The Molecular Basis of Inheritance (CHMBCM21) College 1, CHMBCM21 Barbara Schrammeier Eddy van der Linden

BIOLOGIE Gaswisseling (ademhaling) Uitscheiding (afvalstoffen verwijderen) Ontwikkeling en groei Voortplanting Erfelijkheid Reageren op prikkels Stofwisseling (voeding)

Basis van het leven: de cel Cel = fundamentele eenheid van het leven (kleinste unit die alle functies kan vervullen die nodig zijn voor leven): prokaryoten (bacterien + archea) en eukaryoten. Eukaryoten: Zijn via binnenmembranen onderverdeeld in verschillende organellen. Organellen: Nucleus: Plaats waar chromatine zich bevindt en nucleolus (productie ribosomen), loopt via porien dubbel membraan (nuclear envelope) over in ER. ER: membraan synthese + andere synthese en metabole processen, Eiwitproductie in ribosomen in ruw ER. Mitochondrion: Respiratie (productie ATP) en GA: synthese, modificatie, sorteren en bevrijden van cellulaire produkten Lysozomen: Afbraak (hydrolyze) van macromoleculen en Peroxisomen: Verschillende metabole functies Cytoskelet: Verstevigen vorm cel, functie beweging cel

Basis van het leven: de cel

De celcyclus

Mitose

Mitose

Mitose

Chromosomen

Meiose

14 Mendel and the Gene Idea

14 Mendel and the Gene Idea Kruisen homozygoot (true-breeding) paars en homozygoot wit (true-breeding) (hybridisatie) Zelfbestuiving of Kruisbestuiving tussen F1 onderling Monohybride kruising (kruising tussen heterozygoten)

14 Mendel and the Gene Idea 1 Law of Seggregation Verschillende versies van genen zijn verantwoordelijk voor de variatie in erfelijke karakteristieken. Voor iedere erfelijke karakteristiek krijgt een organisme 2 kopieen van een gen mee (1 van elke ouder). Wanneer deze 2 allelen verschillen bepaalt het dominante allel de verschijningsvorm (fenotype). Het andere recessieve allel heeft geen zichtbaar effect op het fenotype van het organisme. De 2 allelen voor een erfelijke karakteristiek worden bij de vorming van geslachtscellen van elkaar gescheiden en eindigen dus in verschillende geslachtscellen.

2 Law of independent assortment 14 Mendel and the Gene Idea 2 Law of independent assortment Bij de vorming van voortplantingscellen scheiden verschillende allelenparen zich onafhankelijk van elkaar. Deze wet gaat natuurlijk alleen op wanneer beide allelen op verschillende chromosomen liggen.

14 Mendel and the Gene Idea

14 Mendel and the Gene Idea Incomplete dominantie: Geen van beide allelen is volledig dominant waardoor F1 hybriden een fenotype krijgen dat ergens tussen beide ouders inligt. codominantie: Hier treden bij heterozygoten beide fenotypische varianten volledig op

14 Mendel and the Gene Idea Meerdere allelen: Bijv. bij bloedgroep. Hier bestaan 3 allelen van 1 gen (IA, IB, i)

14 Mendel and the Gene Idea Soms zijn afwijkingen het gevolg van dominante allelen. Dit is bijv. Het geval bij achondroplasia (dwerggroei). Wanneer dit type aandoening dodelijk is, kan zo’n dodelijk allel eigenlijk alleen ontstaan door mutaties in cellen die voortplantingscellen produceren.

14 Mendel and the Gene Idea Bij veel ziektes is de erfelijke component polygenetisch en spelen ook andere Factoren (multi-factor) een rol bij de ontwikkeling (fenotype) de aandoening.

2 Law of independent assortment 15 The Chromosomal Basis of Inheritance Paralellen tussen het gedrag van chromosomen en het gedrag van Mendel’s erfelijke factoren: Mendel’s genen hebben specifieke loci (posities) op chromosomen en het zijn de chromosomen “segregation” en “independent assortment” ondergaan 1 Law of seggregation Chromosomen worden van elkaar gescheiden tijdens meiose en eindigen dus in verschillende voortplantingscellen 2 Law of independent assortment Allelen worden tijdens meiose (anafase I) onafhankelijk van elkaar over beide cellen verdeeld

15 The Chromosomal Basis of Inheritance

Duchenne spierdystrofie 15 The Chromosomal Basis of Inheritance Y chromosoom is veel kleiner Korte stukjes aan beide kanten van Y zijn homoloog met corresponderende gebieden van X Y bevat 78 genen, X zo’n 1100 Sex-linked gene = gen dat alleen op X of Y zit (X-linked of Y-linked) X-gekoppelde eigenschappen zoals kleurenblindheid komen dus veel vaker voor bij mannen: Kleurenblindheid Duchenne spierdystrofie Hemofilie

15 The Chromosomal Basis of Inheritance Crossing over vindt plaats op het moment dat gerepliceerde homologe chromosomen liggen gepaard tijdens de profase van meiose I. Hierbij wisselen stukjes aan het eind van 2 non-zuster chromatiden van plaats. Crossing over vergroot de genetische variatie binnen een populatie wat belangrijk is voor het effectief verlopen van natuurlijke selectie tijdens de evolutie.

15 The Chromosomal Basis of Inheritance Geen goede scheiding van chromosomen tijdens meiose I, II of mitose (nondisjunctie) zorgt meestal voor een niet-levensvatbare vrucht. Nondisjunctie is ook de oorzaak van een aantal genetische aandoeningen. Down syndroom

16 The Molecular Basis of Inheritance

16 The Molecular Basis of Inheritance Hershey and Chase: Nucleïnezuren zijn bij bacteriofagen de dragers van het erfelijke materiaal

16 The Molecular Basis of Inheritance Fosfaatgroep bevestigd aan aan 5’ C van deoxyribose Fosfaatgroep Deoxyribose (pentose suiker) Stikstof-bevattende basen: Thymine (T) Adenine (A) Cytosine (C) Guanine (G) OH groep bevestigd aan aan 3’ C van deoxyribose

16 The Molecular Basis of Inheritance 2 stands vormen een helische structuur in tegenovergestelde richting (anti-parallel) en zijn aan elkaar gekoppeld via waterstofbruggen die worden gevormd tussen purine en pyrimidine basen onderling

16 The Molecular Basis of Inheritance

16 The Molecular Basis of Inheritance De lineaire sequentie van de 4 basen kan op eindeloos veel manieren worden gevarieerd. Elk gen heeft dan ook een unieke base volgorde, of DNA sequentie. Het mooie van het dubbele helix model is dat deze structuur meteen impliceert op welke wijze DNA replicatie plaatsvindt.

16 The Molecular Basis of Inheritance Beide strands zijn complementair, oftewel elke strand bevat de informatie die nodig is om de andere complementaire strand te reconstrueren. Mens: 46 DNA moleculen: 10 billioen nucleotideparen: stapel boeken van 120 m: in slechts paar uur gekopieerd met nauwelijks fouten

16 The Molecular Basis of Inheritance Helicase: Scheiding van beide strands SSB eiwitten: Voorkomen dat strands weer paren Topoisomerase: Verbreekt, draait en herkoppelt DNA om zo de spanning die a.g.v. scheiding strands ontstaat te verminderen Primase: Vormt RNA primers op template DNA Om DNA replicatie te initiëren DNA polymerase III: Repliceert DNA door aan primer nieuwe nucleotiden toe te voegen Leading strand: Strand die in 1 keer wordt geproduceerd en die naar vork toe beweegt Lagging strand: Strand die in verschillende Okazaki fragmenten wordt geproduceerd en van vork af beweegt (wordt geproduceerd) DNA Ligase: Verbindt verschillende Okazaki fragmenten weer met elkaar DNA polymerase I: Vervangt RNA primers door DNA

16 The Molecular Basis of Inheritance

16 The Molecular Basis of Inheritance Zelfs wanneer Okazaki fragmenten starten met een RNA primer dat helemaal aan het 5’ einde zit, kan deze RNA primer niet worden vervangen door DNA omdat er geen 3’ einde beschikbaar is voor het toevoegen van nucleotiden. Verschillende ronden van replicatie zorgen dus voor steeds korter wordende telomeren, en dus voor steeds korter wordend DNA. Telomeren bevatten daarom geen genen maar herhalingen van korte nucleotide sequenties (TTAGGG bij mens).

16 The Molecular Basis of Inheritance

16 The Molecular Basis of Inheritance

Leerstof Week 1 Campbell, N.A.; Reece, J. B., Biology (ninth edition):   Campbell, N.A.; Reece, J. B., Biology (ninth edition): Ho 6: A Tour of the Cell 6.2 en 6.3 (blz 144 t/m 150) Ho 12; The Cell Cycle 12.1 en 1e stuk 12.2 (blz 275 t/m 280) Ho 13: Meiosis and Sexual Life Cycles 13.3 (blz 299 t/m 303) Ho 14: Mendel and the Gene Idea, 14.1 t/m “Multiple Alleles” 14.3 (blz 308 t/m 319) 14.4 t/m “Multifactorial Disorders (blz 321 t/m325) Ho 15: The Chromosomal Basis of Inheritance 15.1 t/m “Down Syndrome” 15.4 (blz 332 t/m 345) Ho 16: The molecular Basis of Inheritance (blz 351 t/m 368)