publikasie mag sonder skriftelike verlof van die kopiereghouer of in ooreenstemming met die Kopieregwet, 1978 (soos aangepas) gereproduseer word of gestoor word in n ontsluitingstelsel, of in enige vorm of deur enige elektroniese middel weergegee word nie, hetsy fotokopiëring, plaat- of bandopname. Enige persoon wat enige ongemagtigde optrede uitoefen in verband met hierdie publikasie mag onderhewig wees aan kriminele vervolging en siviele eise om skadevergoeding. Eerste uitgawe Uitgegee deur Macmillan South Africa (Edms) Bpk Privaatsak X19 Northlands 2116 Gauteng Suid-Afrika Geset deur: Boss Repro and Design Studio in Palatino Lt Std in 10.5pt oor 12.5pt Omslag deur: Science Photo Library Omslagontwerp deur: Deevine Design Illustrasies deur: Greg Graney; Alan Kennedy; Brainwave India; Gareth Williams Foto s deur: AAI Fotostock pp. 5 (fig 1.2); 8 (fig 1.7); 27 (fig 2.2, 2.4); 44 (fig 2.28); 45 (fig 2.30); 54 (fig 3.0); 62 (fig 3.13); 63 (fig 3.18); 82 (fig 4.24); 85 (fig 4.27a, b); 88 (fig 4.32); 89 (fig 4.35); 127 (fig 5.27); 174 (fig 6.11); 186 (fig 6.20b); 187 (fig 6.20d, f); 188 (fig 6.20h); 233 (fig 7.21b); 285 (fig 10.12); 292 (fig 10.17); 341 (fig 11.28); Africa Media Online pp. 347 (fig 11.39); Afripics pp. 8 (fig 1.6); 9 (fig 1.8); 9 (fig 1.9); 58 (fig 3.5); 81 (fig 4.21b); 85 (fig 4.27c, d); 167 (fig 6.3b); 172 (fig 6.7); 187 (fig 6.20c, g); 189 (fig 6.20k); 209 (fig 6.38a); 211 (fig 6.39a, b); 254 (fig 9.0); 265 (fig 9.16); 266 (fig 9.19); 270 (fig 10.0); 298 (fig 10.25); 299 (fig 10.27a,b); 314 (fig 11.4b); 319 (fig 11.8a, b); 344 (fig 11.34); Biophoto Association pp. 33 (fig 2.12); 34 (fig 2.13, 2.14, 3.15); 35 (fig 2.16, 2.18); 36 (fig 2.19, 2.20); Brett Rubin pp. 94 (fig 5.0); Fuse Gallo Images Getty Images pp. 366 (Fig 12.0); Gallo Images pp. 280 (fig 10.7); 373 (Fig 12.6); Gallo HPH Image Library pp. 202 (fig 6.32a, b); Greatstock pp. 58 (fig 3.6); 232 (fig 7.20); 314 (fig 11.4c); 334 (fig 11.20a); Greatstock Barcroft Media pp. 323 (fig 11.11); Greatstock Corbis pp. 2 (fig 1.0); 20; 69 (fig 4.4); 70 (fig 4.7); 76 (fig 4.13); 77 (4.16); 89 (fig 4.34); 169 (fig 6.5); 217 (fig 7.1); 230 (fig 7.17); 231 (fig 7.19); 238 (fig 8.0); 250 (fig 8.15, 8.16); 260 (fig 9.9); 341 (fig 11.29); 353 (fig 11.47); INPRA pp. 62 (fig 3.12); 105 (fig 5.8); 186 (fig 6.20a); 187 (fig 6.20e); 188 (fig 6.20i, j); 216 (fig 7.0); 282 (fig 10.9); 296 (fig 10.23a, b); 337 (fig 11.24a); Jane Dugard pp. 310 (fig 11.0); Maropeng Media Centre pp. 349 (fig 11.42); Reinette Simenson pp. 197 (fig 6.25); Science Photo Library pp. 44 (fig 2.29); 46 (fig 2.31); 66 (fig 4.0); 95 (fig 5.1); 132 (fig 5.34); 136 (fig 5.35); 139 (fig 5.38); 162 (fig 6.0); 209 (fig 6.38b); 233 (fig 7.21a); 271 (fig 10.1); 286 (fig 10.15); pg 301 (fig 10.30); 302 (fig 10.31); 332 (fig 11.19); 334 (fig 11.20b); 335 (fig 11.21); 339 (fig 11.25a); 340 (fig 11.27a, b); 349 (fig 11.41a, b); 352 (fig 11.45); 372 (fig 12.5); 388 (fig 12.3d); University of the Witwatersrand Dart Collection pp. 345 (fig 11.36, 11.37); VMS Images pp. 24 (fig 2.0); 57 (fig 3.3); 59 (fig 3.7); 63 (fig 3.17); 72 (fig 4.9); 314 (fig 11.4a); Wiki Commons pp. 345 (fig 11.38) ISBN: e-isbn: WIP: 4516M000 Dit is onwettig om afskrifte te maak van enige bladsy van hierdie boek sonder toestemming van die uitgewers. Moeite is gedoen om toestemming te verkry om kopieregmateriaal te gebruik. Indien daar egter per abuis materiaal sonder die kopiereghouer se toestemming gebruik is, onderneem ons om dit reg te stel sodra dit onder ons aandag gebring word.

4 Inhoud Onderwerp- Onderwerp nommer Inleiding Hoe om die Almal verstaan Lewenswetenskappe Graad 12 Leerderboek te gebruik Kennisarea: Lewe op molekulêre, sellulêre en weefselvlak 1 DNS (DNA): Die kode van lewe Eenheid 1 Deoksiribonukleïensuur (DNS) Eenheid 2 Ribonukleïensuur (RNS) Meer vrae oor DNS (DNA): Die kode van lewe Opsomming 2 Meiose Eenheid 1 Chromosome Eenheid 2 Meiose: Die proses van reduksiedeling Eenheid 3 Vergelyking van mitose met meiose Meer vrae oor meiose Opsomming Kennisarea: Lewensprosesse in plante en diere 3 Voortplanting by gewerweldes Eenheid 1 Diversiteit van voortplantingstrategieë Meer vrae oor voortplanting by gewerweldes Opsomming 4 Menslike voortplanting Eenheid 1 Die manlike en vroulike voortplantingstelsels Eenheid 2 Puberteit Eenheid 3 Gametogenese Eenheid 4 Die hormone wat die menstruele siklus beheer Eenheid 5 Bevrugting en die ontwikkeling van die sigoot tot die blastosist Eenheid 6 Ontwikkeling van die fetus en die rol van die plasenta Eenheid 7 Voorbehoedingsmetodes en -apparate Meer vrae oor menslike voortplanting Opsomming Kennisarea: Lewe op molekulêre, sellulêre en weefselvlak; Kennisarea: Diversiteit, verandering en kontinuïteit 5 Genetika en oorerflikheid Eenheid 1 Genetika en gene Eenheid 2 Oorerflikheid en variasie Eenheid 3 Geslagschromosome Eenheid 4 Mutasies Eenheid 5 Genetiese manipulasie Eenheid 6 Die gebruik van menslike DNS Meer vrae oor genetika en oorerflikheid Opsomming Bladsynommer v vii

5 Kennisarea: Lewensprosesse in plante en diere 6 Reaksies op die omgewing: Die menslike senuweestelsel Eenheid 1 Die senuweestelsel Eenheid 2 Afwykings van en beserings aan die senuweestelsel Eenheid 3 Reseptore Meer vrae oor reaksies op die omgewing: Die menslike senuweestelsel Opsomming 7 Reaksies op die omgewing: Die menslike endokriene stelsel Eenheid 1 Die endokriene stelsel Meer vrae oor reaksies op die omgewing: Die menslike endokriene stelsel Opsomming 8 Homeostase in die mens Eenheid 1 Homeostase Meer vrae oor homeostase in die mens Opsomming 9 Reaksies op die omgewing: Plante Eenheid 1 Planthormone Eenheid 2 Tropismes in plante Eenheid 3 Verdedigingsmeganismes van plante Meer vrae oor reaksies op die omgewing: Plante Opsomming Kennisarea: Diversiteit, verandering en kontinuïteit 10 Evolusie deur natuurlike seleksie Eenheid 1 Oorsprong van idees oor die oorsprong van spesies Eenheid 2 Kunsmatige en natuurlike seleksie Eenheid 3 Die vorming van n nuwe spesie Eenheid 4 Evolusie in die hedendaagse tyd Meer vrae oor evolusie deur natuurlike seleksie Opsomming 11 Menslike evolusie Eenheid 1 Bewyse van gemeenskaplike voorouers van lewende hominiede, insluitend mense Eenheid 2 Uit Afrika-hipotese Eenheid 3 Belangrikheid van die Wieg van die Mensdom Eenheid 4 Alternatiewe beskouings vir evolusie Meer vrae oor menslike evolusie Opsomming Hersiening 366 Woordelys 399

6 Inleiding Lewenswetenskappe is die wetenskaplike bestudering van lewende dinge. In jou bestudering van Lewenswetenskappe sal jy lewende dinge op n molekulêre vlak asook hulle interaksies met mekaar en die omgewing ondersoek. Die bestudering van Lewenswetenskappe sluit die verwerwing van sekere kennis in. Jy sal boonop praktiese werk doen waarin jy die vaardighede oefen wat nodig is om lewende dinge te bestudeer en ondersoek. Ons hoop jy ontwikkel deur die proses van leer en doen n belangstelling in en waardering vir lewende dinge op Aarde en hoe om vir ons planeet te sorg! Die Lewenswetenskappe Graad 12 Leerderboek bevat inhoudskennis en agtergrondinligting om te verseker dat jy alles sal leer (en selfs n bietjie meer) wat deur die Kurrikulum- en Assesseringsbeleidsverklaring (KABV) vereis word. Die Lewenswetenskappe Graad 12 Leerderboek sluit genoeg praktiese take in om te verseker dat jy die vaardighede ontwikkel om n ware wetenskaplike te word. In die Voortgesette Onderwys en Opleiding (VOO) se leerplan is die raamwerk vir Lewenswetenskappe gerangskik in vier Kennisareas. Kennisareas word progressief oor die drie jaar van VOO ontwikkel. Die Kennisareas is: Kennisarea 1: Lewe op molekulêre, sellulêre en weefselvlak Kennisarea 2: Lewensprosesse in plante en diere Kennisarea 3: Omgewingstudies Kennisarea 4: Diversiteiet, verandering en kontinuïteit. Soos jy vorder met jou bestudering van Lewenswetenskappe, sal jy agterkom hoe ineengevleg hierdie kennisareas is. Nie alle kennisareas word elke jaar in VOO gedek nie. In Graad 11 word Kennisarea 1: Lewe op molekulêre, sellulêre en weefselvlak nie gedek nie. Neem ook kennis dat Kennisarea 3: Omgewingstudies nie in Graad 12 gedek word nie, maar dat jy in Graad 12 eksamen gaan skryf oor die werk wat in Graad 11 oor Omgewingstudies gedoen is. Die drie spesifieke doelwitte in Lewenswetenskappe is: Spesifieke Doelwit 1, wat verband hou met kennis van die vakinhoud (teorie) Spesifieke Doelwit 2, wat verband hou met praktiese werk en wetenskaplike ondersoeke Spesifieke Doelwit 3, wat verband hou met begrip van die toepassings van Lewenswetenskappe in die alledaagse lewe, asook begrip van die geskiedenis van wetenskaplike ontdekkings en die verband tussen inheemse kennis en wetenskap. Jy neem dalk Lewenswetenskappe om agtergrondkennis te verwerf vir verdere studies in een of meer van die biologiese onderafdelings. Daar is baie verskillende beroepe in die veld van Lewenswetenskappe. Elke loopbaan vereis spesiale kennis en vaardighede. Die tabel op die volgende bladsy bespreek n paar van daardie loopbane. Inleiding v

7 Loopbaan/beroep Tandarts Dokter Dieetkundige Biokinetikus Paleontoloog Forensiese wetenskaplike Genetikus Dierewetenskaplike Akwakulturis Veearts Landskapargitek Voedselwetenskaplike Mikrobioloog Ekotoksikoloog Omgewingskonsultant Omgewingsgesondheidskonsultant Bewaarder Kort beskrywing van beroep Diagnose, voorkoming en behandeling van siektes van die tande en tandvleise. Diagnose, voorkoming en behandeling van siektes in die mens. Adviseer pasiënte oor geskikte diëte vir hul individuele behoeftes en toestande. Spesialiseer in oefenterapie vir sportmanne/vroue en mense met beserings. Bestudeer die gefossileerde oorblyfsels van plante, diere en mense. Hulle gebruik hierdie inligting om n beeld van die geskiedenis van lewe op aarde saam te stel. Ontleed die fisiese bewysstukke wat by misdaadtonele gevind word. Bestudeer die erfenis van karaktertrekke, veral dié wat afwykings en siektes in mense veroorsaak. Doen navorsing oor seleksie, voortplanting, versorging van diere en bestudeer siektes in troeteldiere. Bestudeer visbevolkings en teling vir kommersiële gebruik. Diagnose, voorkoming en behandeling van siektes in troeteldiere en/of wilde diere. Ontwerp buitenshuise en openbare areas om omgewings-, maatskaplike en estetiese uitkomste te bereik. Sluit in stadsontwerp, stads- en streeksbeplanning, omgewingsrestourasie, parke en ontspanningsareas en ook beplanning vir private wonings. Bestudeer die chemiese, fisiese en biologiese aspekte van verskeie voedsels om te verseker dat dit reg voorberei, bewaar en verpak is. Verseker ook dat dit smaaklik en veilig is om te eet. Bestudeer die biologie van mikroskopiese organismes soos virusse, bakterieë, fungusse en protiste. Ondersoek hoe dié organismes lewende organismes en die omgewing beïnvloed. Bestudeer middels wat nadelig vir die omgewing is en die impak daarvan op dierelewe. Verskaf spesialis-advies oor omgewingskwessies. Voer omgewingsimpakstudies uit. Help verseker dat openbare gesondheidstandaarde vir water, riolering, lug en land, ens. gehandhaaf word. Bewaar biologiese diversiteit, veral in natuurlike omgewings. vi

8 Hoe om die Almal verstaan Lewenswetenskappe Graad 12 Leerderboek te gebruik Die inhoudskennis in die Almal verstaan Lewenswetenskappe Graad 12 Leerderboek is in onderwerpe verdeel. Elke onderwerp is in dieselfde struktuur uiteengesit: Onderwerptitelblad: Die onderwerp begin met n volkleurfoto van iets wat na die inhoud van die onderwerp verwys. n Lys onder: Waaroor jy in hierdie onderwerp gaan leer, dui aan wat jy moet weet nadat jy deur hierdie onderwerp gewerk het. Daar is ook n afdeling genaamd Kom ons praat oor... Dit vertel jou meer oor die onderwerp en sluit vrae oor die foto in. Die idee is dat dit jou moet prikkel om te dink oor wat jy in hierdie onderwerp gaan leer. Wat jy reeds weet: Op die tweede bladsy van elke onderwerp sal jy die opskrifte: Wat jy reeds weet en Toets myself vind. Hierdie twee toetse verseker dat jy weet wat jy moet ken voor jy met die nuwe werk kan voortgaan. Dit is hersiening van die vorige grade se werk. Eenhede en lesse: Elke onderwerp is verdeel in eenhede wat weer in lesse onderverdeel is. Die lesse breek die werk in kleiner stukke inligting op, wat jou help om n sekere deel van die werk te ken en verstaan, voordat daar voortgegaan word met die nuwe werk. n Les bestaan uit inhoud en dan n Aktiwiteit wat n Leertaak, of n Praktiese taak kan wees. Die Leertaak kan in die klas of as huiswerk gedoen word. Die aktiwiteite is ook geleenthede vir formele en informele assessering. Jou onderwyser sal jou inlig watter aktiwiteite vir assessering voltooi moet word. Die puntetoekenning wat by elke vraag aangedui word, is slegs n riglyn vir die tipe antwoord wat verwag word. n Praktiese taak vir elke kwartaal dien as n voorgestelde formele assesseringstaak. Jy kan deur hierdie take geassesseer word, so wees op die uitkyk daarvoor. Die Leertake en Praktiese take kan alleen, in pare of in groepe gedoen word. Jou onderwyser sal vir jou sê hoe om te werk. Verrykingsaktiwiteite is addisionele aktiwiteite sodat jy meer kan uitvind oor dit wat in die les aangebied is. Meer vrae oor... : Elke onderwerp eindig met n verskeidenheid addisionele vrae om vir jou ekstra oefening te gee. Opsomming: Elke onderwerp eindig met n opsomming van die werk wat in die onderwerp behandel is. Jy kan hierdie opsommings gebruik om die inhoud te hersien. Ander kenmerke om voor uit te kyk, is: Woordkassies: Moeilike woorde word in die kantlyn verduidelik om jou te help om die inligting beter te verstaan. Hou altyd n woordeboek byderhand. As jy n woord verstaan, sal jy baie makliker kan leer. Koel feit, Iets interessant, en Warm onderwerp: Dit is interessante inligting. Diagramme en illustrasies: Die wetenskaplik akkurate diagramme wat ingesluit is, help jou om die geskrewe teks te verstaan. Gebruik die illustrasies wanneer jy deur die teks werk. Mens onthou beter as jy iets gesien het. Die uitgewer en skrywers wens jou alles van die beste toe met jou studie van Lewenswetenskappe vir Graad 12. Voorspoed! vii

9 Onderwerp1 DNS (DNA): Die kode van lewe Waaroor jy in hierdie onderwerp gaan leer die ligging van DNS in die sel die struktuur van DNS die ontdekking van die struktuur van DNS DNS-profilering die rol van DNS in die genetiese kode die replikasie van DNS die struktuur van RNS die soorte RNS en die ligging van RNS in die sel die transkripsie van RNS van DNS af die translasie van RNS in proteïene die rol van RNS in die uitdrukking van die genetiese kode. Kom ons praat oor hierdie onderwerp DNS is so klein dat die struktuur daarvan nie eers onder die sterkste mikroskope wat tans gebruik word, gesien kan word nie. Om hierdie rede wys die foto n model van n dubbelheliks DNS-molekule en nie n werklike DNS-molekule nie. In die foto op hierdie bladsy kan jy die struktuur van n DNS-molekule duidelik sien. Wat is DNS en waarom is dit so belangrik vir die lewe? Hoe bepaal DNS wat en wie ons is? In hierdie onderwerp sal jy die antwoorde op hierdie vrae vind. 2 Onderwerp 1: DNS (DNA): Die kode van lewe

10 Lewe op molekulêre, sellulêre en weefselvlak Wat jy reeds weet nukleïensuur: n organiese verbinding wat die elemente koolstof, waterstof, suurstof, stikstof en fosfor bevat. n Polinukleotied soos DNA en RNA In Graad 10 het jy oor die sel die basiese eenheid van die lewe en die struktuur daarvan geleer. Die sel bevat baie verskillende soorte organiese verbindings, onder andere proteïene, lipiede en koolhidrate. Proteïene bestaan uit kettings van aminosure. Organiese verbindings wat nukleïensure genoem word, kom ook in selle voor. Nukleïensure is organiese verbindings wat die elemente koolstof, waterstof, suurstof, stikstof en fosfor bevat. Daar is twee soorte nukleïensure: deoksiribonukleïensuur (DNS) ribonukleïensuur (RNS). Jy het ook in Graad 10 geleer dat selle deur middel van mitose deel. Gedurende interfase van die selsiklus repliseer die DNS in die kern sodat elke dogtersel wat voortgebring word, n identiese kopie van die DNS bevat. sentriool lisosoom nukleolus nukleus nukleoplasma nukleusmembraan mitochondrion Golgi-apparaat endoplasmiese retikulum ribosome selmembraan sitoplasma Fig. 1.1 Diagram van n diersel Toets myself Bestudeer Figuur 1.1 en beantwoord al die vrae hieronder: 1. Waaruit bestaan die kern? 2. Wat is die funksie van die kern? 3. Hoe beweeg stowwe in en uit die kern? 4. Waar in n sel sal jy ribosome vind? 5. Wat is die funksie van ribosome? 6. Wat is die funksie van mitochondria? 7. Daar is chloroplaste in plantselle. Wat is die funksie van chloroplaste? Onderwerp 1: DNS (DNA): Die kode van lewe 3

11 Eenheid 1 Deoksiribonukleïensuur (DNS) Die ligging van DNS in die sel DNS word in die vorm van chromosome in die kern van eukariotiese selle aangetref. Chromosome dra die oorerflike materiaal in die vorm van gene. Behalwe gedurende seldeling lyk chromosome soos baie lang, ineengestrengelde drade in die kern. Hierdie ineengestrengelde chromosome staan bekend as die chromatiennetwerk (sien Figuur 1.1). Gedurende seldeling verdik die chromosome, draai af en word as individuele chromosome sigbaar. DNS word ook in die mitochondria en chloroplaste van eukariotiese selle aangetref. DNS wat buite die selkern aangetref word, word ekstranukleêre DNS genoem. Iets interessant Die totale lengte van DNS in n tipiese menslike sel is vermoedelik omtrent twee meter lank. Dit beteken dat die totale lengte van al die DNS in jou liggaam meer as tienmiljard kilometer lank is! Aktiwiteit 1.1 Praktiese taak (voorgeskryf) Onttrek DNS uit ertjies Jy benodig: twee gelykvol teelepels split-ertjies (wat 24 uur lank in water geweek is) bottelprop metaalspyker twee 100 cm 3 -bekers proefbuis en proefbuisrak glasstaaf 50 cm 3 - of 100 cm 3 -maatsilinder water teelepel een gelykvol teelepel sout horlosie of stophorlosie 5 cm 3 -spuit skottelgoedwasmiddel (die vloeibare tipe, nie die gel-tipe nie) een gelykvol teelepel vleissagmaakmiddel 30 cm 3 koue brandspiritus stuk draad wat omtrent 15 cm lank is liniaal merkpen. Metode 1. Plaas die geweekte split-ertjies in die bottelprop en gebruik die spyker se kop om die ertjies fyn te druk. 2. Gebruik weer die spyker se kop, skraap die fyngedrukte ertjies in een van die bekers in, voeg 30 cm 3 water by en roer die mengsel met die glasstaaf. chromosoom: n draadagtige molekule DNS wat uit baie gene bestaan eukariotiese sel: n sel met n kern wat deur n membraan omring is en organelle wat deur membrane omring is geen: n spesifieke deel van n draad DNS wat vir n spesifieke eienskap, byvoorbeeld oogkleur, kodeer of wat die inligting dra om n spesifieke proteïen, soos hemoglobien, voort te bring chromatiennetwerk: die vorm waarin chromosome aangetref word in die kern van n eukariotiese sel wat nie verdeel nie. Die chromatiennetwerk bestaan uit n massa lang, ineengestrengelde drade DNS ekstranukleêre DNS: DNS wat buite die selkern aangetref word 4 Onderwerp 1: DNS (DNA): Die kode van lewe

12 Lewe op molekulêre, sellulêre en weefselvlak Fig. 1.2 DNS-drade wat uit ertjies onttrek is 3. Voeg een gelykvol teelepel sout by. Roer die mengsel totdat jy kan sien dat al die sout opgelos het. 4. Laat die mengsel twee minute lank staan. 5. Skink die vloeistofgedeelte van die mengsel in die proefbuis totdat die proefbuis omtrent n derde vol is. 6. Gebruik die spuit om 5 cm 3 skottelgoedwasmiddel by die mengsel in die proefbuis te voeg. 7. Laat die mengsel in die proefbuis tien minute lank staan. 8. Voeg een gelykvol teelepel vleissagmaakmiddel by 10 cm 3 water in die tweede beker. Gebruik die glasstaaf en roer die inhoud van die beker totdat dit goed gemeng is. Skink die mengsel uit die tweede beker in die proefbuis en roer liggies vir vyf sekondes. 9. Laat die mengsel in die proefbuis vir twintig minute lank staan. 10. Gebruik die liniaal om die hoogte van die vloeistof in die proefbuis te meet. Gebruik die merkpen om n merk teen die kant van die proefbuis te maak, wat gelyk is met die boonste vlak van die vloeistof. Aangesien jy in die volgende stap n gelyke hoeveelheid brandspiritus by die vloeistof gaan voeg, gebruik jou liniaal en merkpen om n tweede merk teen die kant van die proefbuis te maak om aan te dui tot watter vlak die vloeistof sal styg wanneer die brandspiritus bygevoeg word. 11. Hou die proefbuis teen n hoek van ongeveer 45. Skink die koue brandspiritus baie stadig en versigtig teen die binnekant van die proefbuis af sodat dit n afsonderlike laag bo-op die mengsel vorm. Die twee vloeistowwe moet nie meng nie. 12. Omtrent tien minute later sal jy fyn, witterige drade in die laag brandspiritus sien. Hierdie drade is DNS. 13. Buig die punt van die stuk draad in n lus en gebruik dit om die DNS uit die proefbuis te haal. 14. Ondersoek die drade. Elke draad bestaan uit baie DNS-molekules. (10) fosfaatgroep basis (pirimidien) fosfaatgroep deoksiribose suiker Die struktuur van DNS In Aktiwiteit 1.1 het jy DNS uit ertjies onttrek. Al wat jy kon sien, was n massa wit drade. In Graad 10 het jy geleer dat DNS uit koolstof, waterstof, suurstof, stikstof en fosfor bestaan. Atome van hierdie elemente word op n baie spesifieke manier saamgestel om DNS te vorm. basis (purien) DNS is n dubbeldraad-polinukleotied. n Polinukleotiedketting is n baie lang molekule wat uit n opeenvolging van herhalende, soortgelyke eenhede bestaan wat nukleotiede genoem word. Soos in Figuur 1.3 getoon word, bestaan elke DNS-nukleotied uit drie dele: n deoksiribose suikermolekule n fosfaatgroep n stikstofbevattende basis. Fig. 1.3 DNS-nukleotiede suiker Hierdie drie dele word op n spesifieke manier aan mekaar geheg. Die fosfaatgroep is aan die deoksiribose suiker gekoppel, wat aan die basis gekoppel is. Onderwerp 1: DNS (DNA): Die kode van lewe 5

13 Die bindings wat hierdie drie dele verbind, het n L-vormige nukleotied tot gevolg, soos in Figuur 1.3 getoon word. Daar is vier moontlike basisse wat deel van n DNS-nukleotied kan vorm: adenien (A) timien (T) guanien (G) sitosien (C). Volgens hulle struktuur word hierdie basisse in twee soorte gegroepeer, naamlik puriene en pirimidiene. Puriene is groter molekules omdat hulle uit n dubbele ring bestaan, terwyl pirimidiene kleiner molekules is omdat hulle uit n enkele ring bestaan. Adenien en guanien is purienbasisse. Timien en sitosien is pirimidienbasisse. In Figuur 1.4 word elke basis n kenmerkende vorm gegee om dit van die ander basisse te onderskei. timien sitosien n nukleotied n fosfaat Nukleotiede word aaneengeskakel om n polinukleotiedketting te vorm wanneer die deoksiribose suiker van een nukleotied met die fosfaatgroep van die volgende nukleotied verbind, soos in Figuur 1.4 getoon word. Dit vorm die suiker-fosfaat- ruggraat van die polinukleotiedketting of -draad. Elke DNS-molekule bestaan uit twee polinukleotiedkettings (twee parallelle drade nukleotiede) wat met die basisse van die een draad teenoor die basisse van die ander draad lê. Waterstofbindings bind hierdie twee kettings aanmekaar om n struktuur te vorm wat soos n leer lyk. Die regop bene van die leer word deur die suiker-fosfaat- ruggrate van die polinukleotiedkettings gevorm. Elke sport van die leer word deur n basispaar gevorm, een basis van elke kant af, wat deur waterstofbindings gebind word. Die basisse pas altyd op n spesifieke manier bymekaar, met ander woorde, n spesifieke pirimidien bind altyd met n spesifieke purien: adenien pas by timien (word deur twee waterstofbindings gebind) sitosien pas by guanien (word deur drie waterstofbindings gebind). Aangesien net sekere basispare elke sport kan vorm, word die basisse wat so bymekaar pas komplementêre basisse genoem. Dit beteken dat net komplementêre basisse kan bind om n volledige sport te vorm, net soos twee stukkies van n legkaart bymekaar pas. Die plat DNS-molekule wat soos n leer lyk en wat ons tot nou toe beskryf het, is om sy eie sentrale as gedraai om daaraan n driedimensionele vorm te gee wat n dubbelheliks genoem word. Daar is tien basispare vir elke volledige draai van die heliks. Elke DNSmolekule in n sel het honderdduisende basispare. (Sien Figuur 1.5.) adenien guanien n suiker (deoksiribose) Fig. 1.4 Polinukleotied komplementêre basisse: nukleotiedbasisse (adenien en timien; guanien en sitosien) wat deur waterstofbindings gebind kan word en derhalwe die dubbeldraadnukleïensuur bymekaarhou dubbelheliks: die struktuur wat gevorm word wanneer twee drade rondom n sentrale as gedraai word, byvoorbeeld die twee polinukleotieddrade in n DNS-molekule 6 Onderwerp 1: DNS (DNA): Die kode van lewe

14 Lewe op molekulêre, sellulêre en weefselvlak n suiker (deoksiribose) a) b) c) waterstofbinding suiker- sitosien guanien fosfaat- rugstring basis timien guanien adenien sitosien n fosfaatgroep Komplementêre basispare word deur waterstofbindings verbind Fig. 1.5 Die struktuur van DNS Twee polinukleotied-drade wat langs mekaar lê In n dubbelheliks gedraai Die verskil tussen verskillende DNS-molekules lê in die volgorde van die basispare. Die basisvolgorde in n spesifieke draad DNS is baie belangrik omdat dit die genetiese inligting van die organisme bevat. Die basisvolgorde tree op as n kode wat ons die genetiese kode noem. Jy sal meer oor die genetiese kode leer in die afdeling oor gene en niekoderings-dns. niekoderings- DNS: DNS wat nie kodeer om proteïene voort te bring nie DNSsekwensiëring: die proses wat gebruik word om die basisvolgorde in n segment van DNS uit te werk Gene en niekoderings-dns Die deel van n DNS-molekule met die kode om n spesifieke proteïen voort te bring, word n geen genoem. Elke proteïen het n spesifieke eienskap tot gevolg, byvoorbeeld n mens se bloedgroep. (In Onderwerp 5 sal jy meer leer oor gene en hoe hulle van een geslag na die volgende oorgedra word.) n DNS-molekule bestaan dus uit baie verskillende gene. Nie al die DNS in n chromosoom kodeer om proteïene voort te bring nie. Party dele van DNS tussen die gene op n chromosoom staan bekend as niekoderings-dns, aangesien hulle nie kodeer om proteïene voort te bring nie. Wetenskaplikes gebruik n tegniek wat DNS-sekwensiëring genoem word om die basisvolgorde in n spesifieke deel van n draad DNS te identifiseer. Aktiwiteit 1.2 Leertaak 1. Teken n diagram van n segment van DNS met basisse in hierdie volgorde: GGCTAAC Gebruik die volgorde wat jy vir die linkerkant van die DNS-molekule neergeskryf het deur van bo af te begin en ondertoe te werk. Vul die komplementêre basispare in aan die regterkant van die basisvolgorde op die diagram. (10) Onderwerp 1: DNS (DNA): Die kode van lewe 7

15 Aktiwiteit 1.3 Praktiese taak (verryking) Bou n model van n DNS-molekule Jy benodig: verskillende artikels wat gebruik kan word om n model van n DNS-molekule te bou, byvoorbeeld modelleerklei, pypskoonmakers, krale, skuifspelde, tandestokkies en jellielekkers gom kaart of papier (vir jou sleutel). Fig. 1.6 DNS-model wat uit lekkers gemaak is Metode 1. Gebruik die hulpbronne wat jy bymekaargemaak het om n model van n DNS-molekule te bou. 2. Skryf op die stuk kaart/papier neer wat elke artikel wat jy in jou model gebruik het, in n regte DNS-molekule verteenwoordig. 3. Wys jou model vir die res van die klas: a) Verduidelik wat elke deel van die model verteenwoordig. b) Verduidelik watter probleme jy gehad het terwyl jy jou model probeer bou het en wat jy anders sou doen as jy dit weer moes doen. c) Beskryf die beperkinge van jou model, met ander woorde, beskryf waarom dit nie n volmaakte weergawe van n DNS-molekule is nie. (20) bewyse: inligting wat gebruik word om te toets dat iets moontlik waar kan wees Die ontdekking van die struktuur van DNS Teen die middel van die 1900 s het baie wetenskaplikes die struktuur van DNS probeer uitwerk. Eksperimentele bewyse het aangedui dat DNS nie uit n enkele ketting nukleotiede, soos in Figuur 1.4 getoon word, bestaan het nie. Rosalind Franklin het by King s College, Londen, aan X-straalbuigingspatrone van DNS gewerk. Jy kan op die foto in Figuur 1.7 sien hoe die X-straalbuigingspatrone van DNS gelyk het. Fig. 1.7 Een van Rosalind Franklin se X-straalbuigingspatrone van DNS In 1953 het James Watson, n mikrobioloog, en Francis Crick, n fisikus, by die Cavendish-laboratorium in Cambridge gewerk. Hulle het die ongepubliseerde foto s en opmetings wat dr. Rosalind Franklin geneem het (wat Maurice Wilkins en Max Perutz, sonder haar medewete of toestemming aan hulle gegee het), gebruik om die korrekte struktuur van DNS uit te werk. 8 Onderwerp 1: DNS (DNA): Die kode van lewe

16 Lewe op molekulêre, sellulêre en weefselvlak In 1962 het Watson, Crick en Wilkins n Nobelprys ontvang. Rosalind Franklin, in stede van Wilkins, sou die prys met hulle gedeel het, maar sy is in 1958 oorlede, en Nobelpryse word nie postuum toegeken nie. Sy is oorlede sonder dat sy geweet het dat die twee mans hulle model net kon bou omdat hulle haar werk gesien het. DNS-profilering DNS-profilering: die prosedure wat gebruik word om individuele organismes te identifiseer op grond van die unieke volgorde van nukleotiede in elke persoon se DNS forensies: word in n hof gebruik en/of met betrekking tot die oplossing van n misdaadsaak Elke mens, buiten identiese tweelinge, het n unieke basisvolgorde in hulle DNS, met ander woorde n unieke genetiese kode. Dit beteken dat DNS net soos n vingerafdruk gebruik kan word om n persoon te identifiseer. Die prosedure wat gebruik word om n persoon se unieke DNS-patroon of -profiel te identifiseer, word DNS-profilering, genetiese profilering of DNS-identiteitsbepaling genoem. n Gekompliseerde prosedure en duur wetenskaplike toerusting is betrokke by die saamstelling van n DNS-profiel. Jy hoef nie die prosedure te ken of te verstaan nie, maar jy behoort die uitkoms daarvan te kan interpreteer. Fig. 1.8 Model wat die struktuur van DNS toon DNS-profilering bring n patroon van donker stroke voort wat uniek aan n persoon is. Omdat DNS identies is in elke sel van n organisme, maak dit nie saak watter bron gebruik word om die DNS-profiel te verkry nie. Die kerne van selle van n haarfollikel (of -wortel), vel, bloed of semen, sowel as selle van die wand van die wange wat in speeksel gevind word, sal almal dieselfde unieke patroon van donker stroke voortbring. DNS-profilering Fig. 1.9 Foto van DNS-profiele Figuur 1.9 toon n DNS-profiel vir elkeen van 12 DNSmonsters. Die profiele is van 1 tot 12 genommer. Elke profiel bestaan uit n reeks donker stroke. Die stroke is nie noodwendig eweredig gespasieer nie, en party is donkerder en/of breër as ander. Kyk na die profiel in Voorbeeld 4 as n voorbeeld. Gebruik n liniaal en beweeg met die kolom af terwyl jy na die spasiëring van die stroke, hulle breedte en donkerte kyk. Jy sal sien dat die tweede strook donkerder is as die eerste een en dat die derde en die vierde strook nader aan mekaar is as die vierde en die vyfde strook. Wanneer jy dit met die profiel in Voorbeeld 5 vergelyk, sal jy sien dat die patroon van die twee voorbeelde heeltemal verskillend is. Twee DNSvoorbeelde wat van dieselfde bron afkomstig is, sal dieselfde patroon stroke hê. Kyk nou mooi na Voorbeeld 3 en vind dan die een wat identies daaraan is onder die ander profiele in die foto. Die twee identiese DNSprofiele is afkomstig van dieselfde persoon. DNS-profilering word nou al n ruk lank gebruik om forensiese bewyse te kry om misdade te help oplos. Dit is ook al gebruik om mense vry te spreek wat verkeerdelik skuldig bevind is aan n misdaad wat gepleeg is voordat DNS-bewyse in speurwerk gebruik is. Onderwerp 1: DNS (DNA): Die kode van lewe 9

17 Aktiwiteit 1.4 Praktiese taak (voorgeskryf) Gebruik van DNS-profilering om n misdaadsaak op te los Lees die volgende gevallestudie en gebruik die forensiese DNS-bewyse om die misdaadsaak op te los. GEVALLESTUDIE Inspekteur Ndlovu en sersant Botha het die toneel van n geweldsmisdaad ondersoek. Die slagoffer was n 70-jarige vrou wat met n mes gesteek is en daar gelaat is om dood te gaan. Hulle het in een van haar hande n paar hare gekry, wat moontlik van die moordenaar gekom het. Hulle het ook n bietjie vel onder die vrou se vingernaels gekry, wat moontlik van die moordenaar af gekom het indien die slagoffer die moordenaar kon krap toe sy aangeval is. Daar was drie moontlike verdagtes in die ondersoek, van wie een die kêrel van die slagoffer se dogter was. Al drie verdagtes moes n bloedmonster gee. n Monster is ook van die slagoffer geneem. Die DNS-profiele van die vier monsters is met die DNS-profiele vergelyk wat gekry is van die haar- en velmonsters wat op die misdaadtoneel gevind is. Die profiele word in Figuur 1.10 getoon. Gebruik hierdie DNS-profiele om jou te help om die vrae hieronder te beantwoord. DNS van hare DNS van vel Slagoffer Verdagte 1 Verdagte 2 Verdagte 3 Fig Forensiese bewyse 1. Kom die DNS van die hare wat in die slagoffer se hand gevind is en van die vel onder haar vingernaels van dieselfde persoon af? Gebruik bewyse uit die profiele om jou antwoord te verduidelik. (2) 2. Op grond van die DNS-profiele, watter van die drie verdagtes kon op die misdaadtoneel gewees het? Gebruik bewyse uit die profiele om jou antwoord te verduidelik. (3) 3. Vergelyk die profiel van die DNS wat onder die slagoffer se vingernaels gevind is met die DNS-profiel van die slagoffer. Wat merk jy op? (3) 4. Verdagte 2 was die kêrel van die slagoffer se dogter. a) Watter forensiese bewyse koppel hom aan die misdaadtoneel? (1) 10 Onderwerp 1: DNS (DNA): Die kode van lewe

18 Lewe op molekulêre, sellulêre en weefselvlak b) Stel n ander moontlike verklaring voor vir die teenwoordigheid van hierdie forensiese bewyse op die misdaadtoneel. (1) c) Watter verdere bewyse dink jy sou die speurders moes vind sodat n regter hom aan die misdaad kan skuldig bevind? (enige 2) 5. Dink jy DNS-bewyse alleen is genoeg om n misdadiger skuldig te bevind? Gee redes vir jou antwoord. (2) 6. Stel twee voordele en twee nadele voor om DNS-profilering in speurwerk te gebruik. (4) 7. Dink jy dat dit n goeie idee sal wees om DNS van elke persoon in die land te neem om n DNS-profieldatabasis te skep? Gee twee argumente vir en twee argumente teen hierdie idee. (4) mitose: die tipe seldeling wat in n sel plaasvind wat verdeel om twee identiese dogterselle voort te bring DNS-replikasie: die proses waartydens DNS identiese kopieë daarvan voortbring onder die beheer van die ensiem DNS-polimerase selsiklus: die reeks gebeurtenisse wat in n sel plaasvind vandat dit voortgebring word totdat dit in twee identiese nuwe selle (dogterselle) verdeel het Replikasie van DNS Waarom DNS gerepliseer word Die DNS in enige sel bevat die genetiese inligting van daardie sel. Wanneer n sel deur mitose verdeel, moet dit dieselfde genetiese inligting oordra na die dogterselle wat gevorm word. Om dit te kan doen, moet die DNS in die oorspronklike sel n presiese kopie daarvan voortbring. Hierdie proses word DNS-replikasie genoem. Die proses van DNS-replikasie vind gedurende interfase van die selsiklus plaas, voordat die sel verdeel. (Sien Figuur 1.11.) Dit is om die volgende redes belangrik dat n sel n presiese kopie van die nukleêre DNS voortbring: Dieselfde hoeveelheid DNS (met ander woorde dieselfde aantal chromosome) kom in die ouersel en die twee Sel groei voortdurend en berei voor om te verdeel selverdeling (mitose) Replikasie van DNS Fig Die selsiklus selle vergroot Siklus begin dogterselle voor. Alle dogterselle sal dus presies dieselfde genetiese inligting (op die DNS) as die ouersel bevat. Identiese selle sal die ontwikkeling en welsyn bevorder van die veelsellige organismes waarvan hulle n deel is. Wanneer selle geneties van mekaar verskil (m.a.w. verskillende DNS het), werk hulle nie saam nie omdat hulle mekaar nie as deel van dieselfde organisme herken nie. Genetiese inligting van n organisme van n besondere spesie moet onveranderd na die volgende geslag van daardie spesie oorgedra word sodat die spesie kan voortbestaan. As die DNS met die inligting oor hoe om n mens te maak, sou verander, sal die selle wat die nuwe inligting bevat heel waarskynlik nie in n ander mens ontwikkel nie. Onderwerp 1: DNS (DNA): Die kode van lewe 11

19 Die proses van DNS-replikasie n DNS-molekule DNS-polimerase vry DNS-nukleotied 3. Elke enkeldraad DNS tree as n sjabloon op. 4. Vry DNS-nukleotiede in die kern verbind met komplementêre basisse op die DNS, wat nuwe waterstofbindings vorm. 1. DNS-molekule draai af 2. DNS-polimerase rits die DNS-molekule oop deur te veroorsaak dat die waterstofbindings tussen die basispare breek. Dit het twee afsonderlike basispare tot gevolg. 5. Wanneer die vry DNSnukleotiede agtermekaar is, verbind hulle om n nuwe polinukleotiedketting te vorm. Fig DNS-replikasie twee identiese DNS-molekules Hoe die replikasie van DNS plaasvind (sien figuur 1.12): Binne-in die kern veroorsaak n ensiem, DNS-polimerase, dat die dubbelheliksvormige DNS-molekule afdraai sodat dit nie meer n dubbelheliks is nie, maar n plat, dubbeldraad polinukleotiedketting word (Stap 1 in Figuur 1.12). Die ensiem DNS-polimerase rits ook die DNS-molekule oop deur die waterstofbindings tussen die komplementêre basisse te laat breek. Die twee enkeldrade DNS skei (Stap 2 in die figuur). Elke enkeldraad DNS tree op as n sjabloon, of patroon, vir die vorming van n nuwe DNS-draad (Stap 3 in die figuur). Vry nukleotiede in die kern verbind deur middel van waterstofbindings met hulle komplementêre basisse op die twee oop enkeldrade DNS (Stap 4 in die figuur). Wanneer die nuut gebinde nukleotiede in hierdie posisie is, word die suiker-fosfaat- rugstring gevorm wanneer die suiker van die een nukleotied aan die fosfaat van die volgende nukleotied koppel, sodat n polinukleotiedketting gevorm word (Stap 5 in die figuur). Aangesien dit op albei DNS-sjabloondrade gebeur, word twee nuwe polinukleotiedkettings gevorm. ensiem: n gespesialiseerde proteïen wat chemiese reaksies wat binne of buite selle plaasvind, bespoedig. Elke soort ensiem is kenmerkend van n spesifieke soort reaksie, byvoorbeeld DNS-polimerase sal net die reaksie wat DNSreplikasie veroorsaak, bespoedig sjabloon: enige molekule wat as n patroon vir die skepping van n nuwe molekule optree 12 Onderwerp 1: DNS (DNA): Die kode van lewe

20 Lewe op molekulêre, sellulêre en weefselvlak semikonserwatiewe replikasie: elke nuwe DNSmolekule wat gevorm is, bevat een polinukleotieddraad uit die oorspronklike molekule en een nuwe polinukleotieddraad Elke nuut gevormde DNS-draad wen weer op sodat dit n dubbelheliks is. Twee DNS-molekules het uit een gevorm. Soos jy in Figuur 1.12 kan sien, is die twee DNS-molekules identies aan mekaar, sowel as aan die oorspronklike DNS-molekule. Omdat elke nuut gevormde DNS-molekule uit een polinukleotieddraad uit die oorspronklike molekule en een nuwe polinukleotieddraad bestaan, staan dit bekend as semikonserwatiewe replikasie. Die twee nuut gevormde DNS-molekules skei van mekaar wanneer DNS-replikasie voltooi is. Aktiwiteit 1.5 Leertaak Beantwoord die volgende vrae: 1. Waar vind DNS-replikasie in eukariotiese selle plaas? (1) 2. Wat is die funksie van DNS-polimerase? (2) 3. Een polinukleotieddraad van n DNS-molekule bevat die volgende opeenvolging van basisse: TTCGGATGTAGCCAA Lees van links na regs en gebruik hierdie aanvaarde simbole vir DNS-basisse om die volledige dele van die twee DNS-molekules te teken wat voortgebring sal word deur die replikasie van die DNS-molekule wat hierdie polinukleotieddraad bevat. (4) Onderwerp 1: DNS (DNA): Die kode van lewe 13

21 Eenheid 2 Ribonukleïensuur (RNS) Die struktuur van en soorte RNS en die ligging daarvan in die sel Die struktuur van RNS Elke RNS-molekule is n enkeldraad polinukleotied. Dit beteken dat dit uit n enkele ketting nukleotiede bestaan. RNS-molekules is baie korter as DNS-molekules. Die nukleotiede van RNS verskil effens van dié van DNS. n RNSnukleotied bestaan uit: n ribosesuiker n fosfaatgroep een van vier basisse: urasiel, sitosien, guanien of adenien. Urasiel is soortgelyk aan timien (een van die basisse wat in DNS gevind word) en komplementeer adenien. Urasiel en sitosien is pirimidienbasisse (molekules met een ring). Guanien en adenien is purienbasisse (molekules met twee ringe). ribose suiker n fosfaatgroep urasiel sitosien adenien Soorte RNS Daar is drie soorte RNS: Boodskapper-RNS (brns) is n reguit polinukleotieddraad. Dit dra inligting oor die volgorde van die aminosure van n spesifieke proteïen vanaf die DNS in die kern na die ribosome, waar die proteïen voortgebring sal word. Ribosomale RNS (rrns) vorm die ribosome, wat vry in die sitoplasma van die sel aangetref word en aan die buitekant van die endoplasmatiese retikulum vasgeheg is. Ribosome is waar proteïensintese plaasvind. Oordrag-RNS (orns) is n kort RNS-molekule wat op homself terugvou om n klawervorm te maak. Dit tel aminosure in die sitoplasma op en bring dit na die ribosome, waar dit aanmekaargeheg word om n proteïen te vorm. guanien Fig Die struktuur van RNS brns rrns Die ligging van RNS in die sel RNS word in die selkern aangetref, waar dit deur die DNS voortgebring word, sowel as in die sitoplasma (orns en brns). rrns word aangetref waar dit die ribosome vorm in die chloroplaste van plantselle en in die mitochondria van plant- en dierselle. orns Fig Die drie soorte RNS 14 Onderwerp 1: DNS (DNA): Die kode van lewe

22 Lewe op molekulêre, sellulêre en weefselvlak Proteïensintese Proteïensintese is die proses waardeur proteïene gemaak of voortgebring word. Proteïenmolekules is lang kettings van aminosure wat deur peptiedbindings verbind word. Proteïene word uit twintig verskillende aminosure gevorm. Hulle verskil van mekaar in die volgorde, soort en aantal aminosure wat hulle bevat. Die genetiese kode wat die aard van elke proteïen bepaal, word as die basisvolgorde in die gene van die DNS-molekules gedra. Plante absorbeer stikstofbevattende verbindings uit die grond deur hulle wortels. Hulle gebruik die stikstof om die aminosure wat hulle nodig het, te maak. Die aminosure word dan in lang kettings saamgevoeg om proteïene te vorm. Wanneer diere (insluitend mense) plante eet, verteer hulle die plantproteïene. Wanneer hierdie proteïene verteer word, word hulle in aminosure afgebreek. Diere gebruik dan hierdie aminosure om die proteïene wat hulle nodig het, voort te bring. Die proses van proteïensintese het twee stadiums: transkripsie en translasie. Die transkripsie van brns van DNS af transkripsie: die vorming, in die kern, van brns deur n geen ( n spesifieke segment DNS) as sjabloon te gebruik translasie: die proses waartydens die genetiese inligting wat in brns geënkodeer is, getransleer word na die volgorde van aminosure in n proteïen RNS-polimerase: die ensiem wat verantwoordelik is om brns van n DNS-sjabloon af voort te bring niekoderings- DNS: DNS wat nie n kode bevat om proteïene voort te bring nie Gedurende transkripsie word brns gemaak deur n deel van die DNS as n sjabloon te gebruik. Wanneer die sel n sekere proteïen nodig het, breek die ensiem RNS-polimerase die waterstofbindings tussen komplementêre basisse in daardie deel van die DNS en rits dit die DNS oop sodat die twee DNS-drade uitmekaarbeweeg. Die deel van n DNSmolekule met die kode om n spesifieke proteïen voort te bring, word n geen genoem. Elke proteïen het n spesifieke eienskap tot gevolg, byvoorbeeld n mens se bloedgroep. (Jy sal in Onderwerp 5, Genetika en erflikheid, meer leer oor gene en hoe hulle van een geslag na die volgende oorgedra word.) n DNS-molekule bestaan dus uit baie verskillende gene. Nie al die DNS in n chromosoom kodeer om proteïene voort te bring nie. Daar is dele van die DNS tussen die gene op n chromosoom wat as niekoderings- DNS bekend staan omdat hierdie DNS nie kodeer om proteïene voort te bring nie. RNS-polimerase verbind met die DNS by die begin van die geen. Die DNS-molekule draai langs die hele lengte van die geen af (getoon as Stadium 1 in Figuur 1.15) en die ensiem laat die waterstofbindings tussen die komplementêre basispare breek. Die twee enkeldrade DNS beweeg uitmekaar. (Dit word getoon as Stadium 2 in Figuur 1.15.) Vry RNS-nukleotiede in die kern word aangetrek na die oop basisse op die kodeerdraad van die DNS, wat as n sjabloon optree. (Dit word getoon as Stadium 3 en 4 in Figuur 1.15.) n RNS-nukleotied met urasiel verbind met adenien op DNS, aangesien timien nie in RNS gevind word nie. Die RNS-nukleotiede verbind om n enkele draad brns te vorm. Die basisvolgorde op die brns sal die kodeerdraad van die DNS komplementeer. Terwyl die brns vorm, raak dit los van die DNS. Waterstofbindings vorm weer tussen die komplementêre basisse van die twee enkeldrade DNS. Die DNS wen dan weer op om n dubbelheliks te vorm. (Dit word getoon as Stadium 5 in Figuur 1.15.) Die brns verlaat die kern deur n kernporie in die kernmembraan en word aan n ribosoom in die sitoplasma geheg. Onderwerp 1: DNS (DNA): Die kode van lewe 15

23 n DNS-molekule 3. Die kodeerdraad van die DNS tree as n sjabloon op. 4. Vry RNS-nukleotiede in die kern verbind met komplementêre basisse op die kodeerdraad van die DNS-molekule. Die vry nukleotiede verbind en vorm n nuwe polinukleotieddraad (brns). vry RNS-nukleotied 1. DNS-molekule draai af 2. Die ensiem RNS-polimerase rits die DNSmolekule oop deur die waterstofbindings tussen die basispare te laat breek. Die twee polipeptiedkettings skei. RNS-polimerase 6. Die voltooide brns-molekule skei van die DNS-molekule en verlaat die kern. n brns-molekule 5. Die twee polinukleotiedkettings van die DNS-molekule verbind weer en draai weer in n dubbelheliks op. Fig Transkripsie van DNS af Translasie van brns om proteïene te vorm Die basisvolgorde op die brns komplementeer die basisvolgorde op die DNSkodeerdraad. Elke drietal basisse op die brns word n kodon genoem. Elke kodon kodeer vir n spesifieke aminosuur in die proteïen wat voortgebring gaan word. Hierdie aminosure, wat in die sitoplasma is, word opgetel en deur n orns na n brns-molekule gedra. Daar is 20 verskillende aminosure. Die eerste kodon op die brns is n BEGIN-kodon en beteken begin hierdie boodskap lees. Die laaste kodon is n STOP-kodon en beteken hou op om hierdie boodskap te lees/die proteïen is volledig. Translasie is die proses waartydens die genetiese kode van brns gedurende proteïensintese gebruik word om die volgorde van aminosure te bepaal. Die kode word gelees deur die ribosoom waaraan die brns geheg word nadat dit die kern verlaat. kodon: n drietal basisse op n stuk brns wat vir n spesifieke aminosuur kodeer antikodon: n drietal basisse op n orns wat met n drietal komplementêre nukleotiede (kodon) op n brns kan bind aminosuur Baie van elk van die 20 verskillende soorte aminosure dryf in die sitoplasma van selle rond. Daar is ook baie verskillende ornsmolekules. Elke orns het een punt wat aan n spesifieke aminosuur heg en n groep van drie basisse aan die ander punt. Hierdie drietal basisse word n antikodon genoem. Die volgorde van basisse wat die antikodon vorm, bepaal aan watter van die 20 verskillende soorte aminosure die orns kan verbind, byvoorbeeld die orns met die antikodon UCA sal net serien aan sy ander kant kan optel. antikodon orna Fig orns met n aangehegte aminosuur 16 Onderwerp 1: DNS (DNA): Die kode van lewe

24 Lewe op molekulêre, sellulêre en weefselvlak peptiedbinding: n binding wat twee aminosure verbind poliribosoom: n groep ribosome wat gedurende die translasiestadium van proteïensintese met n enkele brns geassosieer is Die antikodon UCA bestaan uit drie basispare: urasiel (U), sitosien (C) en adenien (A). Terwyl orns-molekules in die sitoplasma rondbeweeg, tel elkeen sy eie soort aminosuur op wanneer dit daardie aminosuur vind. Die orns met die komplementêre antikodon vir die eerste brns-kodon (die BEGINkodon) vorm waterstofbindings tussen die basisse van sy antikodon en die basisse van die kodon. Dan vorm die orns met die komplementêre antikodon vir die tweede brns-kodon waterstofbindings met hierdie kodon. Die twee aminosure in hierdie twee orns e is nou naby mekaar, en n peptiedbinding vorm tussen hulle. Die ribosoom beweeg nou verder langs die brns en maak die volgende kodon oop, en die volgende orns bind in sy posisie. Intussen breek die eerste orns weg van sy aminosuur, beweeg weg van die ribosoom af en tel n ander aminosuur van dieselfde soort op. Die ribosoom beweeg verder al langs die brns en lees elk van die kodons. Die polipeptiedketting wat die aminosure vorm, word langer totdat die ribosoom by n STOPkodon op die brns kom. Geen orns-molekule kan met die STOP-kodon bind nie. Die voltooide polipeptiedketting word in die sitoplasma vrygestel as n proteïen. Die ribosoom maak homself los van die brns. Wetenskaplikes het vasgestel watter brns-kodons vir die posisie van n spesifieke aminosuur in n proteïen kodeer, en dit kan van n brns-kodontabel afgelees word (sien Tabel 1.1). Daar is vier-en-sestig maniere waarop die vier basisse van RNS in groepe van drie kan kombineer, en gevolglik is daar vier-en-sestig kodons. Terwyl net een kodon vir party aminosure kodeer, byvoorbeeld tirosien (afgekort as tir ), kan ander meer kodons hê, byvoorbeeld leusien (afgekort as leu ), wat ses kodons het. Een van die kodons tree op as die BEGIN-kodon en kodeer ook vir metionien (afgekort as met ). Drie kodons is net STOP-kodons en kodeer nie vir n aminosuur nie. Peptiedbinding vorm tussen twee aminosure Met His Ser aminosuur orna groot subeenheid van ribosoom brna antikodon kodon Ribosoom beweeg langs die brna klein subeenheid van ribosoom Fig Translasie van RNS om proteïene te vorm Terwyl een ribosoom langs die brns afbeweeg, kan n ander een dit weer voor begin lees. Dit is redelik algemeen om te sien dat etlike ribosome dieselfde brns gelyktydig lees en baie van dieselfde soort proteïenmolekules vorm. Hulle word poliribosome genoem. Onderwerp 1: DNS (DNA): Die kode van lewe 17

25 ribosome brna polipeptiedkettings rigting van translasie Fig Poliribosome wat talle identiese proteïenmolekules gelyktydig van n brns molekule af transleer Die 64 brns-kodons, saam met die aminosure waarvoor hulle kodeer, word in Tabel 1.1 getoon. Tabel 1.1 Die brns-kodons en hulle ooreenstemmende aminosure of instruksies Lees eerste Lees tweede letter hier letter hier Eerste basis Tweede basis U C A G U UUU Phe UCU Ser UAU Tyr UGU Cys UUC Phe UCC Ser UAC Tyr UGC Cys UUA Leu UCA Ser UAA STOP UGA STOP UUG Leu UCG Ser UAG STOP UGG Try C CUU Leu CCU Pro CAU His CGU Arg CUC Leu CCC Pro CAC His CGC Arg CUA Leu CCA Pro CAA Gin CGA Arg CUG Leu CCG Pro CAG Gin CGG Arg A AUU Iso ACU Thr AAU Asn AGU Ser AUC Iso ACC Thr AAC Asn AGC Ser AUA Iso ACA Thr AAA Lys AGA Arg AUG Met Begin ACG Thr AAG Lys AGG Ser G GUU Val GCU Ala GAU Asp GGU Gly GUC Val GCC Ala GAC Asp GGC Gly GUA Val GCA Ala GAA Glu GGA Gly GUG Val GCG Ala GAG Glu GGG Gly Lees derde letter hier U C A G U C A G U C A G U C A G Derde basis Sleutel vir aminosure Ala = alanien Cys = sistien His = histidien Met = metionien Thr = threonien Arg = arginien Gin = glutamien Iso = isoleusien Phe = fenylalanien Try = tryptofaan Asn = asparagien Glu = glutamiensuur Leu = leusien Pro = prolien Tyr = tyrosien Asp = aspartiensuur Gly = glisien Lys = lisien Ser = serien Val = valien 18 Onderwerp 1: DNS (DNA): Die kode van lewe

26 Lewe op molekulêre, sellulêre en weefselvlak Aktiwiteit 1.6 Leertaak Beantwoord die volgende vrae: 1. Maak n lys van drie funksies van proteïene in selle. (3) 2. Verduidelik die rol van DNS in proteïensintese. (5) 3. Verduidelik die rol van brns in proteïensintese. (5) 4. a) Werk die basisvolgorde in die brns uit wat getranskribeer sal word van die volgende koderingsdraad DNS (werk van links na regs): TACGGGAAGCAACUATGT (2) b) Hoeveel kodons is daar op hierdie stuk brns? (1) 5. Verduidelik die rol van orns in proteïensintese. (5) 6. Kopieer die tabel hieronder. Gebruik wat jy in hierdie afdeling geleer het, sowel as die inligting om die tabel te voltooi. Lees die genetiese kode van links na regs. (15) Tabel 1.2 Basisvolgorde op die kodeerdraad Kodons op brns Antikodons op orns Naam van aminosuur T A C G G G A C A C G T G A A Die rol van RNS in die uitdrukking van die genetiese kode In die afdeling oor proteïensintese het jy geleer dat die genetiese kode die basisvolgorde in DNS is wat die nodige inligting dra om die soorte proteïen voort te bring wat n sel nodig het. DNS doen dit deur as n sjabloon op te tree om spesifieke brns voort te bring wat die sel nodig het. Jy het ook geleer dat die volgorde van die kodons in n brnsmolekule hierdie inligting van die kern af (waar die brns voortgebring is deur DNS as n sjabloon te gebruik) na n ribosoom dra, wat die inligting na n proteïen transleer. Die voortbrenging van n proteïen uit die genetiese kode word uitdrukking van die genetiese kode genoem. Warm onderwerp Wetenskaplikes het bevind dat sekere gene moontlik nooit getransleer word (in proteïene omgeskep word) nie. Die rede hiervoor is dat daar klein, niekoderende stukkies RNS is, wat mirns (mikro-rns) genoem word, wat help om te keer dat translasie plaasvind. Navorsing sal moontlik n manier uitvind waarop hierdie klein niekoderende stukkies RNS gebruik kan word om siektes te behandel wat deur die voortbrenging van abnormale proteïene veroorsaak word of om proteïenvoortbrenging (en gevolglik groei) te voorkom in organismes wat aansteeklike siektes veroorsaak. Onderwerp 1: DNS (DNA): Die kode van lewe 19

27 Iets interessant Op 20 Desember 2002 het Sydney Brenner die Nobelprys vir Fisiologie of Geneeskunde ontvang. Brenner is in 1927 in Germiston gebore. Sy ouers was ongeletterd en daar was geen boeke in hulle huis nie. As n klein seuntjie het hy by n buurvrou gekuier wat koerantpapier, in plaas van n tafeldoek, oor haar tafel gesit het. Sy het hom gehelp om te leer lees en teen die tyd toe hy ses was, het hy boeke vir volwassenes gelees wat by die Germistonse openbare biblioteek uitgeneem is. Nadat hy op 14-jarige ouderdom matriek geskryf het, het hy by die Wits-universiteit medisyne gestudeer en uiteindelik sy doktorsgraad in fisiese chemie by die Universiteit van Oxford verwerf. Hy was een van die eerste wetenskaplikes wat in 1953 Watson en Crick se model van DNS gesien het. Brenner het saam met ander wetenskaplikes gewerk en voorgestel dat die genetiese kode uit drie basisse bestaan en het elke drietal basisse n kodon genoem. Hy het ook voorgestel dat orns bestaan, bewys dat proteïensintese in ribosome plaasvind en die bestaan van brns bevestig. In latere jare het Brenner bestudeer hoe gene die ontwikkeling van n organisme meebring, en dit was vir hierdie werk dat hy sy Nobelprys ontvang het. Meer vrae oor DNS (DNA): Die kode van lewe 1. Gee die korrekte woord of term vir die volgende: a) die basis wat met timien verbind b) die boustene van proteïene c) die verbindings wat die twee polinukleotieddrade van n DNS-molekule bymekaarhou d) herhaalde eenhede wat n nukleïensuur vorm e) suiker wat deel is van DNS f) die vorm van n DNS-molekule. (6) 2. Skryf die volgende tabel wat DNS en RNS vergelyk, oor en voltooi dit. (5) DNS RNS n Dubbeldraad-polinukleotied Suiker is deoksiribose Basisse is adenien, timien, sitosien en guanien n Baie lang molekule Word in die kern, mitochondria en chloroplaste aangetref 20 Onderwerp 1: DNS (DNA): Die kode van lewe

28 Lewe op molekulêre, sellulêre en weefselvlak 3. Wat is die funksie van elk van die volgende met betrekking tot DNS en RNS? a) waterstofbindings b) DNS-polimerase c) kodon d) ribosoom e) RNS-polimerase. (5) 4. a) Skryf die volgorde van die letters neer wat die basisse in die kodeerdraad van die stuk DNS verteenwoordig waaruit die volgende brns-molekule voortgebring is: (2) AUGUUGCAUAAAAGCGGUCAU b) Vir hoeveel aminosure kodeer hierdie stuk DNS? Verduidelik jou antwoord. (2) 5. n Kodeerdraad DNS het die volgende basisvolgorde (lees die volgorde van links na regs): CGCTCAAGGCGA a) Gee die basisvolgorde van die brns wat deur transkripsie van hierdie stuk DNS voortgebring sal word. (4) b) Gebruik Tabel 1.1 om uit te werk vir watter aminosure hierdie stuk brns sal kodeer. Skryf hierdie aminosure neer in die volgorde waarin hulle gedurende translasie gekoppel sal word. (4) 6. Die diagram in Figuur 1.19 is n opsomming van proteïensintese. A kernmembraan 2 1 B J sitoplasma D 4 C 3 E 7 6 I H 8 G F 5 Fig Opsomming van proteïensintese a) Identifiseer elkeen van die strukture wat A tot I gemerk is. (9) b) Beskryf kortliks wat by elke stadium van die proses gebeur by die plekke wat van 1 tot 8 genommer is. (8) 7. Die diagram in Figuur 1.20 toon die DNS-profiele wat by twee misdaadtonele geneem is. Die eerste misdaadtoneel was n huis waarby ingebreek is en wat beroof is. Die tweede misdaadtoneel was n woonstel waar n vermoorde man twee weke later gevind is. Aan die begin het dit gelyk asof daar geen verband tussen die twee misdade was nie. Onderwerp 1: DNS (DNA): Die kode van lewe 21

29 eienaar haar op kluis gevind haar op vloer gevind slagoffer vel onder slagoffer se naels slagoffer se broer misdaadtoneel 1 Fig DNS-profiele misdaadtoneel 2 Kyk sorgvuldig na die DNS-profiele wat voortgebring is uit forensiese bewyse wat by die twee misdaadtonele gevind is. a) Gebruik die bewyse wat voorsien word en stel voor wie die huis beroof het. Gee n rede vir jou antwoord. (3) b) Gebruik die bewyse wat voorsien word en stel voor wie die man in die woonstel vermoor het. Gee n rede vir jou antwoord. (2) c) Watter bewyse in die DNS-profiele wat in Figuur 1.20 getoon word, kon die polisie gebruik om uit te vind dat die twee misdade met mekaar verband hou? (2) 8. Verduidelik in n kort opstel kortliks die rol van orns en brns in die vervaardiging van protëine in n sel. Feite (17) Sintese (3) [20] 22 Onderwerp 1: DNS (DNA): Die kode van lewe

30 Lewe op molekulêre, sellulêre en weefselvlak Opsomming DNS word in die vorm van chromosome in die kern van eukariotiese selle aangetref. Dit word ook in mitochondria en chloroplaste aangetref. DNS is n lang molekule wat uit baie, soortgelyke eenhede bestaan wat nukleotiede genoem word en in n ketting gebind word. Elke DNS-nukleotied bestaan uit n deoksiribose suiker, n fosfaat en een van vier moontlike basisse: adenien, timien, sitosien of guanien. DNS-molekules word deur twee polinukleotiedkettings gevorm wat deur waterstofbindings bymekaargehou word. Die waterstofbindings verbind basispare. Adenien verbind altyd met timien, en sitosien verbind altyd met guanien. Die DNS-molekule is in n vorm gedraai wat n dubbelheliks genoem word dubbel omdat dit uit twee polinukleotiedkettings bestaan en heliks omdat dit n spiraal is. Die basisvolgorde in n DNS-molekule is uniek aan elke persoon (buiten identiese tweelinge). Ons kan dus mense identifiseer deur hulle DNS te gebruik. Dit word DNS- (genetiese) profilering of DNS-identiteitsbepaling genoem. Voordat nuwe selle voortgebring kan word, moet DNS gerepliseer (presies gekopieer) word. Dit gebeur gedurende interfase van die selsiklus. DNS dra oorerflike materiaal in die vorm van gene. Elke geen bevat die instruksie om n spesifieke proteïen voort te bring. Proteïene bestaan uit aminosure. Die volgorde van aminosure in n spesifieke proteïen word deur die basisvolgorde in n spesifieke geen bepaal. Dit word die genetiese kode genoem. Elke aminosuur word deur n groep van drie basisse gekodeer. RNS word in die kerne van eukariotiese selle, in die sitoplasma en in ribosome, mitochondria en chloroplaste aangetref. RNS is n polinukleotiedketting/enkele draad nukleotiede. Elke RNS-nukleotied bestaan uit n ribosesuiker, n fosfaat en een van vier moontlike basisse: adenien, urasiel, sitosien of guanien. Daar is drie soorte RNS: brns, orns en rrns. RNS speel n belangrike rol in proteïensintese. Tydens transkripsie word n brns-molekule voortgebring uit die koderingsdraad van n stuk DNS ( n geen). Gedurende translasie tel n orns-molekule n spesifieke aminosuur uit die sitoplasma op. Die brns word deur n ribosoom gelees en aminosure word in die regte volgorde bymekaargemaak om n spesifieke proteïen voort te bring. Onderwerp 1: DNS (DNA): Die kode van lewe 23

31 Onderwerp2 Meiose Waaroor jy in hierdie onderwerp gaan leer die ligging, struktuur en rangskikking van chromosome en die verskil tussen haploïed en diploïed die doel van reduksiedeling die proses van meiose die belangrikheid van meiose hoe meiose tot genetiese variasie in gamete lei die gevolge van abnormale meiose die ooreenkomste en verskille tussen mitose en meiose. Kom ons praat oor hierdie onderwerp In die foto kan jy verskillende menslike gamete sien. Die groter vroulike gameet is n ovum (meervoud: ova) wat deur baie kleiner manlike gamete, of spermselle, omring is. Hierdie gamete is gevorm deur n proses wat meiose genoem word. Terwyl jy deur hierdie onderwerp werk, sal jy die volgende vrae kan beantwoord: Wat gebeur gedurende meiose om gamete te vorm? Hoe bring meiose gamete voort wat geneties verskillend is? Waarom is meiose belangrik in die voortplanting van lewende organismes? 24 Onderwerp 2: Meiose

32 Lewe op molekulêre, sellulêre en weefselvlak chromosoom: draadagtige struktuur wat uit DNS en proteïene bestaan en in die kerne van planten dierselle aangetref word selsiklus: die gebeurtenisse wat in n sel plaasvind wat tot sy verdeling lei interfase: die fase van die selsiklus wanneer die kern en sel nie verdeel nie chromatied: een van die twee identiese drade wat gevorm word wanneer n chromosoom repliseer voordat die sel verdeel sentromeer: die vernoude deel van n chromosoom waar die twee chromatiede bymekaargehou word sitokinese: verdeling van die sitoplasma van n sel nadat die kern verdeel het Wat jy reeds weet In Graad 10 het jy oor chromosome geleer. Jy het ook oor die selsiklus geleer. Die selsiklus is die opeenvolging van gebeurtenisse wat plaasvind wanneer n sel groei en dan verdeel. Die selsiklus kan in drie fases verdeel word: Interfase is wanneer die sel groei en die chromosome in die kern repliseer (identiese kopieë daarvan maak). Elke chromosoom bestaan uit twee identiese chromatiede wat by die sentromeer verbind is. Mitose is verdeling van die kern. Gedurende mitose verdeel n selkern om twee dogterkerne voort te bring. Elke dogterkern het dieselfde chromosoomgetal en -soort as die ouerkern. Sitokinese is die verdeling van die sitoplasma in twee identiese dogterselle. Die dogterselle het presies dieselfde genetiese inligting en chromosoomgetal as die ouersel. Mitose vind plaas wanneer n organisme moet groei, beskadigde weefsel moet vervang of ongeslagtelik moet voortplant. Hoewel mitose n voortdurende proses is, word dit in vier stadiums verdeel. Kyk na Figuur 2.1 om jou te herinner aan wat gedurende elke stadium van mitose gebeur. Twee identiese dogterselle word voortgebring TELOFASE chromatiede (wat nou dogterchromosome genoem word) bereik die pole van die spoel n kern vorm in elke helfte van die sel die sel verdeel in twee (sitokinese) ANAFASE chromatiede skei en beweeg na teenoorgestelde pole van die spoel sentriole spoel vorm spoeldraad chromatied sentromeer PROFASE chromosomes trek saam en word sigbaar kern verdwyn spoel begin vorm METAFASE chromosome lê by die ekwator van die spoel ekwator van die spoel dogterchromosome Fig. 2.1 Die verskillende stadiums van mitose Onderwerp 2: Meiose 25

33 Toets myself Skryf die korrekte woord of nommer tussen die hakies neer wat die volgende sinne voltooi. 1. Replikasie van DNS vind plaas gedurende (interfase/mitose), en elke chromosoom bestaan uit twee (identiese/nie-identiese) chromatiede. 2. Die kernmembraan breek gedurende (profase/metafase/anafase/ telofase) af. 3. Die chromosome word gedurende die laaste stadium van mitose, wat (profase/metafase/anafase/telofase) genoem word, in afsonderlike kerne ingesluit. 4. Die chromosome verbind gedurende (profase/metafase/anafase/ telofase) by hulle sentromere aan die wydste deel van die spoel. 5. Een chromatied van elke chromosoom word gedurende (profase/ metafase/anafase/telofase) na elkeen van die pole getrek. 6. (Sitokinese/kariokinese), die verdeling van die sitoplasma en sel in twee, vind plaas nadat die kern verdeel het. 7. n Menslike sel met 46 chromosome sal (twee/vier) selle deur mitose vorm, waarvan elkeen (23/46/92) chromosome bevat. 26 Onderwerp 2: Meiose

34 Lewe op molekulêre, sellulêre en weefselvlak Eenheid 1 Chromosome Oorsig van chromosome kariotipe: n geordende vertoning van al die chromosome wat in n selkern aangetref word outosoom: n chromosoom wat nie n geslagschromosoom is nie geslagschromosome: chromosome wat die geslag van n organisme bepaal homoloë chromosome: n paar chromosome, een van elke ouer, wat soortgelyk is in struktuur en dieselfde geen lokusse het sigoot: die sel wat gevorm word wanneer n ovum en n spermsel tydens bevrugting saamsmelt Voor jy die proses van meiose in Eenheid 2 bestudeer, sal jy n basiese begrip van chromosome moet hê. Figuur 2.2 wys hoe chromosome in die kern van n menslike sel lyk as die sel op die punt staan om te verdeel. Voor die sel verdeel, repliseer die DNS in die kern sodat elke chromosoom uit twee identiese DNS-molekules bestaan. Die identiese DNS-molekules vorm die twee identiese chromatiede (susterchromatiede) van die chromosoom. Die chromatiede word by die sentromeer aan mekaar verbind. Elke chromosoom bestaan uit baie verskillende gene. n Geen is n deel van die DNS wat die chromosoom uitmaak. n Geen bevat inligting oor n spesifieke oorerflike eienskap van n organisme, soos haar- of oogkleur. Fig. 2.2 Skandeerelektron-mikrograaf van menslike chromosome identiese chromatiede (susterchromatiede) sentromeer gene vir verskillende eienskappe Fig. 2.3 Vereenvoudigde struktuur van n chromosoom Figuur 2.4 wys n stel chromosome uit die kern van n menslike sel wat gefotografeer en in pare gesorteer is volgens kenmerke soos hulle grootte, vorm en posisie van die sentromeer. Hierdie ordelik gerangskikte vertoning van die stel chromosome uit n kern word n kariotipe genoem. Chromosoompare 1 tot 22 word outosome genoem. Die 23e paar bestaan uit die geslagschromosome. In mense bestaan die geslagschromosome in mans uit een X-chromosoom en een Y-chromosoom. Die X-chromosoom en die Y-chromosoom verskil in vorm en grootte. In mense bestaan die geslagschromosome in vroue uit twee X-chromosome van dieselfde vorm en grootte. Fig. 2.4 Kariotipe van n man: die chromosome in die sel is met n spesiale kleurstof gekleur wat n patroon van verskillende stroke op elke chromosoom veroorsaak. Die chromosome in elke paar wat bymekaar pas, word homoloë chromosome genoem. Elke chromosoom van n homoloë paar kom van een van die ouers af. Alle normale menslike somatiese selle (ook bekend as liggaamselle) bevat 46 chromosome of twee stelle van 23 chromosome. Een stel van 23 chromosome kom van die vader af en die ander stel van 23 chromosome kom van die moeder af. Die chromosome word by bevrugting bymekaargebring wanneer die kern van die man se spermsel met die kern van die vrou se ovum saamsmelt om n sigoot te vorm. Onderwerp 2: Meiose 27

35 Gevolglik kom een chromosoom in elkeen van jou homoloë chromosoompare van jou vader af en is dit die vaderlike chromosoom; die ander chromosoom van die homoloë paar kom van jou moeder af en dit is die moederlike chromosoom. Homoloë chromosome is soortgelyk in struktuur en dra gene vir dieselfde eienskappe. Jy sal in Onderwerp 5 meer oor homoloë chromosome leer. n Manlike of vroulike gameet het net een stel chromosome en is n haploïede sel, wat n haploïede chromosoomgetal (n) bevat. Ander liggaamselle het twee stelle chromosome in hulle kerne en is diploïede selle, wat n diploïede chromosoomgetal (2n) bevat. Die chromosoomgetal in n somatiese sel is konstant vir n spesifieke soort organisme. Elke menslike somatiese sel bevat byvoorbeeld 46 chromosome. 23 sperm 23 ovum HAPLOÏED bevrugting 46 sigoot (bevrugte ovum) DIPLOÏED Fig. 2.5 Jou chromosome word van albei jou ouers geërf. Die syfers verwys na die aantal chromosome in die selle. vaderlike chromosoom: n chromosoom van die manlike ouer moederlike chromosoom: n chromosoom van die vroulike ouer haploïed: n sel waarin die kern een volle stel chromosome bevat diploïed: n sel waarin die kern twee volle stelle chromosome bevat Aktiwiteit 2.1 Leertaak 1. Wat is die verskil tussen: a) n chromosoom en n chromatied? b) n haploïede sel en n diploïede sel? c) n outosoom en n geslagschromosoom? (6) 2. Bestudeer die inligting in Tabel 2.1 en beantwoord die vrae wat volg. Tabel 2.1 Die aantal chromosome in liggaamselle van verskillende spesies Spesies Aantal chromosome Kat 38 Koei 60 Hond 78 Vrugtevlieg 8 Gorilla 48 Mens 46 Ertjieplant 14 Aartappelplant 48 a) Het meer komplekse organismes gewoonlik meer chromosome in hulle liggaamselle? Verduidelik jou antwoord. (3) b) Waarom is al die getalle op die tabel ewe getalle? (2) c) Aangesien aartappelplante en gorillas dieselfde chromosoomgetal in hulle selle het, behoort hulle nie dieselfde te lyk nie? Waarom is hulle verskillend? (3) 28 Onderwerp 2: Meiose

36 Lewe op molekulêre, sellulêre en weefselvlak Aktiwiteit 2.2 Praktiese taak (verryking) Maak n kariotipe Jy benodig: skêr vergrote fotokopie van Figuur 2.6 a) gom vergrote fotokopie van Figuur 2.6 b). Metode 1. Knip die chromosome in Figuur 2.6 a) uit. Die X-chromosoom is vir jou geïdentifiseer. 2. Sorteer die chromosome in hulle homoloë pare. 3. Rangskik die chromosome op die kariotipeblad, van die langste tot die kortste. Plaas die geslagschromosome ná die kleinste outosome. 4. Wanneer jy die chromosome klaar gerangskik het, plak dit op die blad vas. (6) Vrae 1. Wat het jou gehelp om die chromosome in homoloë pare te identifiseer, buiten hulle grootte? (3) 2. Stel voor waarom n wetenskaplike na chromosome wat in n kariotipe gerangskik is sal wil kyk. (2) 3. Is die kariotipe van n man of n vrou? (1) a) b) X X/Y Fig 2.6 a) Diagram van gekleurde menslike chromosome, wat strookpatrone wys, by metafase van mitose. b) Menslike kariotipeblad Onderwerp 2: Meiose 29

37 Eenheid 2 Meiose: Die proses van reduksiedeling Doel van reduksiedeling Voor geslagtelike voortplanting kan plaasvind, moet n organisme gamete voortbring. Die voortbrenging van gamete, die sperm en ovum, word gametogenese genoem. In diere word gamete gevorm deur n proses wat meiose genoem word. Gedurende meiose verdeel die selkern om vier dogterkerne voort te bring. Elke dogterkern het die helfte soveel chromosome as die ouerkern. Meiose word n reduksiedeling genoem omdat dit die chromosoomgetal in die kern halveer. Gamete wat deur meiose gevorm word, het die helfte van die normale chromosoomgetal wat in somatiese selle gevind word. Somatiese selle is diploïede selle, en gamete is haploïede selle. In mense bevat gamete byvoorbeeld die haploïede getal van 23 chromosome. Wanneer bevrugting plaasvind, smelt n spermsel met n ovum saam om n sigoot te vorm. Die sigoot het weer die diploïede getal van 46 chromosome. Die sigoot verdeel dan deur mitose om uiteintlik al die somatiese selle te vorm, waarvan elkeen 46 chromosome het. Meiose verseker dat die chromosoomgetal in die liggaamselle van n organisme konstant bly van die ouers tot die nageslag en van een geslag na die volgende. gametogenese: die voortbrenging van gamete deur n proses waarby meiose betrokke is meiose: n soort kerndeling wat dogterkerne voortbring wat die helfte soveel chromosome as die ouerkern bevat a) b) bevrugting bevrugting volwasse gamete sigoot volwasse volwasse gamete sigoot volwasse Fig. 2.7 a) Die chromosoomgetal sou in elke geslag verdubbel het as die chromosoomgetal nie in die gamete gehalveer is nie. b) Die chromosoomgetal bly in elke geslag dieselfde omdat die chromosoomgetal in die gamete gehalveer word. Gamete word in die voortplantingsorgane van diere en plante gevorm. In diere vind meiose plaas in die ovaria, waar haploïede ovum voortgebring word, en in die testes, waar haploïede spermselle voortgebring word. Nie alle gamete word deur meiose gevorm nie. Bestudeer Figuur 2.8 en 2.9. Figuur 2.8 beeld die lewensiklus van plante soos mosse en varings uit. Jy het in Graad 11 hieroor geleer. Fig. 2.8 Afwisseling van geslagte in die lewensiklus van plante soos mosse en varings sigoot bevrugting vroulike gameet manlike gameet sporofiet Diploïede (2n) Sporofietgeslag Haploïede (n) Gametofiet-geslag mitose mitose gametofiet meiose spoor 30 Onderwerp 2: Meiose

38 Lewe op molekulêre, sellulêre en weefselvlak Al is die gamete haploïed, word hulle nie deur meiose gevorm nie. Die haploïede gametofiet bring haploïede gamete deur middel van mitose voort. In mosse en varings word haploïede spore deur meiose in die sporangia (spoorvormende kapsules) op die diploïede sporofiet voortgebring. Die haploïede spore ontwikkel in die gametofiet wat die gamete voortbring. In blomplante word haploïede spore deur meiose gevorm in die saadknoppe in die vrugbeginsel asook in die helmknoppe van die blom. a) sporangium } b) bring spore (n) deur meiose voort sporofiet (2n) }gametofiet (n) bring gamete (n) deur mitose voort spore (n) word deur meiose aan die onderkant van die blare voortgebring in strukture wat sporangia genoem word Fig. 2.9 a) n Mosgametofiet met n sporofiet daaraan vasgeheg b) n Varingplant (sporofiet) Aktiwiteit 2.3 Leertaak Bestudeer die twee lewensiklusse wat in Figuur 2.10 getoon word en beantwoord dan die vrae hieronder. 1. Waarom is dit belangrik dat die gamete van diere en plante haploïed is en nie diploïed nie? (2) 2. Noem die proses (mitose/meiose/bevrugting) wat by A, B, C, D, E, F, G en H plaasvind. (8) Gamete Haploïede veelsellige organisme (gametofiet) Spore Gamete Haploïede Diploïede veelsellige organisme Sigoot Diploïede veelsellige organisme (sporofiet) Sigoot Diploïede Fig Lewensiklusse van twee verskillende organismes Onderwerp 2: Meiose 31

39 Die proses van meiose Meiose vind as twee verskillende kerndelings plaas. Die eerste meiotiese deling (Meiose I) is n reduksiedeling wat twee dogterkerne voortbring met die helfte van die getal chromosome as die ouerkern. In die tweede meiotiese deling (Meiose II) verdeel elk van die haploïede dogterkerne wat deur Meiose I gevorm is om vier haploïede dogterkerne te vorm. Kyk sorgvuldig na Figuur Gedurende die eerste meiotiese deling kan chromosome uit elke homoloë paar klein deeltjies van hulle chromatiede, en gevolglik hulle gene, met mekaar uitruil. Dit word oorkruising genoem. Die punt waar die oorkruising plaasvind, word n chiasma (meervoud: chiasmata) genoem. Daar kan een of meer chiasmata langs die lengte van n chromosoom wees. Figuur 2.11 a) wys hoe n diploïede sel vier haploïede selle deur meiose vorm. Om jou te help om hierdie proses te verstaan, word die ouersel getoon met net een paar homoloë chromosome. oorkruising: die uitruiling van genetiese materiaal tussen die chromatiede van homoloë chromosome chiasma: die punt waarby die chromatiede van homoloë chromosome oor mekaar kruis a) Diploïede ouersel vaderlike chromosoom moederlike chromosoom homoloë chromosome Chromosome repliseer voor meiose chiasma susterchromatiede Eerste meiotiese deling Homoloë chromosome verdeel in verskillende selle Tweede meiotiese deling Dogterselle met net een chromosoom uit die ouersel Susterchromatiede van elke chromosoom skei b) chiasma Homoloë chromosome Chromatiede oorkruis en ruil genetiese inligting uit Chromosome het nou n nuwe kombinasie van gene Fig a) Vorming van haploïede selle deur meiose b) Oorkruising gedurende meiose 32 Onderwerp 2: Meiose

40 Lewe op molekulêre, sellulêre en weefselvlak Aktiwiteit 2.4 Leertaak susterchromatiede: die twee identiese chromatiede wat by die sentromeer aan mekaar geheg is waaruit n chromosoom bestaan bivalent: struktuur wat gedurende meiose gevorm word en uit twee gepaarde homoloë chromosome bestaan niesusterchromatiede: chromatiede van twee verskillende homoloë chromosome Gebruik die diagramme in figuur 2.11 a) en b) om jou te help om die volgende vrae te beantwoord. 1. Is die selle aan die einde van die eerste meiotiese deling dieselfde of verskillend van mekaar? (1) 2. Is die selle aan die einde van die tweede meiotiese deling dieselfde of verskillend van mekaar? (1) 3. Is die selle aan die einde van die eerste meiotiese deling haploïed of diploïed? (1) 4. Is die selle aan die einde van die tweede meiotiese deling haploïed of diploïed? (1) 5. Waarom is die tweede meiotiese deling nodig? (2) 6. Gedurende oorkruising word gene uitgeruil tussen: a) susterchromatiede of chromatiede van verskillende chromosome? (1) b) chromosome in n homoloë paar of chromosome in verskillende homoloë pare? (1) Stadiums van meiose Meiose is n voortdurende proses, maar verskillende stadiums kan geïdentifiseer word deur die gedrag van die chromosome en veranderinge in die sel by elke stadium. Bestudeer figuur 2.12 tot 2.20 wat diagramme toon van n diersel (met 2n = 4) terwyl dit die verskillende stadiums van meiose ondergaan. Langs elke stadium van meiose is n fotomikrograaf van n sel in die testes van n sprinkaan. Gedurende interfase repliseer die chromosome. Elke chromosoom bestaan uit twee geneties identiese susterchromatiede wat by hulle sentromere verbind is. In n diersel repliseer die sentriole ook. Wanneer interfase verby is, vind Meiose I plaas. sentriole repliseer kernmembraan Fig Interfase chromosome is lank en draadagtig Bron: Biophoto Association chromosome in die nukleus Eerste meiotiese deling (Meiose I) Profase I o Chromosome verdik en word sigbaar. Elke chromosoom bestaan uit twee identiese chromatiede (susterchromatiede). o Homoloë chromosome paar af. Elke homoloë chromosoompaar word n bivalent genoem omdat dit uit twee chromosome bestaan (bi- beteken twee). Een chromosoom van die paar kom van elke ouer af. o Oorkruising vind plaas tussen niesusterchromatiede van die homoloë chromosoompare. Onderwerp 2: Meiose 33

41 } o o n Spoel vorm. (In dierselle vorm die spoel tussen die sentriole wat na die teenoorgestelde pole van die sel uitmekaarbeweeg.) Die kernmembraan en kernliggaampies (nukleolusse) verdwyn. spoel vorm sentriole chiasma chiasma bivalent chromatiede kernmembraan verdwyn Fig Profase I Bron: Biophoto Association Metafase I o Homoloë chromosoompare (bivalente) versamel aan weerskante van die ekwator van die spoel, by hulle sentromere aan die spoeldrade vas. sentromeer } sentriole by pool spoeldraad ekwator van spoel bivalente versamel aan weerskante van die ekwator van die spoel Fig Metafase I Bron: Biophoto Association Anafase I o Die homoloë chromosome skei en beweeg na teenoorgestelde pole van die spoel. homoloë chromosome skei chromosome beweeg na pool homoloë chromosome beweeg na die teenoorgestelde pole Fig Anafase I Bron: Biophoto Association Telofase I o Chromosome bereik die pole van die spoel. n Haploïede stel chromosome (n = 2) is by elke pool, en elke chromosoom het steeds twee chromatiede. o Die spoel breek af. o o n Kernmembraan vorm om elke stel chromosome. Sitokinese (verdeling van die sitoplasma en sel in twee) volg en twee dogterselle word gevorm. 34 Onderwerp 2: Meiose

42 Lewe op molekulêre, sellulêre en weefselvlak Meiose I is n reduksiedeling, aangesien die kern van elke dogtersel die helfte soveel chromosome as die ouerkern het. klowingspleet verdeel sel in twee twee kerne vorm kernmembraan vorm weer spoel breek af Bron: Biophoto Association Fig Telofase I en sitokinese Tweede meiotiese deling (Meiose II) Daar is geen replikasie van die genetiese materiaal voor die tweede meiotiese deling nie. Elkeen van die haploïede kerne wat deur Meiose I voortgebring is, verdeel weer. Die gebeurtenisse van Meiose II is soortgelyk aan dié van mitose. Profase II o Die spoel vorm weer, reghoekig op die spoel van Meiose I. o Die kernmembraan verdwyn. o Elke chromosoom bestaan uit twee chromatiede wat by die sentromeer verbind is. chromatiede sentromeer kernmembraan verdwyn spoel vorm weer Fig Profase II Metafase II o Chromosome, wat aan spoeldrade geheg is, versamel afsonderlik by die ekwator van die spoel. chromosome versamel by die ekwator van die spoel chromosome op die ekwator Fig Metafase II Bron: Biophoto Association Onderwerp 2: Meiose 35

43 Anafase II o Die sentromere verdeel en die chromatiede skei. Die individuele chromosome, wat dogterchromosome genoem word, beweeg na teenoorgestelde pole van die spoel. Fig Anafase II dogterchromosome beweeg na teenoorgestelde pole dogterchromosome by teenoorgestelde pole Bron: Biophoto Association Telofase II o Chromosome bereik die pole van die spoel. n Haploïede stel chromosome (n = 2) is by elke pool. o Die spoel breek af. o n Kernmembraan vorm om elkeen van die vier stelle chromosome. o Sitokinese volg en het vier haploïede dogterselle tot gevolg wat geneties verskillend is. kernmembraan haploïede, geneties verskillende dogterselle vier kerne vorm Bron: Biophoto Association Fig Telofase II en sitokinese Die diagramme in Figuur 2.21 is n opsomming van die gebeurtenisse tydens meiose. Die ouersel word getoon met 2n = 4 en het een paar lang homoloë chromosome en een paar kort homoloë chromosome. 36 Onderwerp 2: Meiose

44 Lewe op molekulêre, sellulêre en weefselvlak Diploïede ouersel (2n = 4) Chromosome repliseer Eerste meiotiese deling Profase I Metafase I Homoloë chromosome paar af en oorkruising vind plaas Homoloë chromosome versamel weerskante van die ekwator van die spoel Anafase I Homoloë chromosome skei en beweeg na teenoorgestelde pole Vroeë telofase I Laat telofase I Tweede meiotiese deling Profase II Metafase II Chromosome versamel by die ekwator van die spoel Anafase II Telofase II en Sitokinese Chromatiede skei en dogterchromosome beweeg na teenoorgestelde pole Vier verskillende haploïede dogterselle (n = 2) Fig Gedrag van chromosome gedurende meiose Onderwerp 2: Meiose 37

45 Aktiwiteit 2.5 Leertaak 1. Noem die stadium van meiose waartydens elk van die volgende gebeurtenisse plaasvind: a) Chromosome in elke bivalent skei en beweeg na teenoorgestelde pole. b) Chromosome versamel by die ekwator as homoloë pare. c) Oorkruising vind plaas. d) Twee haploïede kerne word gevorm. e) Susterchromatiede beweeg uitmekaar. (5) 2. Bestudeer die diagram in Figuur 2.22 en beantwoord dan die vrae wat volg. a) Hoeveel van elk van die volgende is daar in die diploïede kern aan die begin van meiose? (i) chromatiede (ii) chromosome (iii) pare homoloë chromosome (iv) DNS-molekules (v) sentromere. (5) b) Skryf die nommer neer vir elk van die volgende in n gameet wat deur meiose uit die sel in Figuur 2.22 gevorm is: (i) chromatiede (ii) chromosome (iii) pare homoloë chromosome. (3) Aktiwiteit 2.6 Praktiese taak (voorgeskryf) Fig Kern van n diploïede sel aan die begin van meiose Ondersoek die stadiums van meiose Jy benodig: Mikroskoop en voorbereide mikroskoopskyfies van selle wat by verskillende stadiums van meiose is of mikrograwe of modelle van selle in verskillende stadiums van meiose. Metode: 1. Ondersoek die chromosome by Profase I in Figuur 2.13 op bladsy 34. a) Maak n skets van die chromosome in die mikrograaf. Jou skets moet duidelik en akkuraat wees. (5) b) Gee jou skets n opskrif. (1) c) Benoem enige twee strukture in jou skets. (2) d) Beskryf wat gedurende hierdie stadium van meiose met die chromosome in jou skets gebeur. (2) 2. Verwys na die hulpbronne (mikroskoopskyfies, mikrograwe of modelle) wat jy gegee is om selle op verskillende stadiums van meiotiese seldeling te ondersoek. a) Maak vir elke stadium n biologiese skets met byskrifte van die selle wat jy waarneem. (10) b) Identifiseer die stadium van meiose in jou sketse. (1) c) Skryf n kenmerk van elkeen van jou tekeninge neer wat jou gehelp het om die stadium van meiose te identifiseer. (1) 38 Onderwerp 2: Meiose

46 Lewe op molekulêre, sellulêre en weefselvlak Belangrikheid van meiose Meiose is om die volgende redes belangrik in die lewensiklus van organismes: Meiose bring gamete voort. Gamete is betrokke by geslagtelike voortplanting. Meiose verminder die chromosoomgetal van diploïed na haploïed. Meiose bring selle voort wat die helfte soveel chromosome as die ouersel het. Gamete moet die helfte soveel chromosome as n somatiese sel hê omdat die sigoot wat voortgebring word wanneer hulle kerne tydens bevrugting saamsmelt, dan die korrekte diploïede chromosoomgetal vir daardie besondere organisme sal hê. As meiose nie plaasvind nie, sal die saamsmelting van gamete veroorsaak dat die chromosoomgetal in opeenvolgende geslagte verdubbel. Meiose bevorder genetiese variasie. Oorkruising in Profase I en willekeurige segregasie van die chromosome in Meiose I verseker dat die gamete geneties verskillend is. Die nakomelinge wat deur die saamsmelting van gamete veroorsaak word, sal dus geneties verskillend wees. Genetiese variasie is belangrik om vas te stel hoe evolusie plaasvind. (Jy sal in Onderwerp 10 oor evolusie leer.) Hoe meiose tot genetiese variasie in gamete lei Twee gebeurtenisse vind gedurende meiose plaas wat daartoe lei dat die gamete wat voortgebring word geneties verskillend van mekaar en van hulle ouersel is. Wanneer die geneties verskillende gamete by bevrugting willekeurig saamsmelt, is daar selfs meer variasie in die nakomelinge. Die twee gebeurtenisse van meiose wat genetiese variasie tot gevolg het, is oorkruising en willekeurige segregasie. Oorkruising In Profase I ruil niesusterchromatiede van homoloë chromosome genetiese materiaal uit wat van albei ouers geërf is. Oorkruising word getoon in Figuur 2.11 b) op bladsy 32. Oorkruising bring nuwe kombinasies van gene op die homoloë chromosome voort en lei daartoe dat die gamete geneties verskillend is van mekaar. Willekeurige segregasie (wat ook willekeurige sortering of onafhanklike sortering genoem word) In Metafase I word die moederlike en vaderlike chromosome van die homoloë chromosoompare willekeurig (d.w.s. nie in n spesifieke volgorde nie) by die ekwator van die spoel gerangskik. Die moederlike en vaderlike chromosome kan verskillende vorme van die gene dra, byvoorbeeld gene vir donker oë en gene vir blou oë. Wanneer hierdie homoloë chromosome gedurende Anafase I skei, skei hulle onafhanklik van al die ander pare homoloë chromosome. Die ontvangs van n moederlike of vaderlike chromosoom van n homoloë paar deur n gameet is n kansgebeurtenis. Die rangskikking van moederlike en vaderlike chromosome in Metafase I bepaal watter chromosome saam na watter gamete gestuur sal word. Die eerste meiotiese deling het dus die willekeurige segregasie van moederlike en vaderlike chromosome na verskillende gamete tot gevolg. Figuur 2.23 wys wat kan gebeur as jy twee pare homoloë chromosome het. Gedurende die eerste meiotiese deling is daar twee moontlike rangskikkings van chromosome by die ekwator van die spoel. Dit het vier moontlike kombinasies van chromosome in die gamete tot gevolg. Mutasies, of skielike veranderinge in die genetiese materiaal, kan ook gamete wat anders is, voortbring. Jy sal in Onderwerp 5 oor mutasies leer. Onderwerp 2: Meiose 39

47 Eerste rangskikking Tweede rangskikking Twee moontlike rangskikkings by metafase I van meiose (oorkruising word nie getoon nie) Metafase II van meiose Sleutel: Moederlike chromosome Vaderlike chromosome Gamete Kombinasie 1 Kombinasie 2 Kombinasie 3 Kombinasie 4 Fig Willekeurige segregasie van chromosome gedurende meiose Koel feit In menslike selle met 23 pare homoloë chromosome is daar meer as agtmiljoen moontlike kombinasies van moederlike en vaderlike chromosome in die gamete. Aktiwiteit 2.7 Praktiese taak (verryking) n Model om willekeurige segregasie van chromosome te toon Jy benodig: ses pare sokkies van verskillende kleure twee pare kort sokkies van dieselfde lengte maar van verskillende kleure, twee pare lang sokkies van dieselfde lengte maar van verskillende kleure en twee pare sokkies van dieselfde mediumlengte, maar van verskillende kleure (daar moenie twee paar sokkies wees wat van dieselfde kleur is nie) koerantpapier n bol wol of tou skêr stuk papier sonder lyne kleurpotlode. Metode: 1. Maak al die sokkies vol koerantpapier en plaas die twee sokkies van elke paar bymekaar sodat hulle hakke aan mekaar raak. Gebruik tou of wol om die twee sokkies van elk van die ses pare saam te bind. Elke paar sokkies wat vasgebind is, stel n chromosoom in Profase I van meiose voor. 40 Onderwerp 2: Meiose

48 Lewe op molekulêre, sellulêre en weefselvlak Fig 2.24 Leerders wat modelle van willekeurige segregasie in meiose maak 2. Sit die pare sokkies wat ewe lank is langs mekaar. Rangskik die pare sokkies van verskillende lengtes onder mekaar op n plat oppervlak, soos in Figuur 2.24 getoon word. Dit verteenwoordig die saamgroepering van bivalente by die ekwator in Metafase I van meiose. Sit n geknoopte stuk wol of tou in n sirkel rondom die sokkies om die selmembraan voor te stel. Gebruik die kleurpotlode om die rangskikking van die sokkies in die sel te teken. 3. Skuif die pare sokkies uitmekaar en maak twee groepe sokkies. Maak die knoop in die kring van die wol of tou los en sny dit in die helfte deur. Bind die stukke wol of tou in twee ronde vorms vas en sit hulle om elke groep sokkies neer. Dit verteenwoordig die twee dogterselle aan die einde van die eerste meiotiese deling. Gebruik die kleurpotlode om die twee groepe sokkies in elk van die dogter- selle te teken. 4. Herhaal Stap 2. Sit die pare sokkies in ander moontlike rangskikkings onder mekaar neer. Herhaal Stap 3 dan vir elke moontlike rangskikking van die sokkies. Vrae 1. Wat word deur elk van die volgende in jou model voorgestel? a) een sokkie uit n paar sokkies b) twee pare sokkies wat ewe lank is c) die stuk wol of tou wat die sokkies bymekaarhou. (3) 2. Waarom moes die twee pare sokkies wat ewe lank is van verskillende kleure wees? (2) 3. Met drie homoloë pare chromosome: a) hoeveel verskillende rangskikkings van chromosome is by Metafase I van meiose moontlik? (1) b) hoeveel verskillende kombinasies van chromosome is in die dogterselle aan die einde van die eerste meiotiese deling moontlik? (1) c) hoeveel verskillende kombinasies van chromosome is in die gamete moontlik? (1) 4. Dink jy dat dit n goeie model is om willekeurige segregasie te toon? Gee redes vir jou antwoord. (3) 5. Stel een verbetering aan hierdie model voor sodat dit die gedrag van die chromosome gedurende die eerste meiotiese deling meer akkuraat sal toon. (1) Onderwerp 2: Meiose 41

49 Gevolge van abnormale meiose As meiose nie op die normale manier plaasvind nie, sal die gamete wat voortgebring word moontlik chromosomale afwykings hê soos n verandering in die chromosoomgetal of -struktuur. Chromosomale afwykings kan verskillende genetiese afwykings tot gevolg hê, byvoorbeeld Downsindroom in mense. Niedisjunksie is n soort afwyking wat gedurende meiose kan plaasvind. Niedisjunksie vind plaas wanneer homoloë chromosome nie tydens Anafase I skei nie of wanneer die susterchromatiede nie tydens Anafase II skei nie. As gevolg van niedisjunksie het die gamete wat voortgebring word, te veel of te min chromosome. niedisjunksie: wanneer chromosome gedurende die eerste of tweede meiotiese deling nie korrek skei nie Figuur 2.25 wys wat gebeur wanneer niedisjunksie van een homoloë chromosoompaar gedurende Anafase I in meiose plaasvind. Albei chromosome van die een homoloë paar beweeg na dieselfde pool toe, wat een dogtersel sonder daardie spesifieke chromosoom laat. Die selle gaan verder deur Anafase II van meiose en verdeel normaalweg, waardeur vier gamete voortgebring word. Twee gamete het een volledige stel chromosome plus een ekstra chromosoom. Die ander twee gamete kom n chromosoom kort. Metafase I niedisjunksie gedurende Anafase I Metafase II Fig Niedisjunksie gedurende Anafase I van meiose As totale niedisjunksie voorkom en die volle stel chromosome nie gedurende meiose skei nie, sal die gamete wat voortgebring word, diploïed wees, met ander woorde, elke gameet sal twee volle stelle chromosome hê. As die gamete wat deur abnormale meiose voortgebring word, deur normale gamete bevrug word, sal sigote met n abnormale chromosoomgetal gevorm word. As n gameet met n ekstra chromosoom saamsmelt met n normale haploïede gameet, het die gevolglike sigoot n ekstra (derde) chromosoom van een soort. Hierdie chromosomale afwyking word trisomie genoem. Die meeste sigote met n ekstra chromosoom oorleef nie. Mense met drie chromosome nommer 21 (trisomie-21) in hulle selle oorleef wel, maar ly aan n afwyking wat Downsindroom genoem word. Mans met drie geslagschromosome (XXY) oorleef ook, maar het Klinefelter-sindroom. (Albei hierdie sindrome sal meer breedvoerig bespreek word.) As n gameet met een minder chromosoom saamsmelt met n normale haploïede gameet, kom die gevolglike sigoot n chromosoom kort. Hierdie chromosomale afwyking word monosomie genoem. Die sel het net een kopie van n besondere chromosoom. In mense oorleef die meeste sigote wat n chromosoom kortkom nie. In mense oorleef dogtertjies wat n X-chromosoom kortkom wel, maar ly aan n afwyking wat Turner-sindroom genoem word, wat later meer breedvoerig bespreek sal word. As n diploïede gameet saamsmelt met n normale haploïede gameet, is die gevolglike sigoot triploïed, wat beteken dat dit drie volle stelle chromosome het. Hierdie chromosomale afwyking word poliploïedie genoem. Organismes met drie of meer volledige stelle chromosome in hulle selle word poliploïede genoem. Anafase II a) b) een ekstra chromosoom (n + 1) een ekstra chromosoom (n + 1) een minder chromosoom (n 1) een minder chromosoom (n 1) gamete Fig Poliploïedie laat vrugte groter word. (a) Die bosaarbei, Fragaria vesca, is diploïed (2n) met 14 chromosome. (b) Die gewone tuinaarbei, Fragaria x Ananassa, is oktoploïed (8n) met 56 chromosome. 42 Onderwerp 2: Meiose

50 Lewe op molekulêre, sellulêre en weefselvlak trisomie: n abnormale toestand waarin n diploïede sel drie kopieë van n spesifieke chromosoom in plaas van die normale twee kopieë het sindroom: n groep tekens en simptome wat op die teenwoordigheid van n afwyking dui monosomie: n abnormale toestand waarin n diploïede sel net een kopie van n spesifieke chromosoom in plaas van die normale twee kopieë het triploïed: n toestand waarin n sel drie volle stelle van chromosome bevat poliploïedie: n toestand waarin n sel meer as twee volle stelle chromosome bevat Poliploïedie is baie meer algemeen in plante as in diere. Baie plante is van nature poliploïede, byvoorbeeld mielies, aartappels en piesangs. Poliploïede plante het dikwels beter eienskappe as hulle normale, diploïede verwante. Hulle het moontlik meer saad, groter blomme en vrugte, beter opbrengs en sterker weerstand teen siektes. Iets interessant Plantkwekers kan poliploïede plante voortbring deur chemikalieë soos kolgisien te gebruik. Hierdie chemikalie keer dat spoeldrade vorm. As gevolg daarvan kan chromosome nie gedurende seldeling skei nie en het die selle wat gevorm het twee keer die totale chromosoomgetal. Hierdie tegniek om poliploïede plante voort te bring, word gebruik om verbeterde variëteite van ekonomies belangrike gewasse, soos tamaties, voort te bring. Menslike afwykings wat deur abnormale meiose veroorsaak word n Persoon met n chromosomale afwyking kan n spesifieke sindroom hê wat kenmerkend is van die afwyking. Wetenskaplikes kan die spesifieke soort afwyking voorspel deur na die persoon se kariotipe te kyk om te sien of daar enige ekstra of vermiste chromosome is. Downsindroom Downsindroom is een van die algemeenste chromosomale afwykings. Die sindroom is gewoonlik die resultaat van n ekstra chromosoom 21, sodat elke liggaamsel drie kopieë van chromosoom 21 (Trisomie-21) en n totaal van 47 chromosome het. Die ekstra chromosoom 21 is die gevolg van niedisjunksie van chromosoom 21 in een van die ouers gedurende gameetvorming. Die sperm of ovum wat voortgebring word, het dus 24 in plaas van 23 chromosome. As die gameet met twee kopieë van chromosoom 21 saamsmelt met n normale gameet met net een chromosoom 21, sal die sigoot drie kopieë van chromosoom 21 hê. Die 47 chromosome word dan in elke sel waaruit die baba se liggaam bestaan, gekopieer. Die volgende fisiese kenmerke is tipies van mense met Downsindroom: swaar gebou kenmerkende gelaatstrekke soos n platterige gesig met n klein, breë neus, klein velvoutjies aan die binnehoeke van die oë sodat dit lyk asof hulle na bo skeef loop, ore laag teen die kop en n groot tong breë hande met kort vingers en n plooi wat oor die handpalm loop n breë spasie tussen die eerste en tweede toon. Mense met Downsindroom het n groter risiko om mediese probleme te ontwikkel soos asemhalings- en oorinfeksies en kan hartdefekte hê, sowel as sig- en gehoorprobleme. Hulle kan ook verstandelik gestrem wees en stadiger ontwikkel. Onderwerp 2: Meiose 43

51 Downsindroom is n biologiese verskynsel wat natuurlik voorkom en mense van enige ras, geslag en sosio-ekonomiese status affekteer. Downsindroom kom in alle menslike bevolkings voor. n Persoon met enige gestremdheid, insluitend Downsindroom, moet in die samelewing aanvaar word en met waardigheid en respek behandel word. In Suid-Afrika raak Downsindroom omtrent een uit elke vyfhonderd babas wat gebore word. Die risiko om n kind met Downsindroom te hê, neem toe volgens die ouderdom van die moeder, veral ná 35. Sekere toetse stel dokters in staat om Downsindroom voor geboorte in n fetus te ontdek. Jy sal in Onderwerp 4 meer oor hierdie toetse leer. Hierdie toetse word gewoonlik gedoen op ouer moeders, wie se babas n groter kans het om met Downsindroom gebore te word. Sperm with a normal number of 23 chromosomes (only one chromosome number 21) Egg with 24 chromosomes (two chromosomes number 21) Fertilised egg with 47 chromosomes (three chromosomes number 21) Koel feit Fig Kenmerkende gelaatstrekke van Downsindroom Downsindroom is vernoem na die Britse dokter John Langdon Down, wat hierdie toestand in 1866 beskryf het. Die oorsaak van Downsindroom was onbekend tot die 1950 s, toe navorsers die ekstra chromosoom nommer 21 geïdentifiseer het. In die meeste gevalle van Trisomie-21 kom die addisionele chromosoom van die moeder se ovum af eerder as van die vader se sperm af. Fig Kariotipe van n vrou met Downsindroom 44 Onderwerp 2: Meiose

52 Lewe op molekulêre, sellulêre en weefselvlak Aktiwiteit 2.8 Leertaak Teken en interpreteer n grafiek oor Downsindroom Die inligting in die tabel is verkry van vier Suid-Afrikaanse hospitale in n stedelike gebied. Tabel 2.2 Die voorkomssyfer van babas wat met Downsindroom gebore is vir moeders van hoër ouderdomme in Suid-Afrika Ouderdom van moeder (jare) Aantal babas gebore met Downsindroom (per geboortes) 20 0,7 25 0,9 30 1,1 35 2, , ,0 Teken n lyngrafiek van die data in die tabel. (10) Vrae 1. Beskryf die verwantskap tussen die ouderdom van die moeder en die voorkomssyfer van Downsindroom. (2) 2. Van watter ouderdom af loop moeders n hoë risiko om geboorte te gee aan n baba met Downsindroom? (1) 3. Ongeag die moeder se ouderdom is die aantal fetusse wat verwek word met Downsindroom groter as die aantal babas wat gebore word met hierdie genetiese afwyking. Gee n rede hiervoor. (1) 4. Hoe sou jy hierdie studie verbeter om akkurater inligting te verkry? (3) Klinefelter-sindroom Fig Klinefelter-sindroom kan gediagnoseer word deur gebruik te maak van n kariotipe. Klinefelter-sindroom is n abnormaliteit van die geslagschromosome wat manlike seksuele ontwikkeling aantas. Omdat mans met Klinefeltersindroom nie genoeg van die hormoon testosteroon vervaardig nie, het hulle dikwels fisiese eienskappe soos klein testes en minder baard- en liggaamshare as normale mans. Die meeste mans met Klinefeltersindroom vervaardig nie genoeg sperm nie en sal moontlik nie n kind natuurlik kan verwek nie. Mans met Klinefelter-sindroom kan meer borsweefsel as normaal ontwikkel, langer as normaal word en meer gerond wees met minder spiermassa. Onderwerp 2: Meiose 45

53 Die meeste mans met Klinefelter-sindroom het een ekstra kopie van die X-chromosoom in elke sel (XXY) en n totaal van 47 chromosome in al hulle selle. Die ekstra X-chromosoom is die gevolg van niedisjunksie van die geslagschromosome in een van die ouers gedurende gameetvorming. Wanneer n gameet met twee geslagschromosome (XX of XY) saamsmelt met n normale gameet met óf n X-chromosoom óf n Y-chromosoom, kan die sigoot drie kopieë van die geslagschromosome (XXY) hê in plaas van die normale twee (XY). Die ekstra chromosoom word dan in elke somatiese sel gekopieer. Turner-sindroom Turner-sindroom ontstaan as gevolg van n afwyking van die geslagschromosome. Bestudeer die kariotipe in Figuur Daar is 45 in plaas van 46 chromosome, en net een X-chromosoom (monosomie-x). Die tweede X-chromosoom is nie daar nie. Dit het gebeur omdat n abnormale gameet, wat n geslagschromosoom kortgekom het, saamgesmelt het met n normale gameet wat n X-chromosoom gehad het. Die geslagschromosoom in die abnormale gameet was nie daar nie, as gevolg van niedisjunksie gedurende meiose. Fig Kariotipe van n meisie met Turner-sindroom Mense wat Turner-sindroom het, ontwikkel as vroulik, maar hulle groei en seksuele ontwikkeling is aangetas. Tipiese simptome van Turner-sindroom is n kort en stewige bou, n gewebde nek met ekstra velplooie, n lae haarlyn agter teen die nek en geswelde hande en voete. Hulle ovaria ontwikkel nie normaal nie en hulle is gewoonlik onvrugbaar. 46 Onderwerp 2: Meiose

54 Eenheid 3 Vergelyking van mitose met meiose Lewe op molekulêre, sellulêre en weefselvlak Ooreenkomste en verskille tussen mitose en meiose Mitose en meiose is verskillende soorte kerndeling wat in die selle van lewende organismes plaasvind. DNS-replikasie vind plaas gedurende interfase voordat mitose en meiose begin. Dogterselle word voortgebring deur sitokinese wat plaasvind nadat die kern verdeel het. Mitose Meiose Profase Ouersel (voor replikasie van chromosome) MEIOSE I Profase I susterchromatiede Chromosome repliseer chiasma Chromosome repliseer } homoloë chromosome paar af en oorkruising vind plaas Metafase Metafase I Chromosome versamel afsonderlik by die ekwator van die spoel Homoloë chromosoompare versamel by die ekwator van die spoel Anafase Susterchromatiede skei en beweeg as dogterchromosome na teenoorgestelde pole Homoloë chromosome skei Anafase I chromatiede Telofase en sitokinese Haploïede dogterselle (n = 3) Telofase I en sitokinese Identiese dogterselle Susterchromatiede skei gedurende Anafase II Fig Verskille tussen die gebeurtenisse tydens mitose en meiose MEIOSE II Haploïede, nie-identiese dogterselle Onderwerp 2: Meiose 47

55 Ooreenkomste tussen mitose en meiose Albei prosesse behels verdeling van die kern. Albei prosesse kan in die volgende stadiums verdeel word: o profase o metafase o anafase o telofase. Verskille tussen mitose en meiose Bestudeer Figuur 2.32 en vergelyk die gedrag van die chromosome gedurende mitose en meiose. Bestudeer dan Tabel 2.3 wat beskryf hoe mitose van meiose verskil. Tabel 2.3 Verskille tussen mitose en meiose Ligging waar die proses plaasvind Doel van die proses Dogterselle voortgebring Mitose Somatiese selle van diere, bv. die epidermis van die vel Sigoot (sal n embrio en volwasse organisme vorm) Meristematiese weefsel van plante Gametofiet van plante (sal gamete vorm) Voortbrenging van dogterselle met dieselfde chromosoomgetal en -soort as die ouersel Vind plaas tydens: o groei van n sigoot in n veelsellige organisme o groei en herstel van weefsels o ongeslagtelike voortplanting o voortbrenging van gamete in plante soos mosse en varings Twee dogterselle voortgebring uit n ouersel Dogterselle identies aan mekaar en aan ouersel Dogterselle het dieselfde chromosoomgetal as die ouersel, bv. (2n 2n of n n) Meiose Ovaria en testes van diere (sal gamete vorm) Sporangia in helmknoppe en saadknoppe van blomplante (sal spore vorm) Sporangia van mosse en varings (sal spore vorm) Voortbrenging van dogterselle met die helfte soveel chromosome as die ouersel. Dit keer dat die chromosoomgetal van een geslag na die volgende verdubbel Vorm haploïede gamete (sperm en ovum) in diere vir geslagtelike voortplanting Vorm haploïede spore in blomplante, mosse en varings Lei tot genetiese variasie in die dogterselle Vier dogterselle voortgebring uit n ouersel Dogterselle verskil van mekaar en van ouersel (as gevolg van oorkruising en willekeurige segregasie van die homoloë chromosome) Dogterselle het helfte soveel chromosome as die ouersel meiose is n reduksiedeling (2n n) 48 Onderwerp 2: Meiose

56 Lewe op molekulêre, sellulêre en weefselvlak Aantal verdelings Voltooi ná een verdeling Voltooi ná twee verdelings Meiose I en Meiose II Gedrag van chromosome Profase Homoloë chromosome paar nie af nie, geen oorkruising of uitruiling van genetiese materiaal vind tussen chromosome plaas nie Metafase Chromosome versamel afsonderlik by die ekwator van die spoel Anafase Sentromeer verdeel; identiese chromatiede skei en beweeg as dogterchromosome na teenoorgestelde pole Profase I Homoloë chromosome paar af, oorkruising en uitruiling van genetiese materiaal vind tussen chromosome plaas Metafase I Chromosome versamel in hulle homoloë pare weerskante van die ekwator van die spoel Anafase I Nie-identiese chromosome van n homoloë paar skei en beweeg na teenoorgestelde pole; chromatiede bly bymekaar Telofase Albei homoloë chromosome teenwoordig in elk van die twee dogterselle. Telofase I Net een van elke paar homoloë chromosome is in elk van die twee dogterselle teenwoordig. Aktiwiteit 2.9 Leertaak 1. Sê of elk van die stellings hieronder na mitose, na meiose of na mitose sowel as meiose verwys. Skryf mitose, meiose of albei langs die gepaste letter. a) Aan die begin van kerndeling bestaan elke chromosoom uit twee chromatiede. b) Die chromosoomgetal bly dieselfde. c) Chromosome rangskik hulle in pare in die omgewing van die ekwator. d) Chromatiede word uitmekaargetrek. e) Oorkruising kan tot genetiese variasie lei. f) Gamete word gevorm. g) Twee dogterselle vorm uit n ouersel. h) Die proses is n reduksiedeling. (8) 2. Die relatiewe hoeveelhede DNS is gemeet in n sel van n helmknop van n plant gedurende seldeling. Die resultate word in die grafiek op die volgende bladsy getoon. Bestudeer die grafiek en beantwoord die vrae wat volg. Onderwerp 2: Meiose 49

57 DNS-inhoud/ kern Tyd Fig Grafiek van die DNS-inhoud van n sel a) X op die grafiek stel interfase voor voordat die sel verdeel. Verwys na die grafiek en beskryf wat gedurende interfase met die DNS-inhoud van die sel gebeur. (2) b) Verduidelik die verandering in die hoeveelheid DNS by Y en Z op die grafiek. (2) c) Watter soort kerndeling (mitose of meiose) word deur die grafiek voorgestel? (1) d) Gee n rede vir jou antwoord in c). (2) Meer vrae oor meiose 1. Gee die korrekte woord of term vir elk van die volgende: a) n organisme met meer as twee haploïede stelle chromosome b) die stadium waartydens chromatiede genetiese materiaal gedurende meiose uitruil c) verdeling van die sitoplasma wat plaasvind nadat die kern verdeel het d) die soort seldeling wat geslagselle in diploïede organismes voortbring e) die vroulike geslagsorgaan in mense waar meiose plaasvind f) die volledige chromosoomgetal in die kern van n diploïede sel in pare gerangskik volgens grootte en vorm g) n paar chromosome van dieselfde grootte wat van elk van die ouers af kom h) wanneer chromosome gedurende anafase van Meiose I nie skei nie i) n afwyking in mense wat ook as Trisomie-21 bekend staan j) n deel van n chromosoom waar die chromatiede bymekaargehou word. (10) 2. Bestudeer die diagramme in Figuur 2.34 wat die verskillende stadiums van meiose verteenwoordig in n sel met n diploïede getal van vier. a) Identifiseer die stadium van meiose verteenwoordig in: (i) Diagram 1 (1) (ii) Diagram 2. (1) b) Die diagramme is nie in die regte volgorde nie. Skryf die nommers van die diagramme neer om die korrekte volgorde te toon waarin die stadiums voorkom. (2) 50 Onderwerp 2: Meiose

58 Lewe op molekulêre, sellulêre en weefselvlak X Diagram 1 Diagram 2 Diagram 3 Diagram 4 Fig Verskillende stadiums gedurende meiotiese seldeling c) Skryf die nommer(s) van die diagram(me) van die stadium(s) neer wat gedurende die tweede meiotiese deling plaasvind. (1) d) Bied drie verskille tussen die gebeurtenisse van die eerste en tweede meiotiese delings in n tabel aan. (7) e) Noem die proses wat by X in Diagram 2 plaasvind. (1) f) Is die sel in Diagram 4 haploïed of diploïed? (1) g) Gee n rede vir jou antwoord op (f). (2) h) Verduidelik twee maniere waarop meiose biologies belangrik is. (4) 3. Bestudeer die diagramme in Figuur 2.35 a) en b) en beantwoord die vrae wat volg. a) B A C b) D Fig 2.35 a) Diagram wat n fase van meiose in n diersel voorstel b) Diagram wat twee van die selle toon wat gevorm kan word uit die diersel ná meiose plaasgevind het a) Sou jy strukture wat A gemerk is met die blote oog of met n mikroskoop kan sien? (1) b) Noem een manier waarop die chromosome wat A gemerk is: (i) eenders is (ii) verskillend is. (2) c) Benoem dele B, C en D. (3) d) Hoeveel chromosome word in die diagram in Figuur 2.35 a) getoon? (1) Onderwerp 2: Meiose 51

59 e) Hoeveel chromosome is daar in elke sel aan die einde van meiose? (1) f) Watter fase van meiose word in Figuur 2.35 a) getoon? (1) g) Gee n rede vir jou antwoord in (f). (2) h) Figuur 2.35 (b) wys twee van die selle wat aan die einde van meiose uit die diersel gevorm kan word. Skets die oorblywende selle op n soortgelyke manier. Moenie byskrifte insluit nie. (4) 4. Meiose is n proses van kerndeling wat gamete vorm. Beskryf die meganismes wat tot genetiese variasie in die gamete lei. Beskryf ook hoe Downsindroom deur foutiewe meiose veroorsaak word. Let wel: Geen punte sal vir antwoorde in die vorm van vloeikaarte of diagramme toegeken word nie. Inhoud (17) Sintese (3) [20] 52 Onderwerp 2: Meiose

60 Lewe op molekulêre, sellulêre en weefselvlak Opsomming Meiose is n soort kerndeling wat gedurende die voortbrenging van haploïede gamete in diere of spore van mosse en varings plaasvind. Meiose is n reduksiedeling, aangesien dit die chromosoomgetal in die kern halveer. Dit hou die chromosoomgetal van een geslag tot die volgende konstant by organismes wat geslagtelik voortplant. Meiose bestaan uit twee verdelings. Elke verdeling word in die volgende stadiums verdeel: profase, metafase, anafase en telofase. In die eerste meiotiese deling skei die homoloë chromosome en gaan na verskillende selle. In die tweede meiotiese deling gaan die chromatiede van elke chromosoom na verskillende selle. Verdeling van die sitoplasma (sitokinese) volg op kerndeling (kariokinese) en het tot gevolg dat vier haploïede dogterselle uit n enkele diploïede sel voortgebring word. Die haploïede selle wat deur meiose voortgebring word, is geneties verskillend van mekaar en van die ouersel. Genetiese variasie van die gamete is die gevolg wanneer die uitruiling van genetiese materiaal (oorkruising) tussen die niesusterchromatiede van homoloë chromosome in Profase I en die willekeurige segregasie van die moederlike en vaderlike chromosome van n homoloë paar in die eerste meiotiese deling plaasvind. Selle met n abnormale chromosoomgetal kan deur abnormale meiose veroorsaak word. n Abnormale chromosoomgetal kan die resultaat wees wanneer n normale gameet saamsmelt met n gameet wat, as gevolg van niedisjunksie gedurende meiose, óf twee kopieë van n chromosoom het of geen kopieë van n chromosoom het nie. n Persoon met selle wat n abnormale chromosoomgetal het, kan n genetiese afwyking hê, soos Downsindroom (Trisomie-21), Klinefelter-sindroom (XXY) of Turner-sindroom (XO). Poliploïedie, n toestand waarin selle meer as twee volle stelle chromosome het, kan ontstaan as gevolg van algehele niedisjunksie van chromosome gedurende gameetvorming. Mitose, n ander soort kerndeling, verskil van meiose, aangesien dit identiese dogterselle met dieselfde chromosoomgetal en -soort as die ouersel voortbring. Mitose is nodig vir groei, ongeslagtelike voortplanting en die vervanging van beskadigde of ou selle. Onderwerp 2: Meiose 53

61 Onderwerp3 Voortplanting by gewerweldes Waaroor jy in hierdie onderwerp gaan leer uitwendige en inwendige bevrugting oviparie, ovoviviparie, viviparie amniotiese eiers jonkselfstandige en altrisiële ontwikkeling ouersorg. Kom ons praat oor hierdie onderwerp Die vermoë om voort te plant is een van die sewe eienskappe van n lewende organisme. Gewerwelde diere plant geslagtelik voort. Geslagtelike voortplanting het die voordeel dat dit genetiese diversiteit behou. Geslagtelike voortplanting is egter nie sonder sy probleme nie. Suksesvolle geslagtelike voortplanting het n mannetjie en wyfie nodig, n vloeistofmedium en voeding vir die ontwikkelende nakomeling. In hierdie foto sien jy al drie vereistes n mannetjiespadda en n wyfiepadda wat in die water voortplant. Die volwasse paddas is omring deur hulle eiers, wat n buitelaag van jellie het om die ontwikkelende nakomelinge te beskerm en te voed. Vir diere wat geslagtelik voortplant, is die eerste struikelblok om n manier te vind om die ovum en sperm bymekaar te laat kom. Dan het die volgende geslag ook n voedselbron en beskerming teen die omgewing nodig terwyl hulle ontwikkel. Hoe kry diere dit alles reg? In hierdie onderwerp sal jy leer oor die onderskeie maniere en opsies waarvan werweldiere gebruik maak om te verseker dat hulle suksesvol voortplant. 54 Onderwerp 3: Voortplanting by gewerweldes

62 Lewensprosesse in plante en diere Wat jy reeds weet In vorige grade het jy oor die voortplantingsmetodes van verskeie organismes geleer. Eensellige organismes plant meestal ongeslagtelik voort. Hulle doen dit deur eenvoudige mitotiese seldeling te ondergaan. Hierdie proses word tweedeling genoem. Protista, soos die eensellige protosoön Amoeba, plant ongeslagtelik deur tweedeling voort, maar slegs wanneer toestande gunstig is vir oorlewing. Ongeslagtelike voortplanting is vinnig en doeltreffend, aangesien geen maats gevind hoef te word nie en geen hofmakery nodig is nie. Die bevolkings van organismes wat deur middel van tweedeling voortplant, kan baie vinnig toeneem, wat hulle in staat stel om die gunstige toestande ten volle te benut. Die tekortkoming van ongeslagtelike voortplanting is dat die nakomelinge nie genetiese diversiteit het nie. Wanneer toestande vir oorlewing ongunstig raak, plant organismes wat gewoonlik ongeslagtelik voortplant, eerder geslagtelik voort. As gevolg van geslagtelike voortplanting word n weerstandbiedende sigospoor gevorm. Binne-in die sigospoor is die embrio goed beskerm teen ongunstige omgewingstoestande. Daarbenewens sal nuwe genetiese kombinasies gevorm word. Organismes wat onder ongunstige toestande geslagtelik voortplant, sluit bakterieë, Hydra, swamme en wiere (wiere is outotrofiese Protista) in. gamete: geslagselle, met ander woorde ova en sperm Geslagtelike voortplanting vind plaas wanneer gespesialiseerde geslagselle, wat gamete (ova en spermselle) genoem word, saamsmelt en n enkele sel vorm, wat n sigoot genoem word. Dit is uit hierdie sigoot dat die nuwe organisme met sy eie unieke genetiese kombinasie sal ontwikkel. Toets myself 1. Wat is die doel van voortplanting? 2. Wat word met geslagtelike voortplanting bedoel? 3. Noem drie voordele van ongeslagtelike voortplanting bo geslagtelike voortplanting. 4. Wat is die grootste nadeel van ongeslagtelike voortplanting? 5. Noem drie vereistes vir suksesvolle geslagtelike voortplanting. 6. Wat is gamete? 7. Watter soort seldeling bring gamete in diere voort? Onderwerp 3: Voortplanting by gewerweldes 55

63 Eenheid 1 Diversiteit van voortplantingstrategieë Uitwendige of inwendige bevrugting Werweldiere plant geslagtelik voort. Vir werweldiere om suksesvol voort te plant, moet bevrugting plaasvind. Om dit te bereik, moet die ovum en sperm van n wyfie en mannetjie bymekaargebring word. Een van die probleme om die sperm en ovum in gewerwelde landdiere bymekaar te bring, is dat sperm na die ovum toe swem. Daarvoor is n vloeistofmedium nodig. Gewerwelde landdiere moet hulle eie vloeistofmedium skep en sorg dat hierdie vloeistof nie aan uitdroging in die omgewing blootgestel word nie. Dit het tot die ontwikkeling van inwendige bevrugting gelei. In gewerwelde waterdiere wat n deel van of hulle hele lewensiklus in die water deurbring, veroorsaak swemmende sperm nie n probleem nie. Die omringende water voorsien die vloeistof wat die sperm nodig het en bevrugting kan buite die dier se liggaam plaasvind. Uitwendige bevrugting bevrugting: die saamsmelting van die kern van n spermsel met dié van n ovum om n sigoot te vorm landdier: dier wat op droë grond lewe Manlike vis wag om sperm oor eiers te versprei. Vroulike vis lê eiers. Die meeste werweldiere wat in die water lewe, maak gebruik van uitwendige bevrugting. Visse en amfibieë is die twee klasse werweldiere wat van hierdie bevrugtingsmetode gebruik maak. Uitwendige bevrugting vind buite die liggaam van die dier plaas. Die manlike en vroulike gamete word in die water vrygestel. Die spermselle swem na die ovum toe of word deur waterstrome na die ovum vervoer. Gedurende uitwendige bevrugting is fisiese kontak tussen die mannetjie en die wyfie nie nodig nie (sien Figuur 3.1). Die kans op suksesvolle bevrugting neem toe wanneer die mannetjie en die wyfie hulle in dieselfde onmiddellike omgewing bevind. Die een of ander vorm van hofmakery is nodig om die geslagte na mekaar aan te trek. Voorbeelde van hierdie hofmakery sluit paddas in wat kwaak (sien Figuur 3.2), visse wat van kleur verander en selfs massa- uitwendige bevrugting wat op n sekere tyd van die jaar met volmaan plaasvind. Die eiers is sag en het nie n dop nie; gevolglik kan die sperm maklik in die eiers indring. Die eiers moet in water of n klam omgewing bly, anders sal hulle uitdroog omdat hulle nie n harde, beskermende dop het nie. Baie eiers word in die water gelê en deur n slymerige, jellieagtige stof omring. Die jellie beskerm die ontwikkelende embrio en laat gaswisseling (soos van suurstof) tussen die embrio en die omringende water toe. Fig. 3.1 n Mannetjie- en wyfievis swem in sirkels om mekaar terwyl hulle hulle eiers en sperm vrystel. Hierdie gedrag word kuitskiet genoem. Fig. 3.2 n Mannetjiepadda kwaak om n wyfie in sy gebied in te lok. Wanneer die wyfie daar aankom, klim hy op haar rug en bly daar terwyl sy eiers vrystel en hy sperm oor die eiers vrystel. 56 Onderwerp 3: Voortplanting by gewerweldes

64 Lewensprosesse in plante en diere Uitwendige bevrugting kan n redelik lukrake metode wees. Baie eiers word nie bevrug nie. Om hiervoor te vergoed en die waarskynlikheid van suksesvolle bevrugting groter te maak, word geweldige hoeveelhede eiers en sperm voortgebring. Inwendige bevrugting Fig. 3.3 Kopulerende olifante die mannetjie gebruik sy penis om semen in die wyfie oor te plaas. Werweldiere wat op land lewe, maak gebruik van inwendige bevrugting, met ander woorde bevrugting wat binne-in die liggaam van die wyfie plaasvind. Die swemmende spermselle word voorsien van n vloeistofmedium, wat semen genoem word, waarin hulle na die eier kan swem. Die sperm moet direk in die wyfie se liggaam geplaas word sodat dit nie in die omgewing sal uitdroog nie. Nabye fisiese kontak tussen die mannetjie en die wyfie is nodig om suksesvolle inwendige bevrugting teweeg te bring. Dit sal soms baie hofmaakgedrag behels. Gedurende kopulasie word die semen binne-in die liggaam van die wyfie gestort deur n orgaan wat die penis genoem word (Figuur 3.3). kopulasie: geslagsomgang of paring oviparie: eiers word gelê en nakomelinge broei uit wanneer hulle ten volle ontwikkel het Inwendige bevrugting is n baie sekerder manier van bevrugting. Gevolglik hoef baie minder ova voortgebring te word as by uitwendige bevrugting. Aktiwiteit 3.1 Leertaak 1. Noem een nadeel van uitwendige bevrugting. (1) 2. Noem een voordeel en een nadeel van inwendige bevrugting. (2) 3. Waarom het gewerwelde landdiere n penis nodig? (2) 4. Waarom is hofmaakgedrag by visse nodig vir uitwendige bevrugting? (3) 5. Hoe word die vrystelling van gamete in paddas gekoördineer? (3) 6. Hoe word eiers wat in water gelê word, gewoonlik beskerm? (1) 7. Wat is semen, en hoe is dit anders as sperm? (3) Oviparie, viviparie en ovoviviparie Wanneer n ovum suksesvol bevrug is, word n sigoot gevorm. Die sigoot ontwikkel in n embrio. In gewerwelde landdiere het die embrio die een of ander vorm van beskerming teen die omgewing nodig terwyl dit ontwikkel, sowel as n voedselbron. Daar is drie moontlike maniere waarop daar in die behoeftes van die ontwikkelende embrio voorsien kan word, naamlik deur middel van oviparie, viviparie en ovoviviparie. Oviparie Fig. 3.4 n Wyfieskilpad lê eiers in n nes wat sy in die sand gegrawe het. Die eiers val nogal ver in die gat, maar omdat die dop leeragtig is, breek dit nie. Oviparie kom van die Latynse woorde ovum (eier) en parus (om gebore te word). Oviparie verwys dus na diere wat eiers lê. Ovipare diere lê eiers nadat die ova binne-in die wyfie se liggaam bevrug is. Onderwerp 3: Voortplanting by gewerweldes 57

65 Die embrio ontwikkel binne-in die eier en word deur die eierdop teen die omgewing beskerm. Die dop vorm eers nadat bevrugting plaasgevind het. In reptiele is die dop leeragtig (sien Figuur 3.4); in voëls word dit deur kalsiumkarbonaat verhard. Die eiers van waterdiere word buite die wyfie se liggaam bevrug en word gewoonlik deur n jellieagtige stof omhul en beskerm. Die eiers bevat dooier wat ryk is aan voedingstowwe waardeur die embrio gedurende sy ontwikkeling gevoed word. Wanneer die kleintjies ten volle ontwikkel het, broei hulle uit die eier uit. Die meeste visse, amfibieë, reptiele en voëls is ovipaar. Viviparie Viviparie kom van die Latynse woord vivi (om te lewe). Die woord vivipaar beskryf diere waarvan die nakomelinge lewend gebore word wanneer hulle ten volle ontwikkel het. In hierdie diere ontwikkel die kleintjies binne-in die moeder en word hulle deur haar liggaam beskerm terwyl hulle ontwikkel. Die moeder voorsien ook voeding aan haar ongebore kleintjies deur Fig. 3.5 n Wildebees is vivipaar omdat dit lewende kleintjies kry. middel van die plasenta. (Jy sal in Onderwerp 4, Menslike voortplanting, meer oor die rol van die plasenta leer om ongebore kleintjies te onderhou.) Viviparie word omtrent uitsluitlik onder soogdiere aangetref (sien Figuur 3.5). Daar is egter n paar ander vivipare werweldiere, byvoorbeeld skerpioene en n soort skink ( n gladde akkedis). viviparie: lewende nakomelinge word gebore ovoviviparie: eiers word gevorm, maar word nie gelê nie. Hulle bly eerder binne-in die wyfie se liggaam en broei daar uit. Dan word die kleintjies lewend voortgebring (gebore) plasenta: n tydelike orgaan wat die ontwikkelende fetus met die uteruswand verbind om die opname van voedingstowwe, die afskeiding van afvalstowwe en gaswisseling via die moeder se bloed toe te laat Ovoviviparie Die woord ovoviviparie is n kombinasie van ova en vivi. Ovoviviparie kan as n kombinasie van oviparie en viviparie beskou word. In ovoviviparie word eiers voortgebring en bevrug, maar dit bly binne die moeder se liggaam. Die ontwikkelende kleintjies word deur die dooier in die eier gevoed. Die eiers broei binne-in die moeder se liggaam uit en die kleintjies kom Fig. 3.6 n Slang skenk geboorte aan haar kleintjies dan lewend uit die moeder se liggaam (sien Figuur 3.6). Dit laat dit lyk asof die kleintjies lewend gebore word. Party slange, akkedisse, haaie en visse is ovovivipaar. Ovoviviparie stel die wyfie in staat om haar eiers se kans op oorlewing te verbeter en hulle beter te beskerm, veral teen predasie. Hierdie metode van voortplanting is egter baie swaarder op die moeder se liggaam. 58 Onderwerp 3: Voortplanting by gewerweldes

66 Lewensprosesse in plante en diere Koel feit In haaie sal die kleintjies enige onbevrugte eiers, en selfs mekaar, eet terwyl hulle nog in die moeder is. Dit verminder die aantal kleintjies wat uiteindelik oorleef. amniotiese eier: n eier met n waterdigte amniotiese membraan buite-om n ruimte wat met vloeistof gevul is, waarin die embrio ontwikkel chalazae: dik, gedraaide proteïendrade in die albumien wat die dooier in die dik eierwit anker Aktiwiteit 3.2 Leertaak 1. Verduidelik die verskil tussen viviparie en ovoviviparie. Gee n gepaste voorbeeld van elkeen. (6) 2. Watter moontlike voordeel het ovoviviparie bo oviparie? (3) 3. Krokodille is ovipaar. Watter soort dop verwag jy sal hulle eiers hê? Gee n rede vir jou antwoord. (2) 4. Werweldiere maak gebruik van een van drie metodes om die volgende geslag in die wêreld te bring. Elk van hierdie metodes het sy voordele en sy nadele. Noem en beskryf elkeen van die drie metodes. Skryf n opstel waarin jy die voordele en nadele van elke metode volledig bespreek. Voorsien ook spesifieke voorbeelde wat elke metode toelig. Feite (17) Sintese (3) [20] Amniotiese eiers dooier chalaza albumien Ovipare werweldiere het n amniotiese eier. Amniotiese eiers bevat etlike membrane wat die embrio omring. (Die verskillende membrane sal hieronder genoem en meer breedvoerig bespreek word.) Die een wat die embrio direk omsluit, word die amnion genoem. Dit bring n vloeistof voort waarin die embrio dryf terwyl dit ontwikkel. n Amniotiese eier word deur n dop omring sodat dit nie sal uitdroog nie. Dit is n groot voordeel vir landdiere. Fig. 3.7 n Onontwikkelde amniotiese eier wat uit sy dop verwyder is. dop dun albumien chalaza dik albumien kiemskyf dooiervlies dooier chalaza binneste dopvlies buitenste dopvlies lug Fig. 3.8 Diagram wat die struktuur van n onontwikkelde amniotiese eier toon n Onontwikkelde eier wat pas gelê is, bevat die dele wat in figuur 3.7 en 3.8 getoon word. Die eier word deur n dop aan die buitekant beskerm. Die dop kan taai en leeragtig wees (bv. in reptiele) of dit kan hard wees as gevolg van die teenwoordigheid van kalsiumsoute soos kalsiumkarbonaat (bv. in voëls). Al is die dop waterdig, laat dit gasse soos suurstof en koolsuurgas deur. Een punt van die eier is stomp met n lugsel net onder die dop. Hierdie lugsel help met gaswisseling in en uit die eier. Die binnekant van die eier is vol albumien, n sagte, loperige stof, ryk aan proteïen wat water aan die embrio voorsien. Albumien is die wit van die eier. In die albumien is daar n groot geel dooier wat as die voedselvoorraad vir die ontwikkelende embrio dien. Die dooier word ondersteun deur dik, gedraaide drade albumien wat chalazae (enkelvoud: chalaza) genoem word. Op die oppervlak van die dooier is daar n klein, bleek kolletjie: die kiemskyf. Dit is waar die embrio sal ontwikkel. Onderwerp 3: Voortplanting by gewerweldes 59

67 Die doel van die chalazae is om die dooier in die dik eierwit te anker. Dit hou die dooier van die eier aan die dopvlies vas en laat die dooier toe om te draai en om die kiemskyf aan die bokant van die dooier, naaste aan die hen se liggaam, te hou. Dit is belangrik in voëleiers wat deur die ouers warm gehou word. Een van die ouervoëls sal die eiers uitbroei. As die eiers te koud word, sal die embrio nie oorleef nie. Ná n tyd van ontwikkeling lyk die binnekant van die eier ietwat anders, soos in Figuur 3.9 getoon word. uitbroei: om op eiers te sit sodat hulle by n gepaste temperatuur sal bly om te kan ontwikkel embrio amnion leeragtige dop chorion Fig. 3.9 n Reptieleier met n ontwikkelende embrio allantoïs dooiersak Vliese in amniotiese eiers Binne-in die eier is n reeks vliese wat met vloeistof gevul is. Elke vlies speel n rol in die suksesvolle ontwikkeling van die embrio. Die vliese is: die amnion, wat die embrio omring en met vrugwater gevul is om as skokdemper vir die embrio te dien die allantoïs, wat afvalprodukte van die embrio af wegvoer. Hierdie vlies ontwikkel baie bloedvate wat dit in staat stel om gasse te vervoer wat uit die lugsel geabsorbeer word die dooiersak, n vetryke voedselbron vir die embrio die chorion, wat al die ander vliese omring. Aktiwiteit 3.3 Leertaak Bestudeer Figuur 3.10 en beantwoord dan die vrae wat volg. 1 4 X Y B 2 A E Fig n Amniotiese eier C D 3 60 Onderwerp 3: Voortplanting by gewerweldes

68 Lewensprosesse in plante en diere 1. Benoem elkeen van die vliese wat 1, 2, 3 en 4 genommer is. (4) 2. Watter gasse word onderskeidelik deur X en Y verteenwoordig? (2) 3. Gee die naam en letter van die deel wat: a) ryk is aan vet (2) b) ryk is aan proteïen. (2) 4. B is n embrio. Noem die maniere op waarop die eier dit beskerm. (7) 5. Uit watter deel van die dooier ontwikkel die embrio? (1) 6. Beskryf die tekstuur van C, as jy aanneem dat dit n voëleier is. (2) 7. Wat sou jy verwag om in streek E te vind? (1) Aktiwiteit 3.4 Praktiese taak (verryking) altrisiële: kan ná geboorte of uitbroeiing nie op sy eie rondbeweeg nie jonkselfstandige: kan direk ná geboorte of uitbroeiing beweeg en het n mate van onafhanklikheid direk ná geboorte of uitbroeiing Ondersoek n eier Breek n rou eier oop en plaas dit in n glasbak. Identifiseer die strukture. Maak n eenvoudige diagram met byskrifte om te toon hoe jy dink n lengtedeursnit van die eier sou lyk. (10) Jonkselfstandige en altrisiële ontwikkeling Wanneer die volgende geslag (nakomelinge) van n spesie die ontwikkelingstadium oorleef het en óf gebore óf uitgebroei is, moet dit tot volwassenheid oorleef. Die onmiddellike probleem is om te oorleef wanneer dit pas uitgebroei het of gebore is. Dit is n tyd wanneer organismes besonder vatbaar is vir predasie. Hierdie uitdaging kan op verskillende maniere oorkom word. Daar is twee soorte ontwikkeling, naamlik altrisiële ontwikkeling en jonkselfstandige ontwikkeling, wat n invloed het op die kanse van pasgebore of pas uitgebroeide diere. Altrisiële ontwikkeling Die woord altrisieel beteken moet gevoed word. In diere wat altrisieel ontwikkel, word die kleintjies hulpeloos gebore. Hulle het dalk nie hare of vere nie en word dikwels gebore terwyl hulle oë nog toe is. Figuur 3.11 toon twee altrisiële kuikens. Hulle het baie ouersorg nodig, insluitend warmte, kos en beskerming. Die ouers is ook daarvoor verantwoordelik om die kleintjies te verskuif wanneer dit nodig is. n Tydperk van ontwikkeling is nodig voordat hulle self kan begin beweeg of voordat hulle hulleself kan voer. Dit alles beteken dat hulle nie sonder ouersorg kan oorleef nie. Baie voëls en soogdiere is altrisieel. Fig Pas uitgebroeide altrisiële kuikens met Party diere is meer altrisieel as ander. Uiterste voorbeelde is geen vere en swak ontwikkelde pote en snawels die reusepanda (Figuur 3.12) en die kangaroe (Figuur 3.13). Albei hierdie diere gee geboorte aan wat beskryf kan word as nie veel meer as n embrio nie wat buite die moeder se liggaam klaar ontwikkel. By die kangaroe lewe die pasgebore kleintjie maande lank in n buidel (sak) op sy moeder se onderlyf. Onderwerp 3: Voortplanting by gewerweldes 61

69 Fig n Reusepanda met n pasgebore kleintjie Fig n Twee weke oue babakangaroe Jonkselfstandige ontwikkeling In diere wat jonkselfstandige ontwikkeling toon, word die kleintjies gebore met n hoë mate van onafhanklikheid. Hulle kan loop, hardloop of swem kort nadat hulle gebore is of uitgebroei het. Dit is baie belangrik vir diere wat roofdiere moet vermy. Die meeste wildsbokke van Afrika is jonkselfstandig (Figuur 3.14). Jonkselfstandige ontwikkeling is algemeen onder prooispesies, aangesien hulle oorlewing daarvan afhang. Baie voëls bring ook altrisiële kleintjies voort, veral roofvoëls (Figuur 3.15). n Aantal voëlspesies, veral eende, ganse en wildvoëls soos tarentale, wat die meeste van hulle tyd op die grond deurbring, se kleintjies is Fig n Pasgebore rooibokkalfie reeds op sy voete jonkselfstandig. Wanneer die kuikens van jonkselfstandige voëls uitbroei, het hulle n goeie bedekking van dons en kan hulle loop, swem en vir hulleself kos vind (Figuur 3.16). Fig Altrisiële kuikens wag vir kos van hul ouers af Fig n Pas uitgebroeide eendjie met n goeie bedekking van dons en wat op sy eie kan swem 62 Onderwerp 3: Voortplanting by gewerweldes

70 Lewensprosesse in plante en diere Altrisiële sowel as jonkselfstandige ontwikkeling het sekere voordele waar dit by die oorlewing van kleintjies kom. Jonkselfstandige kleintjies ontwikkel voor geboorte verder en is dus by geboorte wakkerder en fisies meer ontwikkel. Altrisiële kleintjies ontwikkel voor geboorte nie soveel nie, maar is geneig om vinniger te groei en ná geboorte meer te ontwikkel. Altrisiële kleintjies is geneig om kleiner te wees en n korter leeftyd te hê. Aan die ander kant is jonkselfstandige kleintjies meer waarskynlik groter en broei hulle minder dikwels. Een noemenswaardige uitsondering is mense, wat groot liggame het en stadig voortplant, maar wat altrisiële kleintjies voortbring. Aktiwiteit 3.5 Leertaak 1. Teken n tabel waarop jy drie eienskappe van altrisiële en jonkselfstandige kleintjies vergelyk. (7) 2. Waarom is dit belangrik dat klein wildsbokkies jonkselfstandig is? (3) 3. Groepeer die volgende diere volgens of hulle jonkselfstandig of altrisieel is: gorilla, buffel, rot, kameelperd, leeu, kolgans, olifant, volstruis, hond, uil. (10) altruïsme: gedrag by n organisme wat vir die organisme self skadelik kan wees, maar wat die oorlewing van sy nageslag wat sy gene dra, kan bevoordeel Ouersorg Ouersorg behels die voorsiening van n koesterende en beskermende omgewing waarin die kleintjies kan groei en ontwikkel. Weens die hulpeloosheid van hulle kleintjies is hierdie gedrag sterk ontwikkel in altrisiële spesies. Ouersorg word as n vorm van altruïsme beskou. Voëls en soogdiere toon n groter mate van ouersorg as ander werweldiere. By visse, amfibieë en reptiele is daar byna geen ouersorg nie. Trouens, onder hierdie groepe is ouersorg die uitsondering eerder as die reël. Voëls, hetsy altrisieel of jonkselfstandig, toon n hoë mate van ouersorg vir hulle kleintjies. Een van die ouers, of albei, voed die kuikens (Figuur 3.17) en beskerm hulle so goed as wat hulle kan teen gevaar. Dit verg baie tyd en energie om kuikens te voed; gevolglik lê voëls wat altrisiële kuikens voortbring minder eiers sodat hulle vir hulle kleintjies kan sorg. Ouervoëls sal ook kuikens teen die weer beskerm en hulle warm hou. Dit is besonder belangrik in spesies wat in baie koue omgewings soos Antarktika broei. Een van hierdie voëls is die Keiserpikkewyn, wat in Figuur 3.18 getoon word. Sonder n hoë mate van ouersorg sal die kuiken nooit oorleef nie. Fig n Bosluisvoël voer haar kleintjies Fig Die eier, en later die pas uitgebroeide kuiken, van die Keiserpikkewyn moet die hele tyd op die ouer se voete bly. Indien nie, sal die eier dalk nie ontwikkel nie omdat dit met die ys in kontak gekom het. Onderwerp 3: Voortplanting by gewerweldes 63

71 Elke paar Keiserpikkewyne bring net een eier per seisoen voort omdat soveel ouersorg nodig is om na die eier en die kuiken om te sien. Voortplanting is biologies baie veeleiesend, maar dit is n noodsaaklike proses. Ouersorg het ontwikkel as n manier om die energie wat aan voortplanting bestee word, tot die minimum te beperk. Sonder ouersorg sou diere duisende, selfs miljoene, eiers moes voortbring om seker te maak dat ten minste party tot volwassenheid oorleef. Terwyl ouersorg nie die oorlewing van die kleintjies waarborg nie, vergroot dit die kanse op suksesvolle voortplanting. Hierdie groter waarskynlikheid van sukses het diere met ouersorg toegelaat om die hoeveelheid kleintjies wat hulle voortbring, te verminder. n Eienskap van vroulike soogdiere is dat hulle melk uit hulle melkkliere afskei en hierdie melk gebruik om hulle kleintjies te voed (soog). Ouersorg is dus noodsaaklik vir soogdiere. Hierdie koesterende gedrag beteken dat soogdiere n hegte band met hulle kleintjies vorm en baie beskermend teenoor hulle is. Diere wat gewoonlik kalm en rustig is, kan baie beskermend en aggressief teenoor ander wees wanneer hulle kleintjies het. Soos met altrisiële en jonkselfstandige ontwikkeling is ouersorg n kontinuum. Dit beteken dat daar verskillende grade van ouersorg is, van n mate van ouersorg tot uiterste ouersorg. n Krokodil lê byvoorbeeld eiers, bewaak die nes en help die pas uitgebroeide krokodilletjies in die water in. Daarna moet hulle vir hulleself sorg. Party visse bly by hulle kleintjies wanneer hulle uitgebroei het en neem die kleintjies in hulle monde in wanneer gevaar dreig. Hulle doen dit net terwyl die kleintjies nog betreklik jonk is. Aan die ander kant van die kontinuum is diere wat die hele tyd by hulle kleintjies bly. Leeus (Figuur 3.19) is baie sosiale diere. Die hele trop help om die kleintjies op te pas en wyfiewelpies bly selfs by die trop wanneer hulle volwasse raak. Olifante (Figuur 3.20) is n ander goeie voorbeeld van uiterste ouersorg. Wyfies beheer die trop. Die kleintjies word jare lank deur al die wyfies in die trop beskerm. Die dier met die langste tyd van ouersorg is die mens. Fig n Leeuwyfie sorg vir haar welpie deur dit na veiligheid te dra. kontinuum: n deurlopende reeks dinge of gebeurtenisse wat soomloos in mekaar oorgaan sodat dit onmoontlik is om te sê waar die een eindig en waar die volgende een begin Aktiwiteit 3.6 Leertaak 1. Wat is die verhouding tussen ouersorg en die hoeveelheid nakomelinge? (2) 2. Wat is die verhouding tussen ouersorg en die oorlewing van nakomelinge? (2) 3. Waarom toon die ouers van altrisiële kleintjies meer ouersorg? (2) 4. Verduidelik waarom ouersorg as n vorm van altruïsme beskou word. (6) Fig n Olifantkalfie drink aan sy moeder 64 Onderwerp 3: Voortplanting by gewerweldes

72 Lewensprosesse in plante en diere Meer vrae oor voorplanting by gewerweldes a) b) Fig Verduidelik waarom uitwendige bevrugting nie vir landdiere moontlik is nie. (2) 2. Waarom moet diere wat van uitwendige bevrugting gebruik maak nog steeds n maat aantrek? (2) 3. Figuur 3.21 wys twee kuikens van verskillende spesies. Een is altrisieel en die ander is jonkselfstandig. Vergelyk sigbare kenmerke van die twee kuikens in n tabel. Sê watter een a) of b) altrisieel en watter een jonkselfstandig is. (9) 4. Waarom is ouersorg so goed ontwikkel in soogdiere? (2) 5. Wat word die eerste sel van n nuwe geslag genoem en hoe word dit gevorm? (2) 6. Wat is die voordeel van geslagtelike voortplanting bo ongeslagtelike voortplanting? (1) 7. Wat is die funksie van die penis by inwendige bevrugting? (2) 8. Voëls broei hulle eiers uit deur op hulle te sit om hulle warm te hou. Hulle draai die eiers van tyd tot tyd om sodat die groeiende embrio nie aan die dop vassit nie. Wat is die rol van chalazae in voëleiers? (3) 9. Wyfieleeuwelpies bly by hulle trop wanneer hulle geslagsryp is, maar mannetjiewelpies word uitgedryf. Sê waarom jy dink dat dit n goeie gebruik is ter wille van die stabiliteit van die trop. (2) 10. Hoe vind n spesie baat by altruïsme? (1) 11. Arende is altrisieel en lê net twee of drie eiers. Tarentale is jonkselfstandig en lê heelwat meer eiers. Verduidelik die oorlewingswaarde van elkeen van hierdie metodes vir die twee soorte voëls. (4) Opsomming ovipaar of ovovivipaar lê eiers sonder doppe lê amniotiese eiers met doppe reptiele ovipaar of ovovivipaar voëls ovipaar soogdiere vivipaar eksterne bevrugting akwatiese medium meestal visse en amfibieë Reproduktiewe strategieë in gewerweldes inwendige bevrugting landdiere as kleintjies prekosiaal is: *aantal nageslag groot *ouerlike sorg ongewoon meestal prekosiaal: *nakomelinge produseer groot *ouerlike sorg afwesig of ongewoon as die kleintjies altrisieel is: *aantal nakomelinge verminder *ouerlike sorg is goed tot uitstekend Onderwerp 3: Voortplanting by gewerweldes 65

73 Onderwerp4 Menslike voortplanting Waaroor jy in hierdie onderwerp gaan leer die struktuur van die manlike en vroulike voortplantingstelsel die veranderinge wat gedurende puberteit plaasvind gametogenese in die testes en ovaria hormoonbeheer van die menstruele siklus bevrugting en die ontwikkeling van sigoot tot blastosist tot embrio tot fetus gedurende swangerskap die rol van die plasenta gedurende swangerskap verskillende voorbehoedingsmetodes en -apparate. Kom ons praat oor hierdie onderwerp Die foto toon n menslike fetus wat in sy moeder se uterus ontwikkel. Hierdie fetus het uit n enkele sel, wat n sigoot genoem word, ontwikkel. Hoe word n sigoot gevorm? Waar ontwikkel n sigoot in n fetus? Hoe word die lewe van die fetus in die moeder se uterus onderhou? In hierdie onderwerp sal jy leer oor menslike voortplanting, bevrugting en die ontwikkeling van die fetus. 66 Onderwerp 4: Menslike voortplanting

74 Lewensprosesse in plante en diere Wat jy reeds weet In vorige grade het jy oor geslagtelike voortplanting by mense geleer. Mans en vroue het gespesialiseerde organe wat verseker dat voortplanting kan plaasvind. Testes bring manlike gamete voort wat spermselle genoem word en ovaria bring vroulike gamete voort wat ovum (ova) genoem word. Wanneer seuns en meisies deur puberteit gaan, word hulle geslagsryp. Seuns begin gedurende puberteit sperm produseer en meisies bring ovum voort en stel dit gedurende die maandelikse menstruele siklus vry. n Meisie menstrueer gedurende haar menstruele siklus. Gedurende geslagsomgang word sperm in die vrou se vagina gestort. n Spermsel smelt gedurende die proses van bevrugting met n ovum saam om n sigoot te vorm. Die sigoot ontwikkel in die moeder se uterus in n embrio en dan in n fetus. Swangerskap by mense duur gewoonlik 40 weke. Voorbehoeding is n manier om swangerskap te verhoed. Daar is baie voorbehoedingsmetodes en -apparate wat beskikbaar is vir mans en vroue. Toets myself Die diagramme in Figuur 4.1 toon die voortplantingstelsels by mense. Stelsel 1 Stelsel 2 Fig. 4.1 Voortplantingstelsels by mense 1. Watter een is die vroulike voortplantingstelsel? 2. Gebruik die inligting in die diagramme om die letter te voorsien wat elk van die volgende aandui: a) die plek waar vroulike gamete gevorm word b) die plek waar die fetus ontwikkel c) die plek waar manlike gamete gevorm word d) die struktuur wat semen aan die vrou lewer e) die deel wat die penis gedurende geslagsomgang ontvang. 3. Gee die naam van die: a) vroulike gameet b) manlike gameet c) proses waartydens die manlike en vroulike gamete saamsmelt. Onderwerp 4: Menslike voortplanting 67

75 Eenheid 1 Die manlike en vroulike voortplantingstelsels Struktuur van die manlike voortplantingstelsel n Spermsel moet die ovum in die vrou bereik sodat voortplanting kan plaasvind. Die manlike voortplantingstelsel is gespesialiseer om sperm te produseer en dit aan die vrou te lewer. Figuur 4.2 toon die struktuur en funksie van die verskillende dele van die manlike voortplantingstelsel. Seminal vesikel: n Paar kliere wat n dik, suikeragtige vloeistof afskei wat fruktose bevat, wat die sperm as n voedselbron gebruik. Urienbuis: n Buis wat van die blaas deur die penis lei en by die punt daarvan na buite open. Hierdie opening word die urogenitale opening genoem. Die urienbuis voer urien en semen op verskillende tye uit die liggaam. Erektiele weefsel: Weefsel met ruimtes wat vol bloed word tydens n ereksie. Skrotum: n Velsak met twee lae wat die testes bedek en beskerm. Die temperatuur in die sakke is laer as in die liggaam, wat nodig is om sperm te produseer. Penis: Die penis bestaan uit erektiele weefsel wat vol bloed word, wat die penis styf laat word. Die punt van die penis is effens groter en word die glans penis genoem. Die glans word bedek deur n los vel wat die voorhuid genoem word. Soms word dit verwyder gedurende n operasie wat n besnydenis genoem word. Epididimis: Dit is n gekrulde buis wat agter die testis lê, waar spermselle tydelik geberg word totdat hulle ryp word. Prostaatklier: n Klier wat n alkaliese vloeistof afskei wat enige suur urien of vaginale afskeiding gedurende geslagsomgang neutraliseer. Dit help die sperm ook om vinniger te beweeg. Cowper-klier: n Paar kliere wat slym afskei waardeur die opening by die punt van die penis gedurende ejakulasie gesmeer word. Vas deferens: n Buis wat sperm van die epididimis na die penis dra. Testis (meervoud: testes): Daar is twee ovaalvormige testes, wat buite die liggaam in die skrotum hang. Elke testis bevat semenbuisies wat die sperm vorm. Hierdie buisies loop uit in n groter gekrulde buis agter aan die buitekant van elke testis, wat die epididimis genoem word. Namate sperm geproduseer word, beweeg dit van die testis na die epididimis, waar dit geberg word. Tussen die semenbuisies is daar massas interstisiële selle wat die hormoon testosteroon produseer. Testosteroon stimuleer die produksie van sperm, onderhou die voortplantingsorgane en die sekondêre geslagskenmerke van mans. Fig. 4.2 Vooraansig van die manlike voortplantingstelsel Sperm word in die testes geproduseer en deur die vas deferens na die penis vervoer. Wanneer die penis vol bloed word, raak dit styf en staan dit regop (sien Figuur 4.3). Dit word n ereksie genoem. n Stywe penis is noodsaaklik om semen na die vrou se vagina oor te dra. Gedurende ejakulasie vorm sperm en afskeidings van die seminal vesikel, die Cowperklier en die prostaatklier n klewerige vloeistof wat semen genoem word. Fig. 4.3 Dwarssnee deur n penis wanneer dit slap en styf is Fisiologie van n ereksie Dwarssnee van n penis in slap staat erektiele weefsel urienbuis Dwarssnee van n penis in orente staat erektiele weefsel urienbuis testes: manlike geslagsorgane wat manlike gamete (sperm) produseer semen: n dik, witterige vloeistof wat sperm bevat en gedurende ejakulasie uit die penis spuit ejakulasie: die proses wat in n manlike soogdier plaasvind wanneer semen uit sy penis spuit 68 Onderwerp 4: Menslike voortplanting

76 Lewensprosesse in plante en diere Aktiwiteit 4.1 Leertaak 1. Noem die funksie(s) van elk van die volgende: testes, vas deferens, epididimis. (3) 2. Teken n vloeidiagram wat die pad van n spermsel toon van die oomblik wanneer dit gevorm word tot die oomblik dat dit n man se liggaam verlaat. (4) 3. Semen bestaan uit afskeidings en sperm. Identifiseer die kliere wat die afskeidings produseer. Wat is die funksie van die afskeidings? (6) 4. a) Wat is die voordeel daarvan dat die testes buite die liggaam in die skrotum is? (2) b) Verduidelik hoe die temperatuur van die testes op n baie warm dag en n baie koue dag gehandhaaf word. (2) 5. Noem die orgaan wat testosteroon produseer. Noem twee funksies van testosteroon. (3) Aktiwiteit 4.2 Praktiese taak (voorgeskryf) Kyk na n mikroskoopskyfie van n dwarssnee deur n penis Jy benodig: mikroskoop voorbereide mikroskoopskyfie van n dwarssnee deur n penis Metode: 1. Plaas die mikroskoopskyfie op die tafel van die mikroskoop. 2. Vergelyk wat jy sien met die mikrograaf in Figuur 4.4. Fig. 4.4 Dwarssnee deur n penis 3. Maak n benoemde biologiese skets van wat jy in die mikroskoopskyfie of in die mikrograaf sien. Identifiseer die urienbuis en die erektiele weefsel. (10) Vrae: 1. Wat vul die erektiele weefsel tydens n ereksie? (1) 2. Beskryf hoe hierdie bloedruimtes in die proses van omgang help. (3) 3. Die glans word deur los vel bedek wat die voorhuid genoem word. Soms word die voorhuid chirurgies verwyder. Wat word hierdie proses genoem? (1) Onderwerp 4: Menslike voortplanting 69

77 Struktuur van die vroulike voortplantingstelsel Die vroulike voortplantingstelsel is ontwerp om vroulike gamete te produseer en om die groeiende embrio gedurende swangerskap te huisves en beskerm. Figuur 4.5 toon die struktuur en funksie van elke deel van die vroulike voortplantingstelsel. embrio: n organisme in die vroeë stadium van sy ontwikkeling Fallopiusbuis: Dit is n buis met spierwande wat uitgevoer is met sweephaarselle. Dit is omtrent 10 cm lank. Die ovum van die ovaria word deur silia en sametrekking van die spierwande na die uterus vervoer. Ovarium: Daar is twee ovaria wat in die buikholte van n vrou lê. Elke ovarium bestaan uit bindweefsel, bloedvate en vroulike kiemselle. Ovaria produseer ovum. Die hormoon estrogeen word deur die ovaria afgeskei. Estrogeen reguleer die menstruele siklus, onderhou n swangerskap en veroorsaak die sekondêre geslagskenmerke van vroue. Endometrium: Die laag weefsel aan die binnewand van die uterus. Serviks: Die laer deel van die uterus wat dit met die vagina verbind. Dit bevat kliere wat slym in die vagina afskei. Vagina: Die vagina is n spierkanaal wat van die serviks af strek en na buite oopmaak. By die opening van die vagina is daar velvoue wat die labia genoem word. Tussen die labia is daar n klein, ronderige struktuur wat die klitoris genoem word. Uterus: Word ook die baarmoeder genoem en is n orgaan met dik spierwande. Fig. 4.5 Vooraansig van die vroulike voortplantingstelsel Aktiwiteit 4.3 Leertaak Bestudeer die diagram van die vroulike voortplantingstelsel in Figuur 4.6 en beantwoord die vrae wat volg. 1. Identifiseer die letter en noem die plek waar: a) die fetus ontwikkel (2) b) die sperm deur die penis gestort word (2) c) urien vrygestel word. (2) 2. Noem die funksie(s) van: a) C b) D. (2) 3. a) Noem die strukture waar vroulike gamete gevorm word. (1) b) Noem een ander funksie van hierdie strukture. (2) 4. Figuur 4.7 toon die beweging van die ovum deur die Fallopiusbuis. a) Verduidelik hoe n ovum van die ovarium na die uterus vervoer word. (2) b) Noem een strukturele aanpassing van die Fallopiusbuise wat hulle in staat stel om die ovum na die uterus te vervoer. (2) Fig. 4.6 Syaansig van die vroulike voortplantingstelsel A B C Fig. 4.7 Ovum wat deur die Fallopiusbuis beweeg D 70 Onderwerp 4: Menslike voortplanting

78 Lewensprosesse in plante en diere Eenheid 2 Puberteit Hormone wat puberteit beheer Puberteit is die tydperk waartydens die liggaam ontwikkel en geslagsryp word. In seuns begin puberteit gewoonlik tussen die ouderdomme van nege en 14; in meisies begin dit gewoonlik tussen die ouderdomme van agt en 13 jaar. By meisies begin puberteit gewoonlik op n jonger ouderdom as by seuns en hulle seksuele ontwikkeling is vroeër voltooi. Dit is waarom meisies gedurende puberteit dikwels langer is as seuns. Hipotalamus GnRH Pituïtêre klier LH en FSH Terugvoerhormone of Terugvoerhormone testes ovaria spermselle ovum testosteroon estrogeen stem word dieper spierweefsel groei geslagsorgane word groter gesigs-, pubis- en okselhare heupe word breër menstruasie begin ontwikkeling van borste pubis- en okselhare Fig. 4.8 Hormone en hulle funksies gedurende puberteit Figuur 4.8 toon die verskillende hormone wat vir die fisiese en emosionele veranderinge gedurende puberteit verantwoordelik is. Gonadotropien-vrystellingshormoon (GnRH) word deur n deel van die brein afgeskei wat die hipotalamus genoem word. Hierdie hormoon stimuleer die pituïtêre klier sodat dit follikelstimulerende hormoon (FSH) en luteïniseringshormoon (LH) in die bloed afskei, wat die hormone na die voortplantingsorgane voer. Onderwerp 4: Menslike voortplanting 71

79 FSH en LH stimuleer die geslagsorgane om estrogeen en testosteroon te produseer. In meisies begin die ovaria estrogeen afskei, wat puberteit laat begin. In seuns word testosteroon deur die testes afgeskei sodat puberteit begin. Estrogeen en testosteroon staan ook as die geslagshormone bekend. Liggaamsveranderinge gedurende puberteit Estrogeen en testosteroon veroorsaak die ontwikkeling van sekondêre geslagskenmerke. Namate die vlak daarvan gedurende puberteit vermeerder, sal baie van hierdie veranderinge plaasvind. Bestudeer Figuur 4.9 en lees elke byskrif om die veranderinge te identifiseer wat gedurende puberteit in seuns en meisies plaasvind. Hare begin op die gesig groei Puisies ontwikkel Stem word dieper wanneer die larinks (stemkas) groter word. Hare groei in die okselholtes en liggaamsreuk word sterker Spiere ontwikkel Pubishare groei. Die penis en testes word groter. Die testes begin sperm produseer Puisies ontwikkel Borste begin ontwikkel Hare groei in die okselholtes en liggaamsreuk word sterker Heupe word breër Pubishare groei en die ovaria begin ovum produseer. Die maandelikse menstruele siklus begin, wat beteken dat jy kan swanger word as jy seks het. estrogeen: die vroulike geslagshormoon wat deur die ovaria afgeskei word testosteroon: die manlike geslagshormoon wat deur die testes afgeskei word ovaria: vroulike geslagsorgane wat vroulike gamete (ovum of ova) produseer sekondêre geslagskenmerke: fisiese en gedragskenmerke wat mans van vroue onderskei. Hierdie kenmerke begin gedurende puberteit verskyn Fig. 4.9 Puberteit in seuns en meisies Aktiwiteit 4.4 Leertaak 1. Gedurende puberteit ontwikkel seuns en meisies sekondêre geslagskenmerke. Identifiseer die kenmerke wat soortgelyk is by seuns en meisies, sowel as dié wat net by seuns of net by meisies voorkom. (6) 2. Bestudeer Tabel 4.1 en beantwoord dan die vrae wat volg. a) Trek n lyngrafiek van die data in die tabel. Stip twee lyne op jou grafiek, een wat gemiddelde groei per jaar vir meisies toon en een wat gemiddelde groei per jaar vir seuns toon. (14) b) Op watter ouderdom begin seuns en meisies onderskeidelik die vinnigste groei? (2) 72 Onderwerp 4: Menslike voortplanting