Download - Colleges gemetica 2011 Rijksuniversiteit Groningen Niek Groot 1 ...

Transcript
Page 1: Colleges gemetica 2011 Rijksuniversiteit Groningen Niek Groot 1 ...

Colleges gemetica 2011 Rijksuniversiteit Groningen Niek Groot

1

Genetica 13 september 2011 dr. Beukeboom Blending inheritance Blending inheritance is een verouderde hypothese uit de genetica, die onder biologen in de tweede helft van de 19e eeuw aanhang had. Blending inheritance houdt in dat eigenschappen van twee ouders "mengen" bij de voortplanting, zodat het genotype van de kinderen ergens tussen dat van beide ouders in zit. Particulate inheritance Blending inheritance stond tegenover de hypothese van particulate inheritance (Engels voor discrete overerving), het idee dat overerving van eigenschappen in eenheden gaat, die een individu ofwel van de vader ofwel van de moeder erft. Een belangrijk verschil is dat bij blending inheritance alle genetische variatie uit een populatie verdwijnt. In elke volgende generatie liggen de uitersten dichter bij elkaar, zodat uiteindelijk alle individuen steeds meer op elkaar gaan lijken (zie afbeelding hiernaast). Punett square Het vierkant van Punnett of kwadraat van Punnett is een hulpmiddel uit de populatiegenetica bedacht door Reginald Punnett. Met een vierkant van Punnett kan je een paring van twee heterozygoten (Aa×Aa) visueel voorstellen, en de frequentie van de mogelijke fenotypen bij het nageslacht berekenen. Stel: je hebt 2 allelen A en a van een gen, en de ouders zijn beiden heterozygoot: Aa en Aa. Daaruit volgt het volgende schema (zie afbeelding). Diploïd = twee kopieën van een gen Haploïd = één kopie van een gen Homozygoot = twee dezelfde allelen Heterozygoot = twee verschillende allelen Genotype =“genetische samenstelling”, som van erfelijke factoren Phenotype = “verschijningsvorm”, som van erfelijke- en omgevingsfactoren Kansberekening Somregel = kans dat twee onafhankelijke gebeurtenissen optreden is de som van de kans op iedere gebeurtenis apart P(zoon of dochter) = P(zoon) + P(dochter) = 1/2 + 1/2 = 1 Productregel = kans dat twee onafhankelijke gebeurtenissen beide optreden is het product van de kans op iedere gebeurtenis apart P(2 zonen) = P(zoon) x P(zoon) = 1/2 x 1/2 = ¼ Voorwaardelijke kans = kans op een gebeurtenis gegeven dat een andere gebeurtenis optreedt P(2 l even aantal ogen) = P(2) / P(even) = 1/6 / 1/2 = 1/3

Page 2: Colleges gemetica 2011 Rijksuniversiteit Groningen Niek Groot 1 ...

Colleges gemetica 2011 Rijksuniversiteit Groningen Niek Groot

2

Binomiale verdeling = kansverdeling gebaseerd op twee mogelijkheden P(1 zoon onder 3 kinderen) = 3x 1/8 = 3/8 ZZZ ZZD ZDZ DZZ ZDD DZD DDZ DDD Milieu invloed op fenotype - penetrantie = proportie individuen met een gegeven genotype (bv. A-) dat ook het bijbehorende fenotype (zwart) bezit. Penetrantie 80% wil zeggen dat bij alle personen met een afwijkend genotype, 80% ook een afwijkend fenotype hebben. van 10 A- individuen zijn er 8 zwart: penetrantie = 0.8 - expressiviteit (soms ook verwarrend expressie genoemd) = mate waarin de genexpressie in het fenotype tot uiting komt. dus hoe zwart (of grijs) zijn de A- individuen - conditioneel lethaal = extreme milieuomstandigheden leiden tot expressie van een lethaal gen (bv. hoge temp.) Geninteracties - Pleiotropie = één gen beïnvloedt meerdere eigenschappen Gen interacties. - Epistasie = verschillende genen beïnvloeden één eigenschap.

- Duplicate genwerking = er bestaan twee (of meer) genen met hetzelfde fenotypische effect en één van beide genen levert al het volledige fenotype.

- Complementatie = er bestaan twee (of meer) genen met hetzelfde fenotypische effect maar beide zijn nodig om het volledige fenotype te leveren.

- modificerend gen = gen dat het effect van andere genen beïnvloedt (regulator genen). Polygene eigenschappen: meerdere genen betrokken bij het tot stand komen van een eigenschap, ieder gen vaak met een klein effect. - komt vaak voor (vaker dan je denkt). - betreft kwantitatieve kenmerken. - vooral belangrijk bij “economisch” belangrijke eigenschappen (bv. opbrengst, resistentie). - kan gecompliceerd zijn door pleiotrope effecten en milieu-invloeden.

Page 3: Colleges gemetica 2011 Rijksuniversiteit Groningen Niek Groot 1 ...

Colleges gemetica 2011 Rijksuniversiteit Groningen Niek Groot

3

Verschil mitose en meiose Het belangrijkste verschil tussen mitose en meiose is wel dat de producten van de mitose genetisch identiek zijn aan de moedercel, terwijl de producten van meiose ten opzichte van hun ouders en ook onderling genetisch verschillen! Bij de mitotische metafase, anders dan bij de metafase I van de meiose, treedt geen paring van de homologe chromosomen op, aangezien dit voor de mitose overbodig en ook niet wenselijk is (waarom?). Verder gaan bij de anafase van de mitose de chromatiden uit elkaar, terwijl bij de anafase I van de meiose I de homologe chromosomen van elkaar gescheiden worden. In de metafase II gaan vervolgens de chromatiden wel uit elkaar.

Crossing over

Crossing-over (Engels voor: overkruising) is in de

genetica het verschijnsel tijdens de meiose waarbij

twee homologe chromosomen stukken DNA

uitwisselen. Het verschijnsel werd voor het eerst

beschreven in 1909 door Frans Alfons Janssens van de

Katholieke Universiteit Leuven, die het 'chiasmatypie'

noemde.

Crossing-over doet zich voor tijdens de eerste meiose

in de profase tijdens de paring van de homologe

Page 4: Colleges gemetica 2011 Rijksuniversiteit Groningen Niek Groot 1 ...

Colleges gemetica 2011 Rijksuniversiteit Groningen Niek Groot

4

chromosomen, waarbij chiasmata ontstaan. Deze leiden tot de

recombinatie van erfelijk materiaal. De chiasmata ontstaan door

breuken in de chromatiden. Het optreden van deze breuken

berust niet op toeval, maar is een essentieel onderdeel in het

proces. Bij een meiose treden ongeveer 1000 maal zoveel

breuken op als bij een mitose, vermoedelijk dankzij de werking

van een speciaal enzym, dat de breuken doet ontstaan. De

breuken worden vervolgens gerepareerd. Indien de breuken op

gelijke hoogte in de gepaarde homologe chromosomen optreden,

geschiedt dit soms zodanig dat stukken chromatiden van de

homologe chromosomen met elkaar verbonden worden en dus

worden omgewisseld.

Page 5: Colleges gemetica 2011 Rijksuniversiteit Groningen Niek Groot 1 ...

Colleges gemetica 2011 Rijksuniversiteit Groningen Niek Groot

5

Genetica 3 oktober 2011

dr. Kuipers

Virussen

Een virus is een hoeveelheid erfelijk materiaal (dit kan zowel RNA of DNA zijn), gewoonlijk ingesloten

in een omhulsel van eiwit. Soms is er ook nog eens een enveloppe, een membraan (een dubbele

fosfolipidenlaag) en glycoproteïnen. Dit laatste komt enkel voor bij de dierlijke virussen. Een virus

behoort niet tot de organismen en hangt dus af van het metabolisme van een andere cel. Ook voor

de voortplanting heeft het virus de hulp nodig van een gastheerorganisme. Een virus koppelt zich aan

een cel, en injecteert daarin het eigen erfelijk materiaal of versmelt met de cel. Dit laatste noemt

men endocytose. Het heeft als voordeel dat de weinige virale enzymen ook in de cel binnengebracht

worden. Het gebeurt vooral bij de dierlijke virussen met een enveloppe, de membranen versmelten

vrij gemakkelijk. Elk virus kent

een specifieke celsoort

waarmee de interactie wordt

aangegaan; er is een nauwe

range van gastheren. De

eiwitmantel van het virus

zorgt er voor dat het virus aan

een geschikte gastheercel

hecht. Binnen in de

gastheercel geeft het erfelijk

materiaal van het virus de

opdracht om nieuwe virussen

te maken. Een virus kan zich

alleen vermenigvuldigen als

het zich in een levende

(gastheer)cel bevindt en leidt

in veel gevallen tot de dood van de gastheercel (lysis ofwel het uiteenvallen van de cel dan wel

celdood apoptose of necrose) of zelfs de dood van het meercellig organisme waar de cel deel van

uitmaakt, al kan een virus ook nuttige genen inbrengen in een pro- of eukaryoot.

Een virus bestaat uit de volgende onderdelen (van buiten naar binnen):

Een enveloppe: (alleen bij dierlijke virussen voorkomend) dit is een membraan rond het

nucleocapside.

Een eiwitmantel: (ook wel capside genoemd) dit is de buitenwand van het virus en

beschermt het virus tegen vernietiging door antilichamen, alsook zorgt het voor het

binnendringen van de cel. Het is opgebouwd uit capsomeren.

Het nucleïnezuur: het erfelijk materiaal van het virus, bestaande uit DNA of RNA.

Deze laatste twee vormen samen het nucleocapside.

Page 6: Colleges gemetica 2011 Rijksuniversiteit Groningen Niek Groot 1 ...

Colleges gemetica 2011 Rijksuniversiteit Groningen Niek Groot

6

Bacteriofagen

Een bacteriofaag of kortweg faag is een klein virus dat enkel bacteriën infecteert. Net als andere

virussen, die eukaryoten besmetten, bestaan ze uit een buitenste eiwitmantel met daarin genetisch

materiaal dat bij 95% van de bekende fagen uit DNA bestaat . Dit DNA is tussen 5 en 300 kbp groot.

De meeste fagen (95%) hebben een "staart" die hen toelaat genetisch materiaal in hun gastheer te

injecteren.

Lysogene en lythische eigenschappen

Fagen infecteren slechts bepaalde doelwitbacteriën, omdat ze de juiste aanhechtingsfactoren en de

juiste metabolisme-beïnvloedende eigenschappen moeten hebben. Afhankelijk van hun

vermeerderingscyclus, kunnen fagen in lytische en lysogene worden ingedeeld. Lytische

vermenigvuldigen explosief, waardoor de gastheerbacterie snel barst (lysis), terwijl lysogene fagen

zich eerst gaan integreren in het genoom van de bacterie (profaag), waardoor ze bij elke

bacterieceldeling mee vermenigvuldigd worden. De vermeerdering van een virus in een gastheercel

resulteert in lysis (oplossen van de cel)en dood van de gastheercel. Deze cyclus wordt dan ook een

lytische cyclus genoemd, het kan ook anders: Sommige fagen kunnen òf een lytische cyclus

veroorzaken òf hun eigen DNA in het DNA van de gastheercel inbouwen waarbij dan juist geen lysis

ontstaat. Deze laatste toestand wordt lysogenie genoemd, en zulke fagen lysogene fagen. De

gastheercel is een lysogene cel. Het ingebouwde DNA heet een profaag of provirus.

Bij stress-omstandigheden voor de bacterie, kunnen de profagen gereactiveerd worden. (Het

mechanisme berust op niet-specifieke signaalstoffen) Een voorbeeld is faag λ van E. coli. Door

lysogene conversie kunnen deze profagen de eigenschappen van bacteriën wijzigen. Een bekend

voorbeeld is de Vibrio bacteriestam die omgezet wordt in Vibrio cholerae door genen van een faag,

zodat ze cholera-toxines produceren en dan pas gevaarlijk worden voor de volksgezondheid.

Page 7: Colleges gemetica 2011 Rijksuniversiteit Groningen Niek Groot 1 ...

Colleges gemetica 2011 Rijksuniversiteit Groningen Niek Groot

7

Verschillende soorten virussen

Double-stranded (ds)RNA viruses

As shown in part a of the figure, virus attachment and endocytosis deliver a virion core that contains

viral genomic dsRNA and viral RNA polymerase (yellow) into the cytoplasm. The core transcribes and

extrudes (+)mRNAs that are first translated (1) and then packaged (2) by the resulting viral proteins

into new virion cores. Cores mature by synthesizing negative-strand (-)RNA (dotted strand) and

adding exterior proteins. They exit by cell lysis or secretion.

(+)RNA viruses

As shown in part b of the figure, endocytosed virions release messenger-sense genomic RNA into the

cytoplasm for translation. Newly translated viral RNA-replication proteins recruit this genomic RNA

into a membrane-associated, intracellular RNA-replication complex. Small amounts of (-)RNA are

produced and used as templates to greatly amplify viral (+)RNA, which is encapsidated into new

progeny virions.

Retroviruses

As shown in part c of the figure, virion attachment and envelope fusion release a subviral complex

that contains viral genomic (+)RNA and reverse transcriptase (yellow). After cDNA synthesis by

reverse transcription, proviral cDNA is integrated into the host chromosome and transcribed to

produce (+)RNA that is translated (1) and then packaged (2) into new virions that are released by

budding.

Page 8: Colleges gemetica 2011 Rijksuniversiteit Groningen Niek Groot 1 ...

Colleges gemetica 2011 Rijksuniversiteit Groningen Niek Groot

8

Provirus

A provirus is a virus genome that is integrated into the DNA of a host cell. This state can be a stage of

virus replication, or a state that persists over longer periods of time as either inactive viral infections

or an endogenous retrovirus. In inactive viral infections the virus will not replicate itself but through

replication of its host cell. This state can last over many host cell generations.

When a (nonendogenous) retrovirus invades a cell, the RNA of the retrovirus is reverse-transcribed

into DNA by reverse transcriptase, then inserted into the host genome by an integrase.

A provirus does not directly make new DNA copies of itself while integrated into a host genome in

this way. Instead, it is passively replicated along with the host genome and passed on to the original

cell's offspring; all descendants of the infected cell will also bear proviruses in their genomes.

Integration can result in a latent infection or a productive infection. In a productive infection, the

provirus is transcribed into messenger RNA which directly produces new virus, which in turn will

infect other cells. A latent infection results when the provirus is transcriptionally silent rather than

active.

Prion

Prionen zijn deeltjes die ontstaan uit bepaalde eiwitten die

normaal onder andere voorkomen in de hersenen. Prionen

zijn op een abnormale manier opgevouwen versies hiervan

en kunnen in tegenstelling tot het normale eiwit niet meer

door eiwitafbrekende-enzymen (proteasen) worden

afgebroken. Bovendien hebben ze de eigenschap dat ze bij

contact andere moleculen van dit eiwit die nog wel in de

normale configuratie verkeren, kunnen bewegen tot het

aannemen van de abnormale configuratie. Hierdoor ontstaat

een kettingreactie waarbij uiteindelijk alle moleculen van dat

eiwit in de cel in de abnormale, niet-functionele configuratie

verkeren. Hierdoor gaan aangetaste neuronen uiteindelijk

dood, waardoor zieke dieren neurologische verschijnselen

gaan vertonen en uiteindelijk ook doodgaan.

Page 9: Colleges gemetica 2011 Rijksuniversiteit Groningen Niek Groot 1 ...

Colleges gemetica 2011 Rijksuniversiteit Groningen Niek Groot

9

Plantenvirussen

Ook een plant kan lijden aan virale infecties. Vaak zijn dit RNA virussen, maar dit hoeft niet! Deze

virussen kunnen zich op twee manieren voortplanten, namelijk op een horizontale en verticale

manier. Bij de horizontale overdracht van het virus, wordt het virus onder de populatie planten

verspreidt. Bij verticale overdracht wordt het virus in de plant zelf doorgegeven (bijvoorbeeld bij

voortplanting).

Viroïd

Een Viroïde is een molecuul dat uit een relatief kort enkelstrengs RNA of enkelstrengs DNA bestaat.

Van deze laatste zijn er maar enkele bekend; de meeste viroïden bestaan uit RNA. Het kan

vergeleken worden met een virus, maar een viroïde is veel kleiner en heeft geen eiwitmantel.

Viroïden kunnen zich alleen in planten vermenigvuldigen.

Viroïden zijn ziekteverwekkers bij planten, zoals aardappel, tomaat, komkommer en hop. Viroïden

worden ook kunstmatig gemaakt voor gebruik bij genetische manipulatie. Onder bepaalde

omstandigheden is het mogelijk een virus kunstmatig te degenereren tot een viroïde, die dan alleen

nog uit nucleïnezuur dat zichzelf kan vermeerderen bestaat. Anders gezegd zo'n viroïde is een naakt

virus. Als deze viroïde samen met het oorspronkelijke virus kunstmatig vermeerderd wordt onder

toevoeging van nucleïnezuren en aminozuren, krijgen de viroïden de overhand doordat ze zich

sneller vermeerderen.

Bacteriën

De bacteriën of Bacteria (enkelvoud bacterium) vormen een domein van eencellige, soms in kolonies

levende micro-organismen. Een bacterie is een prokaryoot en heeft dus geen celkern. Het erfelijke

materiaal zweeft rond in het cytoplasma. Het DNA bestaat meestal uit één enkel ringvormig

chromosoom, vaak vergezeld van een of meer plasmiden, die eveneens genetische informatie

bevatten. Bacteriën kunnen onderling plasmiden uitwisselen (conjugatie d.m.v. een sexpili),

waardoor zij recombineren. Op deze wijze ontstaan voortdurend nieuwe bacterievariëteiten.

Bacteriën zijn zo klein dat zij alleen onder een microscoop zichtbaar zijn. Een belangrijke eigenschap

van bacteriën is, dat zij zich snel kunnen vermeerderen. De Bacteria werden vroeger Eubacteria

genoemd. In het algemene spraakgebruik wordt meestal geen onderscheid gemaakt tussen Bacteria

("gewone" bacteriën) en Archaea (oerbacteriën), die tezamen de groep prokaryoten vormen. In de

taxonomie vormen de Bacteria echter een afzonderlijk domein.

Celwanden van bacteriën en Archaea

Een belangrijk kenmerk van bijna alle prokaryoten zijn hun celwand. Deze zorgt dat de cel zijn vorm

behoudt en geeft hem bescherming tegen zijn omgeving, zodat hij niet zal knappen ik een

hypotonische omgeving. Bacteriële celwanden bevatten peptidoglycaan, een netwerk van

polysachariden, cross-linked door polypeptiden. Peptidoglycaan of mureïne is een driedimensionaal

netwerk van één gigantisch molecuul, dat de celwand van een bacterie verstevigt, waardoor het

tevens de vorm van de cel bepaalt. Archaea bevatten wel polysachariden, maar geen

peptidoglycaan.

Page 10: Colleges gemetica 2011 Rijksuniversiteit Groningen Niek Groot 1 ...

Colleges gemetica 2011 Rijksuniversiteit Groningen Niek Groot

10

Gram kleuring

Gram-kleuring is een methode om

bacteriën te kleuren om ze onder een

lichtmicroscoop zichtbaar te maken

en als hulpmiddel bij het herkennen

van soorten.Met behulp van deze

methode gekleurd, vallen bacteriën

namelijk uiteen in twee verschillend

aankleurende groepen, die men

Gram-negatief (rood) of Gram-positief

(blauwpaars) noemt. Dit verschil in

kleur wordt veroorzaakt door het

verschil in membraan. Omdat gram

positieve bacteriën geheel omringt

zijn door peptidoglycaan, zal de gram

kleuring beter aan deze bacteriën blijven hechten, dan aan gram negatieve bacterien. Gram

negatieve bacteriën kunnen giftig zijn, en hebben meer kans om antibioticaresistent te worden. Ook

zitten er nog carbonhydraatgroepen of lipopolysacharidegroepen op het gram negatieve membraan.

Dit staat duidelijker in de dia’s, kan geen duidelijkere afbeelding op het internet vinden.

Page 11: Colleges gemetica 2011 Rijksuniversiteit Groningen Niek Groot 1 ...

Colleges gemetica 2011 Rijksuniversiteit Groningen Niek Groot

11

Genetica 3 oktober 2011

dr. Kuipers en dr. Beukeboom

Recombinatie

Met recombinatie wordt in de genetica de

herschikking van de genetische eigenschappen van

een individu aangeduid. Het gevolg hiervan is dat het

nageslacht een andere combinatie van genen heeft

dan elk van beide ouder-individuen.

In de moleculaire biologie wordt recombinatie in

nauwere zin gebruikt als het gevolg van een crossing-

over. Daarbij worden genen die gelinkt zijn (doordat

ze op hetzelfde chromosoom liggen) tijdens de

meiose, verdeeld over twee homologe chromosomen.

De link tussen beide genen wordt in dit proces verbroken. Dit proces wordt gekatalyseerd door

enzymen met de naam recombinase.

De eenheid van recombinatie is de morgan (M). Een recombinatie van 0 M betekent dat twee genen

naar alle waarschijnlijkheid niet zullen recombineren, een recombinatie van 1 M betekent dat twee

genen vrijwel zeker zullen recombineren. In de praktijk wordt deze het vaakst uitgedrukt in cM

(centimorgan), waarbij 1 cM staat voor 1% kans per generatie op recombinatie door crossing-over.

Euploïd

Het hebben van een normaal aantal chromosomen in elke cel. In totaal heeft de mens 46

chromosomen. Chromosomen zijn grote moleculen DNA waarop al ons genetische informatie staat

Polyploïd

Drie of meer malen het haploïde aantal chromosomen bezittend. Triploïde individuen of cellen

bezitten 3 maal een chromosomenset en tetraploïde individuen vier maal een haploïd stel

chromosomen.

Autopolyploid: een polyploïd ontstaan door het verdubbelen van één enkel genoom

Allopolyploid (=amphidiploid): een polyploïd ontstaan door het samenkomen van twee

chromosoomsets

Aneuploïd

Van een celkern die een of meer chromosomen mist of teveel bevat. Dit verschijnsel wordt

veroorzaakt doordat een homoloog paar zich niet gedeeld heeft of een chromosoom zich niet in

tweeën gedeeld heeft.

Page 12: Colleges gemetica 2011 Rijksuniversiteit Groningen Niek Groot 1 ...

Colleges gemetica 2011 Rijksuniversiteit Groningen Niek Groot

12

Non-disjunctie

Non-disjunctie is een biologische term die duidt op een onjuiste verdeling van de chromosomen

tijdens een meiose- of mitosedeling. Bij 4n krijgen normaal beide cellen tijdens de deling twee

chromosomen toegedeeld. Bij non-disjunctie kan dit een andere verdeling geven zoals Cel A: 1

chromosoom met Cel B: 3 chromosomen. Andersom is ook mogelijk.

Ter gevolge hiervan kunnen strenge mutaties optreden in de cel. In de bio-industrie wordt hier

gebruik van gemaakt. Door een bepaalde stof toe te dienen kan de deling zo beïnvloed worden dat

alle chromosomen naar 1 cel richten. Dan krijgt elke cel in de plant als ware een dubbel aantal

chromosomen, wat grotere bladeren en vruchten als gevolg heeft. Dit wordt dan een tetraploïde

plant genoemd.

Voorbeelden van fenomenen ten gevolge van non-disjunctie zijn het syndroom van Down en het

syndroom van Klinefelter. In 95% van de gevallen is het syndroom van Down te wijten aan een non-

disjunctie tijdens de meiose

Chromosomale veranderingen

Deletion: de deletie van een chromosoomsegment

Duplication: meer dan één kopie van een chromosoomsegment in een chromosoomset

Inversion: een chromosomale mutatie waarbij een chromosoom segment verwijderd is, 180°

gedraaid, en terug ingezet is in het chromosoom

Translocation: de verandering van plaats van een chromosoomsegment

Page 13: Colleges gemetica 2011 Rijksuniversiteit Groningen Niek Groot 1 ...

Colleges gemetica 2011 Rijksuniversiteit Groningen Niek Groot

13

Single nucleotide polymorphism

Enkel-nucleotide polymorfisme (Engels: Single

nucleotide polymorphism, afgekort als SNP,

uitgesproken als snip) betreft een variatie in het

DNA - een polymorfisme - van een enkele

nucleotide lang. Op één plaats in het genoom kan

men dan bij verschillende mensen een ander

nucleotide aantreffen. Er wordt bijvoorbeeld van

een SNP gesproken als de DNA-volgorde op een

bepaalde plaats op een chromosoom zowel

AAGCCTA als AAGCTTA kan zijn. De variant die het

minst voorkomt, heet het "minor allele".

De betekenis van het hebben van een SNP is vaak

onduidelijk. De meeste zijn waarschijnlijk

"onschuldig", dat wil zeggen dat het hebben van de

zeldzame variant van de SNP géén voordeel maar

ook géén nadeel oplevert voor het organisme. SNPs

ontstaan door kleine foutjes in de DNA replicatie, en kunnen zich in de populatie handhaven en

uitbreiden, juist omdat ze geen nadeel opleveren voor het organisme dat zo'n variant met zich

meedraagt.

Ongeveer 90% van alle genetische variaties in het menselijke genoom zijn SNP's. Er wordt

tegenwoordig geschat dat een mens op elke 1300 nucleotiden in zijn DNA een SNP heeft; en dat er

zo'n vijf miljoen verspreid over het hele menselijke genoom aanwezig zijn. SNP's zijn niet regelmatig

over het genoom verdeeld, maar komen vooral veel voor in bepaalde gebieden. Bij twee derde van

de SNP's is de nucleotide cytosine vervangen door de nucleotide thymine.

Short tandem repeat

Short tandem repeats (STR’s) of short tandem repeat polymorphisms (STRP's) (Engels: korte

herhalingen achter elkaar) zijn vaak 2, 3 of 4 nucleotiden lang ( di, tri en tetranucleotiden repeats ) en

worden gemiddeld 10 tot 100 keer herhaald. Ze komen voor in de intronen of in het junk-DNA. De

STR’s worden dus niet vertaald naar eiwitten, maar horen wel aanwezig te zijn voor het functioneren

van een gen.

Als STR’s te lang of te kort zijn kan dit een ziekte of aandoening ten gevolgen hebben doordat de

functie van het gen dat in de buurt ligt verstoord wordt. De eerst gevonden en meest voorkomende

repeat is: CA CA CA. Deze komt om de paar duizend basenparen voor.

STR’s zijn zeer polymorf en het aantal repeats in een bepaalde STR verschilt van persoon tot persoon.

Dit komt doordat er gemakkelijk een repeat bij gemaakt kan worden (insertie) of dat er een

verwijderd wordt (deletie). STR’s worden dan ook gebruikt bij vaderschapstests en bij de identificatie

van personen, omdat iedereen een uniek profiel heeft van de lengte van verschillende STR’s. Er

komen verschillende soorten STR’s voor van simpel CA CA CA tot zeer complex GTACATG GTACATG

GTACAGT.

Page 14: Colleges gemetica 2011 Rijksuniversiteit Groningen Niek Groot 1 ...

Colleges gemetica 2011 Rijksuniversiteit Groningen Niek Groot

14

Operonmodel

Een operon bestaat uit een promotor, operator(en) en meerdere (structurele) genen, die coderen

voor proteïnen met verwante functies. Afhankelijk van het specifieke operon kunnen verschillende

regulatorische proteïnen (repressoren of activatoren), afhankelijk van de wisselwerking met uit de

cel opgenomen of in de cel gevormde stoffen (liganden of effectormoleculen), met de operatoren

reageren en daardoor de transcriptie

van het gen in het operon aan- of

uitschakelen. Hierdoor wordt de

synthese van het betreffende mRNA

(messenger-RNA) door translatie

geactiveerd of uitgeschakeld.

Page 15: Colleges gemetica 2011 Rijksuniversiteit Groningen Niek Groot 1 ...

Colleges gemetica 2011 Rijksuniversiteit Groningen Niek Groot

15

Genetica 13 oktober 2011

dr. Beukeboom

Allelen

Van elk gen zijn meerdere uitvoeringen mogelijk. Elke uitvoering wordt een allel (meervoud allelen)

of Mendeliaanse erffactor genoemd.

Als een organisme voor een bepaald gen twee gelijke allelen heeft, dan noemt men dit een

homozygoot organisme. Als het twee verschillende allelen heeft, noemt men het organisme

heterozygoot.

Een voorbeeld hiervan bij de mens zijn de allelen die de bloedgroep bepalen. Het gen dat codeert

voor de bloedgroep komt namelijk in drie vormen voor: het allel voor bloedgroep A, het allel voor

bloedgroep B en het allel voor bloedgroep 0 (nul). De bepaling van de bloedgroep zelf gebeurt dan

door de aanwezigheid van de twee allelen.

Chromosomen

Bij diploïde organismen, ook bij de mens, komen chromosomen voor in paren van homologe

chromosomen, waarbij één exemplaar van de moeder komt en het andere van de vader. Homologe

chromosomen hebben een gelijke opbouw, maar zijn niet identiek.

Gewoonlijk heeft een mens 46 chromosomen (23 paar). Bij de celdeling verdubbelt ieder

chromosoom zich en bestaat dan tijdelijk uit twee identieke chromatiden. De celkern bevat dan 92

chromatiden. Als de chromatiden van elkaar gescheiden zijn blijven er 92 dochterchromosomen

over, die later verdeeld worden over twee dochtercellen, zodat elke cel weer 46 chromosomen

heeft.

Hardy en Weinberg

De wet van Hardy-Weinberg of het Hardy-Weinberg-theorema is een wetmatigheid uit de

populatiegenetica. Het werd genoemd naar de Britse wiskundige Godfrey Harold Hardy en de Duitse

natuurkundige Wilhelm Weinberg, die het principe in 1908 onafhankelijk van elkaar ontdekten. Aan

de hand van deze wet kun je uitgaande van het fenotype, de frequentie van de genotypes

berekenen, en omgekeerd.

Page 16: Colleges gemetica 2011 Rijksuniversiteit Groningen Niek Groot 1 ...

Colleges gemetica 2011 Rijksuniversiteit Groningen Niek Groot

16

Micro evolutie

Ontwikkelingen, genetische veranderingen in het individu en in de volgende generaties bestaan

inderdaad. Goede voorbeelden daarvoor zijn vorming van rassen binnen een biologische soort. Zo

zijn uit de soort wolf (Canis lupus) honderden hondenrassen, van de Pekingees tot aan de Sint-

Bernard voortgekomen. Hond blijft echter hond. Dat is micro-evolutie.

Macro evolutie

Macro-evolutie is nog nooit gesignaleerd of bewezen, ze is echter essentieel voor geloof in evolutie.

Macro-evolutie is nadrukkelijk géén grotere versie van micro-evolutie. Micro-evolutie gaat om het

toevalsgewijs aanpassen of verwarren van bestaande genen (en dus genetische verarming); macro-

evolutie gaat om het toevalsgewijs creëren van nieuwe intelligentie en nieuwe genen. Als mensen

zeggen dat evolutie niet mogelijk is, doelen zij op macro-evolutie, nooit op micro-evolutie. Macro-

evolutie kun je tot evolutie afkorten.

Charles Darwin (held)

Darwin is vooral bekend van zijn theorie dat evolutie van soorten wordt gedreven door natuurlijke

selectie. Dankzij zijn nauwkeurige onderbouwing en de grote hoeveelheid bewijzen die hij vond,

zorgde Darwin ervoor dat het bestaan van evolutie nog tijdens zijn leven binnen de

wetenschappelijke gemeenschap algemeen geaccepteerd werd. De acceptatie van natuurlijke

selectie als aandrijvend mechanisme liet langer op zich wachten, maar is tegenwoordig ook

onomstreden.

Fenotypische variatie

Fenotypische plasticiteit komt bij alle organismen voor en is er in allerlei eigenschappen zoals

uiterlijke kenmerken (kleur, grootte of vorm van organismen), maar ook in gedrag, zoals reproductie,

levensduur en groeisnelheid. Zulke eigenschappen kunnen worden beïnvloed door verschillende

omgevingsfactoren, bijvoorbeeld temperatuur, licht, voedselaanbod, dichtheid aan soortgenoten,

aanwezigheid van predatoren. Enkele bekende voorbeelden van plasticiteit zijn de strekreflex van

planten onder lichtarme omstandigheden (afbeelding 1), of de temperatuursafhankelijke

geslachtsbepaling bij reptielen. In deze voorbeelden is een omgevingsfactor tijdens de ontwikkeling

of groei van blijvende invloed op het individu, we noemen dit irreversibele (onomkeerbare)

plasticiteit.

Common garden experiment

Transplant experiment known as a common garden experiment, (although this term is more plant

specific) is an experiment where one or more organisms are moved from one environment to

another environment. In a usual common garden experiment, two species of plants growing in their

native environments would both be transplanted in a common environment. A reciprocal transplant

involves introducing organisms from each of two or more environments into the other(s).

Berekenen aantal genotypes

Het aantal mogelijke genotypes kan berekend worden met de volgende

formule. Hierin is g het aantal mogelijke genotypen, a het aantal allelen per

locus en n het aantal loci.

Page 17: Colleges gemetica 2011 Rijksuniversiteit Groningen Niek Groot 1 ...

Colleges gemetica 2011 Rijksuniversiteit Groningen Niek Groot

17

Locus

In the fields of genetics and genetic computation, a locus (plural loci) is the specific

location of a gene or DNA sequence on a chromosome. A variant of the DNA

sequence at a given locus is called an allele. The ordered list of loci known for a

particular genome is called a genetic map. Gene mapping is the procession of

determining the locus for a particular biological trait.

Diploid and polyploid cells whose chromosomes have the same allele of a given gene

at some locus are called homozygous with respect to that gene, while those that

have different alleles of a given gene at a locus, heterozygous with respect to that gene.

Heterozygotie

Deze theorie werd door Shull in 1914 gepubliceerd en is de meest geaccepteerde. De planten van

zelfbevruchtende gewassen of inteeltlijnen van kruisbevruchtende gewassen zijn voor een groot

gedeelte homozygoot. Van een gen komt of het AA- of het aa-allel voor. Voor een volgend gen BB of

bb enz. In een plant zal gewoonlijk niet AABBCCDD enz. of aabbccdd enz. voorkomen, maar zal dit

van gen tot gen verschillen in een grote of een kleine letter. Door kruising ontstaan planten die van

veel genen de beide verschillende allelen bezitten. AaBbCcDd enz. heeft zo de beste groeikracht. Niet

alle inteeltlijnen zijn even geschikt voor het maken van een hybride. Daarom moet via

proefkruisingen gezocht worden naar inteeltlijnen die een goede combinatie geschiktheid hebben.

Polymorfisme

Een polymorfisme is een veranderde nucleotidencode voor een bepaald gen die bij een dusdanig

groot percentage van de populatie voorkomt dat niet meer van een mutatie kan worden gesproken.

Volgens de definitie komen polymorfismen bij meer dan 1% van de populatie voor. In geval van meer

zeldzame genveranderingen (voorkomen minder dan 1%) wordt van mutaties gesproken.

Voorwaarden Hardy-Weinberg

Deze wet geldt enkel als de populatie in evenwicht is. Dit betekent dat

de populatie voldoende groot is

de individuen geheel willekeurig paren (m.a.w. er is geen seksuele selectie)

er geen genetische selectie plaatsvindt

er geen mutaties optreden

er geen migratie uit of in de populatie plaatsvindt

er geen sprake is van genetische drift

Dit zijn relatief zware voorwaarden. Het komt in de praktijk dan ook maar weinig voor dat volledig

aan de voorwaarden is voldaan. Dit is vooral te danken aan de voorwaarde dat er geen mutaties op

mogen treden, aangezien organismen over het algemeen te maken hebben met eindeloos veel

mutaties per dag (onder meer door crossing-over en willekeurige divergentie van gepaarde

homologe chromosomen tijdens meiose I). Hierdoor is de kans op een grootschalige mutatie te groot

om aan deze voorwaarde te voldoen.

Page 18: Colleges gemetica 2011 Rijksuniversiteit Groningen Niek Groot 1 ...

Colleges gemetica 2011 Rijksuniversiteit Groningen Niek Groot

18

Genetica 14 oktober 2011

dr. Beukeboom

Mutaties

Grote delen van het DNA hebben geen duidelijke functie: het zogenaamde junk-DNA. Mutaties in

deze gedeelten hebben meestal weinig gevolgen: ze veranderen het genotype, maar niet het

fenotype. Een dergelijke onschuldige of neutrale mutatie wordt ook wel een polymorfisme genoemd.

Wanneer echter een mutatie optreedt in een coderend gedeelte van een gen, dan kunnen er wel

duidelijke gevolgen zijn. Door mutaties kunnen nieuwe allelen en genen ontstaan, waardoor de

erfelijke eigenschappen van een organisme veranderen. Mutaties zorgen dus voor genetische

variatie, en spelen daarom een belangrijke rol bij de evolutie van het leven. Daarnaast zijn door

verdubbeling van het aantal chromosomen nieuwe soorten ontstaan, zoals bij Brassica, Triticum en

Musa. Door middel van natuurlijke selectie kunnen gunstige mutaties zich door een populatie

verspreiden, en wordt de verspreiding van ongunstige mutaties tegengegaan. 'Neutrale' mutaties

zullen zich volgens statistische processen door een populatie verspreiden, dit wordt genetic drift

genoemd.

Migratie

Migratie is het biologisch verschijnsel dat ontstaat wanneer levende wezens van een leefgebied naar

een ander verhuizen.

Gene flow

In population genetics, gene flow

(also known as gene migration) is the

transfer of alleles of genes from one

population to another. Migration into

or out of a population may be

responsible for a marked change in

allele frequencies (the proportion of

members carrying a particular variant of a gene). Immigration may also result in the addition of new

genetic variants to the established gene pool of a particular species or population. There are a

number of factors that affect the rate of gene flow between different populations. One of the most

significant factors is mobility, as greater mobility of an individual tends to give it greater migratory

potential. Animals tend to be more mobile than plants, although pollen and seeds may be carried

great distances by animals or wind. Maintained gene flow between two populations can also lead to

a combination of the two gene pools, reducing the genetic variation between the two groups. It is for

this reason that gene flow strongly acts against speciation, by recombining the gene pools of the

groups, and thus, repairing the developing differences in genetic variation that would have led to full

speciation and creation of daughter species.

Genetische drift

Genetische drift is de willekeurige verspreiding van genen bij de sexuele en asexuele voortplanting.

Het betreft het statistische proces dat voortvloeit uit de invloed van toeval op de verspreiding van

genen. Genetische drift zorgt ervoor dat de frequentie van een allel binnen een populatie kan

toenemen of afnemen, en is daarmee een belangrijk mechanisme van evolutie. Genetische drift

Page 19: Colleges gemetica 2011 Rijksuniversiteit Groningen Niek Groot 1 ...

Colleges gemetica 2011 Rijksuniversiteit Groningen Niek Groot

19

heeft als tendens dat organismen homozygoot worden: óf een allel wordt zelf verwijderd uit een

populatie, óf het allel verdrijft alle andere allelen uit een populatie.

De invloed van genetische drift is groter naarmate een populatie kleiner is. Genetische drift is in

zekere zin antagonistisch ten opzichte van natuurlijke selectie: hoe groter de rol van natuurlijke

selectie, hoe kleiner de rol van genetische drift. Genetische drift speelt dus vooral een rol bij

zogenaamde neutrale allelen: allelen die geen positieve of negatieve invloed hebben op de fitness

(voortplantingssucces) van een organisme.

Founder/stichter effect

Het stichtereffect of founder effect is de invloed die de stichtende individuen hebben op de

genenpool van de populatie die uit hun nakomelingen bestaat. Als bijvoorbeeld de bevolking van een

eiland is voortgekomen uit een beperkt aantal pioniersfamilies, dan zullen bepaalde genetische en de

(daarmee samenhangende) uiterlijke kenmerken van de hele populatie sterk verschillen van een

doorsneebevolking.

Inteelt

Inteelt is een wetenschappelijk begrip dat inhoudt het kruisen

binnen een soort, ondersoort of ras van nauw aan elkaar

verwante individuen. Als de inteelt toeneemt, verhoogt het

aantal homozygote genenparen en vermindert het aantal

heterozygote genenparen (opzoeken waarom!). In iedere

populatie zitten er minder goede genen. Bij een verhoging van

het aantal homozygote genenparen, verhogen ongewild ook

het aantal homozygote genenparen met minder goede genen.

Hierdoor vermindert de vruchtbaarheid, verkort de

gemiddelde gezonde levensduur, vermindert het

uithoudingsvermogen en verhoogt de gevoeligheid voor

ziekten en allergieën.

Page 20: Colleges gemetica 2011 Rijksuniversiteit Groningen Niek Groot 1 ...

Colleges gemetica 2011 Rijksuniversiteit Groningen Niek Groot

20

(Natuurlijke) selectie

Natuurlijke selectie is een mechanisme dat in de natuur evolutie veroorzaakt. Natuurlijke selectie

houdt in dat organismen die beter in hun omgeving passen, meer kans hebben om te overleven en

voor nakomelingen te zorgen dan minder goed aangepaste organismen. Hierdoor zal het type van

het best aangepaste organisme beter overleven en steeds meer de overhand nemen in de populatie

"survival of the fittest".

Fitness

Fitness is een begrip uit de (populatie)biologie -en

ecologie. Het heeft betrekking op de relatieve

toename van één of meer allelen (varianten van één

gen) of van het aantal nakomelingen van een individu

of een groep met een bepaald genotype in de

volgende generatie ten opzichte van die van andere

genen, individuen of groepen. Over het algemeen

duidt een fitness van 1 op stabiliteit, een fitness

groter dan 1 duidt op een toename van een allel ten

opzichte van andere allelen in de volgende generaties

of de toename van de groep met een bepaald

genotype ten opzichte van andere groepen.

Voorbeeld: Stel we hebben in een populatie een generatie met 150 bruine konijnen en 50 zwarte

konijnen en in de volgende generatie zien we 180 bruine konijnen en 55 zwarte konijnen, dan is de

fitness van bruine konijnen in deze populatie 1,021 ((180/235)/(150/200)) Als er genetisch materiaal

beschikbaar is wordt er meestal met genfrequenties gewerkt, maar dat werkt op precies dezelfde

manier, alleen is het dan mogelijk om per gen de fitness te bepalen.

Page 21: Colleges gemetica 2011 Rijksuniversiteit Groningen Niek Groot 1 ...

Colleges gemetica 2011 Rijksuniversiteit Groningen Niek Groot

21

Kunstmatige selectie

Kunstmatige selectie is in de biologie het mechanisme waarmee bepaalde eigenschappen of een

combinatie van eigenschappen bewust worden geselecteerd bij het fokken van dieren of veredeling

van planten. Het begrip werd voor het eerst gebruikt door Charles Darwin. Darwin zag dat veel

gedomesticeerde soorten eigenschappen hebben die opzettelijk door de mens zijn geselecteerd bij

het fokken of kweken. De mens selecteert alleen de individuen met de gunstige eigenschappen om

nageslacht te krijgen, zodat deze eigenschappen steeds vaker voor gaan komen.

Gerichte selectie

In population genetics, directional

selection is a mode of natural

selection in which a single phenotype

is favored, causing the allele

frequency to continuously shift in one

direction. Under directional selection,

the advantageous allele increases in

frequency independently of its

dominance relative to other alleles;

that is, even if the advantageous

allele is recessive, it will eventually

become fixed.

Page 22: Colleges gemetica 2011 Rijksuniversiteit Groningen Niek Groot 1 ...

Colleges gemetica 2011 Rijksuniversiteit Groningen Niek Groot

22

Frequention-dependent selection

Frequency-dependent selection is the term

given to an evolutionary process where the

fitness of a phenotype is dependent on its

frequency relative to other phenotypes in a

given population. In positive frequency-

dependent selection (or purifying frequency-

dependent selection) the fitness of a phenotype

increases as it becomes more common. In

negative frequency-dependent selection (or

diversifying frequency-dependent selection) the

fitness of a phenotype increases as it becomes

rarer.

Page 23: Colleges gemetica 2011 Rijksuniversiteit Groningen Niek Groot 1 ...

Colleges gemetica 2011 Rijksuniversiteit Groningen Niek Groot

23

Genetica 14 oktober 2011

dr. Oscar Kuipers

Operon

Een operon bestaat uit een promotor, operator(en) en meerdere (structurele) genen, die coderen

voor proteïnen met verwante functies. Afhankelijk van het specifieke operon kunnen verschillende

regulatorische proteïnen (repressoren of activatoren), afhankelijk van de wisselwerking met uit de

cel opgenomen of in de cel gevormde stoffen (liganden of effectormoleculen), met de operatoren

reageren en daardoor de transcriptie van het gen in het operon aan- of uitschakelen. Hierdoor wordt

de synthese van het betreffende mRNA (messenger-RNA) door translatie geactiveerd of

uitgeschakeld.

Lac operon

Het lac-operon is een operon dat voor de regulatie van de afbraak van lactose zorgt en voorkomt in

onder andere de bacterie Escherichia coli. Het lac-operon wordt beschouwd als het voorbeeld van

prokaryotische genregulatie. Het lac-operon is een stukje DNA, dat voor de afbraak van lactose de

benodigde enzymen produceert. Als er geen lactose in de omgeving van de bacterie voorkomt gaat

een lac-onderdrukker (lac repressor) aan een gedeelte van het operon, de operator, vastzitten,

waardoor er geen enzymen gevormd kunnen worden voor de afbraak van lactose. Er zal uiteindelijk

β-galactosidase, worden aangemaakt, dat lactose in D-galactose en D-glucose splitst,

Page 24: Colleges gemetica 2011 Rijksuniversiteit Groningen Niek Groot 1 ...

Colleges gemetica 2011 Rijksuniversiteit Groningen Niek Groot

24

Tryptofaan operon

Trp operon is an operon - a group of genes that are used, or transcribed, together - that codes for the

components for production of tryptophan. The Trp operon is present in many bacteria, but was first

characterized in Escherichia coli. It is regulated so that when tryptophan is present in the

environment, it is not used. It was an important experimental system for learning about gene

regulation, and is commonly used to teach gene regulation.

Corepressor

Een corepressor is een molecuul dat samenwerkt met een repressor om een operon uit te schakelen.

Een repressible operon is een operon dat gebruikelijk aanstaat, tenzij er een repressor bindt

(bijvoorbeeld het trp-operon). Een inducible operon is een operon dat gebruikelijk uitgeschakeld is.

Een zogenaamde inducer zal de repressor inactiveren en de transcriptie laten verlopen (bijvoorbeeld

het lac operon).

Page 25: Colleges gemetica 2011 Rijksuniversiteit Groningen Niek Groot 1 ...

Colleges gemetica 2011 Rijksuniversiteit Groningen Niek Groot

25

Catabolite activator protein (CAP)

The Escherichia coli catabolite gene activator protein (CAP) is a DNA binding protein involved with

the transcription of several genes, including those that code for enzymes involved in the metabolism

of certain sugars (i.e. lactose, maltose, and arabinose.) Basically, CAP is responsible for the global

regulation of carbon utilization. Upon binding cAMP (adenosine 3', 5' monophosphate, or cyclic

AMP), CAP binds to a conserved DNA sequence from which it can either activate or repress

transcription initiation from various promoters. In some cases clusters of several promoters are all

controlled by a single cAMP-CAP complex bound to the DNA.

Once CAP has bound cAMP, the protein exhibits a higher affinity for a specific conserved DNA

sequence. When the intracellular level of cAMP increases, the second messenger is bound by CAP

and the cAMP-CAP complex binds to the DNA. Once bound, it is able to stimulate the transcription of

the aforementioned genes. DNA bound by the CAP-cAMP complex is bent by ~90 degrees. This DNA

bend, coupled with a protein-protein interaction between CAP and RNA polymerase is thought to be

the mechanism by which CAP regluates transcription initiation on the chromosome.

Onthouden: Laag glucosegehalte veel cAMP

Page 26: Colleges gemetica 2011 Rijksuniversiteit Groningen Niek Groot 1 ...

Colleges gemetica 2011 Rijksuniversiteit Groningen Niek Groot

26

Histonen

Nucleosomen dienen twee belangrijke doelen in de celkern. Als eerste zorgen ze door het vormen

van de kleinste samenballing (spiralisering), dat het dubbelstrengs DNA (dsDNA), dat enkele meters

lang is, in de celkern past. Daarnaast zijn ze belangrijk voor de werking van de transcriptie, doordat

ze er voor zorgen dat het RNA polymerase zich niet hecht aan promotors van genen, die voor de

translatie op dat moment niet nodig zijn. Door verschuiving van een nucleosoom als gevolg van

bepaalde enzymen kunnen nieuwe genen afgelezen worden. Nucleosomen zijn ook de belangrijkste

dragers van epigenetisch overervende informatie.

DNA-methylering

DNA-methylering of DNA-methylatie is een epigenetisch (omkeerbaar genetisch proces dat niets

verandert aan de DNA sequenties) proces waarbij een methylgroep (basisstructuur (CH3) aan een

DNA-molecuul wordt toegevoegd. Hierdoor verandert de structuur van het DNA, dat hierdoor niet

langer afleesbaar is tijdens bijvoorbeeld een transcriptie.

Initiatie, terminatie, promotors en enhancers

Dit heb ik uitgewerkt in de samenvatting van de colleges biochemie 2011. Hier wordt het iets minder

gedetailleerd verteld, maar het is nog wel handig om het nog een keer door te kijken.

Coordinately controlled genes in eukaryotes

Unlike the genes of a prokaryotic operon, each of the

coordinately controlled eukaryotic genes has a promoter

and control elements. These genes can be scattered over

different chromosomes, but each has the same

combination of control elements. Copies of the activators

recognize specific control elements and promote

simultaneous transcription of the genes.

Proteasoom

Het proteasoom is een groot eiwitcomplex dat als

belangrijkste functie heeft andere eiwitten, die overbodig

of beschadigd zijn, af te breken. Proteasomen komen

voor bij alle eukaryoten en archaea, en bij sommige

bacteriën. In eukaryoten komen ze voor in de celkern en

het cytoplasma. Het proteasoom is een zogenaamde

protease, een enzym dat de peptidebindingen tussen de

aminozuren in een eiwit kan laten verbreken. Een eiwit

dat afgebroken moet worden, wordt gemarkeerd met het

eiwit ubiquitine.

Page 27: Colleges gemetica 2011 Rijksuniversiteit Groningen Niek Groot 1 ...

Colleges gemetica 2011 Rijksuniversiteit Groningen Niek Groot

27

miRNA

miRNA (microRNA) is een vorm van niet-coderend RNA van 20 tot 25 nucleotiden lang en is

onderdeel van de mechanismen die de expressie van genen reguleren. miRNA behoort samen met

siRNA (small interfering RNA) tot de RNA interferentie mechanismen. miRNA is complementair aan

een stukje sequentie van één of meerdere mRNA’s in het gebied 3' UTR. Door op deze plaats een

dubbele streng met het mRNA te vormen wordt het aflezen (translatie) van het mRNA

tegengehouden.Het DNA gedeelte dat codeert voor een miRNA is langer dan het miRNA en bevat

ook een tegengesteld complement.

Wanneer dit DNA wordt afgelezen in

een enkelstrengs miRNA vormt het

miRNA met de complementaire

gedeelten een dubbelstrengs lus in

de vorm van een haarspeld en vormt

zo een primaire miRNA structuur

(pri-miRNA).

Celdifferentiatie

Proces waarbij uit betrekkelijk

eenvoudige cellen nieuwe cellen met

zeer specifieke functies voortkomen.

In het dierlijk organisme ontwikkelen

sommige cellen zich tot bloedcellen,

andere tot spiercellen, levercellen, zenuwcellen enzovoort. In

planten zijn wortelcellen, stengelcellen, bladcellen, pollen

enzovoort te onderscheiden. Bij het ontstaan van een foetus uit

een bevrucht ei vindt eerst differentiatie plaats van cellen; hieruit

worden vervolgens weefsels gevormd. Organen, zoals nier en

lever bestaan uit verschillende weefseltypen.

An egg’s cytoplasm contains RNA, proteins, and other substances

that are distributed unevenly in the unfertilized egg. Cytoplasmic

determinants are maternal substances in the egg that influence

early development. As the zygote divides by mitosis, cells contain

different cytoplasmic determinants, which lead to different gene

expression. The other important source of developmental

information is the environment around the cell, especially signals

from nearby embryonic cells.In the process called induction,

signal molecules from embryonic cells cause transcriptional changes in nearby target cells. Thus,

interactions between cells induce differentiation of specialized cell types

Page 28: Colleges gemetica 2011 Rijksuniversiteit Groningen Niek Groot 1 ...

Colleges gemetica 2011 Rijksuniversiteit Groningen Niek Groot

28

Determinatie

During embryonic development, cells become visibly different in structure and function as they

differentiate. The earliest changes that set a cell on a path to specialization show up only at the

molecular level. Molecular changes in the embryo drive the process, called determination, that leads

to the observable differentiation of a cell. Once it has undergone determination, an embryonic cell is

irreversibly committed to its final fate. The outcome of determination—observable cell

differentiation—is caused by the expression of genes that encode tissue-specific proteins. These

proteins give a cell its characteristic structure and

function. Differentiation begins with the

appearance of cell-specific mRNAs and is eventually

observable in the microscope as changes in cellular

structure. In most cases, the pattern of gene

expression in a differentiated cell is controlled at

the level of transcription. Cells produce the proteins

that allow them to carry out their specialized roles

in the organism. For example, liver cells specialize in

making albumin, while lens cells specialize in

making crystalline. Similarly, skeletal muscle cells

have high concentrations of proteins specific to

muscle tissues, such as a muscle-specific version of

the contractile proteins myosin and actin.

Myoblast voorbeeld

Myoblasten zijn cellen die aan de randen

van spiervezels zitten en te hulp schieten als

er een stukje spier beschadigd is. Ze delen

zich en zorgen er zo voor dat de spier weer

herstelt.

Myoblasts produce muscle-specific proteins

and form skeletal muscle cells. MyoD is one

of several “master regulatory genes” that

produce proteins that commit the cell to

becoming skeletal muscle. The MyoD

protein is a transcription factor that binds to

enhancers of various target genes.

Page 29: Colleges gemetica 2011 Rijksuniversiteit Groningen Niek Groot 1 ...

Colleges gemetica 2011 Rijksuniversiteit Groningen Niek Groot

29

Bicoid protein

One maternal effect gene, the bicoid gene, affects the front half of the body. An embryo whose

mother has a mutant bicoid gene lacks the front half of its body and has duplicate posterior

structures at both ends. This phenotype suggests that the product of the mother’s bicoid gene is

concentrated at the future anterior end.This hypothesis is an example of the gradient hypothesis, in

which gradients of substances called morphogens establish an embryo’s axes and other features.

Kanker

Ik heb kanker uitgebreid behandeld in de samenvatting over de colleges celbiologie 2011. Als je het

niet snapt, moet je die nog even doorlezen.

P53

Een belangrijk eukaryoot tumorsuppressorgen is p53. Dit eiwit staat centraal in een signaalcascade

die de celgroei en apoptose reguleert. Het is dus van belang in de celcyclus. Bij celschade heeft het

dus 2 'keuzes': het stopzetten van de celgroei in de G1-fase (waarbij het DNA hersteld kan worden) of

apoptose (als de schade te erg is).

Wanneer het DNA kleine schade heeft opgelopen, zal het p53 eiwit actief worden en de celdeling

tegenhouden doordat het zorgt voor de transcriptie en translatie van het p21 gen. Dit gen is

verantwoordelijk voor de aanmaak van het eiwit p21. Het p21 eiwit is een zogenaamd CdK inhibitor

protein. Het zal binden met CdK/cycline-complexen waardoor deze inactief worden en de celdeling

stopt. Indien de schade te groot is en niet hersteld kan worden, zal ditzelfde eiwit apoptotische

signalen doorsturen. In vele gevallen van kanker is dit gen onderdrukt en wordt het eiwit niet meer

aangemaakt. P53 werkt als een dimeer, en regelt onder meer de expressie van cyclus-remmende

eiwitten. Wanneer een mutatie in p53 optreedt, dan kan het dimeer inactief worden, waardoor er

ongecontroleerde celdeling zal optreden.

Proto-oncogen

Een proto-oncogen is een gen dat codeert voor een eiwit dat bij verhoogde activiteit of expressie de

maligniteit van kanker doet toenemen. Na deze veranderde werking spreken we van een oncogen.

Tegenover een oncogen staat een tumorsuppressorgen, dat juist zolang het actief is de maligniteit

van kanker vermindert. Oncogenen zijn vaak groeifactoren die de celdeling versnellen. Ook kunnen

oncogenen de angiogenese (de aanmaak van bloedvaten naar de tumor) bevorderen en zodoende

door de verhoogde toevoer van voedingsstoffen de groei van de tumor versnellen.

Page 30: Colleges gemetica 2011 Rijksuniversiteit Groningen Niek Groot 1 ...

Colleges gemetica 2011 Rijksuniversiteit Groningen Niek Groot

30

Tumorsuppressorgenen

Een tumorsuppressorgen is een gen dat onbeperkte deling van de cel voorkomt, en daarmee het

ontstaan van een tumor verhindert. Het eiwit dat door dit gen gecodeerd wordt, heeft namelijk een

negatieve invloed op de celdeling. Tegenover een tumorsuppressorgen staat het (proto-)oncogen dat

juist bij verhoogde activiteit de maligniteit van kanker vergroot.

Ras-protein

Mutations in the ras proto-oncogene and

p53 tumor-suppressor gene occur in 30%

and 50% of human cancers, respectively.

The Ras protein, the product of the ras

gene, is a G protein that relays a growth

signal from a growth factor receptor on the

plasma membrane to a cascade of protein

kinases. Mutations in the ras gene can lead

to production of a hyperactive Ras protein

and increased cell division.

Page 31: Colleges gemetica 2011 Rijksuniversiteit Groningen Niek Groot 1 ...

Colleges gemetica 2011 Rijksuniversiteit Groningen Niek Groot

31

Page 32: Colleges gemetica 2011 Rijksuniversiteit Groningen Niek Groot 1 ...

Colleges gemetica 2011 Rijksuniversiteit Groningen Niek Groot

32