Hoofdstuk 20 Evolutie 20. 1 Waar vandaan?



Dovnload 57.41 Kb.
Datum27.08.2016
Grootte57.41 Kb.
Hoofdstuk 20 - Evolutie
20.1 Waar vandaan?
Grotschilderingen vertellen

Vroeger legde de mens alles wat de mens intrigeerde vast via schilderingen en hielden tijden bij zoals de maancyclus op botten.


Hoe is het leven ontstaan?

Eerst gaven mensen antwoord op het bestaan in de vorm van scheppingsverhalen (god), maar later gingen mensen met verklaringen vanuit de natuur antwoord geven op de vraag van het leven. God ontbreekt in deze theorieën.


Evolutietheorieën + deel aantekeningen

Aristoteles  Levende wezens ontstaan uit dode substantie

Redi  test constatering van Aristoteles met vliegen en rot vlees, bewijst het tegenovergestelde

Pasteur  bacteriën ontstaan uit levende organismen (pasteuriseren)

Buffon (1707-1788)  soorten kunnen veranderen

Linnaeus (1707-1778)  soorten plaatsen in het hiërarchisch systeem

Cuvier (1768-1832)  catastrofetheorie (door catastrofe kunnen er nieuwe soorten ontstaan)

Lamarck (1744-1829)  eerste goed uitgewerkte evolutietheorie

Charles Lyell (1797-1875)  leraar Darwin en aanhanger van evolutietheorie

Charles Darwin (1809-1882)  eerste die evolutietheorie publiceerde (was langer bezig dan Wallace)

Alfred Wallace (1823-1813)  onafhankelijk zelfde theorie als Darwin gemaakt en aanhanger van evolutietheorie

Dieren zullen hun goede eigenschappen doorgeven aan hun nakomelingen (aangepast aan de omgeving). Hierdoor zal de soort over een langere tijd veranderen.  evolutietheorie


Creationisme

Aanhangers van god denken dat organismen in 6 dagen zijn geschapen. Deze opvatting heet creationisme. De kleine variaties die voor komen wordt micro-evolutie genoemd. Macro-evolutie gaat tegen bijbel in en bestaat bij hen niet. Fossielen worden verklaard door de grote zondvloed.


Mensen proberen het ontstaan van leven te verklaren en ontwikkelen hiervoor allerlei ideeën: scheppingsverhalen, ontstaanstheorieën en evolutietheorieën.
Wieg van de mens

Charles Darwin maakte bekend in een boek dat de mens afstamt van de apen. Eerst vielen velen hem bij, maar toen kwam er verontwaardiging los. Nog steeds is er verontwaardiging over. Het skelet van Lucy is gevonden dat 3 miljoen jaar geleden leefde en er wordt verwacht dat daar 3 soorten uit zijn ontstaan en 1 is verder ontwikkeld tot mens. Alle drie de soorten liepen rechtop. Australopithecus Afarensis  Homo Habilis  Homo Erectus (gebit leek meer op ons huidige gebit)  Homo Sapiens Neanderthalensis  Homo Sapiens Sapiens (moderne mens). De meerderheid denkt dat de mens in Afrika is ontstaan en later zich heeft verspreid.


Verovering van de savanne

Dingen die de mens uniek maken:



  1. De ontwikkeling van de hersenen

  2. Het rechtop lopen (slecht voor jagen en vluchten, maar handig voor ver kijken en iets dragen)

Eerst aten mensen aas, maar later gingen mensen werktuigen maken en verder ontwikkelen. Zo begon de mens met jagen.
Darwin ging uit van verwantschap tussen mens en apen. Mensen en apen zijn ontstaan uit gemeenschappelijke voorouders. Kenmerkend voor de ‘mensachtige’ is het rechtop lopen. Tijdens de evolutie van de mens neemt over het algemeen het hersenvolume toe.

20.2 Versteend verleden
Waar gaat het om?

Men vond voor het idee van evolutie al skeletten en afdrukken. Dit waren aanwijzingen. Tegenwoordig zijn in de paleontologie meerdere fossielen bekend en geeft het een beeld van de toekomst.


Bewaard verleden

Fossielen zijn restanten van vroeger levende organismen, dus ook afdrukken, nesten etc. Fossielen kunnen worden bewaard in: steen, onder een laag zand of slik van rivier, woestijn, bevriezing, het veen en barnsteen. Onder een laag zand of slik van de rivier wordt het originele bot langzaam vervangen door mineralen. In het veen worden de botten geconserveerd door het zure milieu.


Relatieve datering

In iedere afgezette laag vind je de fossielen terug die kenmerkend zijn bij die periode. Ze helpen bij dateren van lagen (gidsfossielen). Fossielen die worden aangetroffen in Amerika en Afrika en hetzelfde zijn, vertelt iets over de relatieve leeftijd (ouderdomsbepaling). Want ze hebben in dezelfde tijd geleefd.


Absolute datering

Om de absolute leeftijd te bepalen wordt er gebruik gemaakt van het koolstof-14 atoom. Deze heeft een zeer lange halveringstijd. Het dateert terug tot 40000 jaar oud. Het atoom komt van nature voor in organismen. Uranium-238-bepaling is geschikt voor gesteentes (nog langere halveringstijd). De halveringstijd moet constant zijn, anders moeten er kleine correcties worden aangebracht aan de methode.


Via fossilisatie blijven (delen van) organismen bewaard. Het fossilisatieproces kan op verschillende manieren verlopen. Relatieve datering vindt plaats aan de hand van gidsfossielen. De absolute leeftijd is vast te stellen aan de hand van radioactief verval van elementen.
Bouw en functie

Om verwantschap te bepalen wordt er gekeken naar twee vormen van overeenkomst:

Homologie – De structuren in organismen hebben hetzelfde bouwplan als oorsprong, maar vervullen een andere functie. De structuren zitten op een overeenkomstige plaats.

Analogie – De structuren hebben dezelfde functie, maar het bouwplan komt niet overeen.

Soms verliezen organen bij het ontstaan van nieuwe soorten hun functie, dit worden dan rudimentaire organen genoemd. Het is wel een aanwijzing tot verwantschap van dieren die het echte orgaan nog wel gebruiken.
Verwant DNA

Er wordt gebruik gemaakt van hybridisatietechnieken. Hiermee wordt de genetische verwantschap bestudeert. DNA, opbebouwd uit nucleotiden (A, T, C, G) , heeft de eigenschap zich sterker met elkaar te verbinden dan strengen met minder complementaire nucleotiden-volgorde. (hybridiseren)


Homologe structuren hebben eenzelfde bouwplan, maar een andere functie. Analoge structuren hebben een ander bouwplan, maar overeenkomstige functie. Via DNA-hybridisatie is verwantschap tussen organismen te achterhalen.

20.3 Langzaam en onzeker
Zoektocht met effect

1809 Charles Darwin wordt geboren. Hij gaat door zijn vader eerst medicijnen studeren, maar later studeert hij theologie. Hij krijgt het idee dat levensvormen elkaar opvolgen.


‘On the Origin of Species’

Darwin gaat mee op een reis op het schip de Beagle, daar ontwikkeld hij grotendeels zijn theorie. Hij neemt nog 23 jaar de tijd om er allerlei argumenten bij te zoeken. 1859 is het boek ‘On the Origin of Species by Means of Natural Selection’ uitgekomen. Hierin staat dat fossielen reeksen van overeenkomsten vertonen. Er een ‘Struggle for life’ is en ook ‘survival of the fittest’. De fittest zijn de individuen die de meeste vruchtbare nakomelingen krijgen. (natuurlijke selectie). Darwin is geïntrigeerd door de vinkensnavels van de Galápagos-eilanden.


Binnen een soort bestaat variatie in eigenschappen. In de ‘struggle for life’ overleven individuen met de meest gunstige eigenschappen. Via natuurlijke selectie neemt het aantal individuen met gunstige eigenschappen in een populatie toe.
Neodarwinisme

Het overerven van eigenschappen ligt in het DNA (in de vorm van genen). Genen kunnen muteren. Mutaties leiden tot veranderingen in eigenschappen. Dit is verwerkt in de neodarwinistische theorie. Gunstige eigenschappen zullen toenemen, maar de ongunstige eigenschappen zullen nooit helemaal verdwijnen.


Ontstaan van nieuwe soorten

Een soort ontstaat door 2 stappen:

1 – Een groep van een soort moet geïsoleerd raken van de grote groep. Hierdoor kan er geen onderlinge voortplanting meer voorkomen.

2 – Er zullen verschillen in gedrag en uiterlijk ontstaan. Op een gegeven moment zijn de verschillen in gedrag en uiterlijk zo groot geworden dat ze elkaar niet langer als soortgenoten herkennen. Hierdoor is onderlinge voortplanting niet meer mogelijk. Er is een nieuwe soort ontstaan.


Soortvorming gebeurt in twee stadia. Na isolatie van een deel van de populatie leiden selectieprocessen tot verschillen tussen individuen van de deelpopulaties. Bij hereniging maken te grote erfelijke verschillen voortplanting onmogelijk.

20.4 Allelen in evenwicht
Veranderen kan!

Eigenschappen en ook frequenties van een eigenschap (fenotype) zijn veranderlijk en dus ook de verantwoordelijken allelen (genotypen). De populatiegenetica bestudeert de genotypische samenstelling van populaties.


Bloedgroepen bij Aboriginals

Het MN-bloedgroepstelsel heeft 3 bloedgroepen: M, N, MN. De genotypenfrequenties zijn te berekenen door aantallen fenotypen te delen door totale aantal deelnemers in de steekproef. In praktijk valt beter te werken met allelfrequenties. (er zijn minder allelen dan genotypen).


Regel van Hardy-Weinberg

Als er geen natuurlijke selectie, mutaties of migratie optreedt dan zou een oneindig grote populatie met allelfrequenties en genotypenfrequenties gelijk blijven. Ook zouden de paringen puur en toevallig moeten zijn. Dit komt in praktijk nauwelijks voor. Voor allelfrequenties p +q = 1. P = de allelfrequentie van het dominante allel en q = de allelfrequentie voor het recessieve allel. Voor de genotypenfrequenties gelt: p2 + 2pq + q2 = 1. Waarbij p2 de genotypefrequentie van de dominante homozygoot is, 2pq van de heterozygoot en q2 van de recessieve homozygoot.


Onder bepaalde voorwaarden verkeert een populatie in een Hardy-Weinberg-evenwicht. Genotype- en allelfrequentie zijn dan te berekenen met behulp van de regels p + q = 1 en p2 + 2pq + q2 = 1.
Allelen onder druk

De allelfrequenties blijven in werkelijkheid in opeenvolgende generaties niet constant. Een ongunstige gemuteerd allel zal snel verdwijnen en een gunstige niet. Een gemuteerd recessief allel dat ongunstig is kan heel lang in de populatie blijven via heterozygote individuen (Aa). Soms kan een ongunstig allel bij heterozygote toch gunstig blijken zoals bij sikkelcelbloedarmoede de mensen minder gevoelig voor malaria zijn.


Het zit in de familie

Onder de Amish komt polydactylie voor (meer dan 10 vingers/tenen). De stichters droegen dit zeldzame allel en het is in de familie gebleven. Uit huwelijken binnen de gemeenschap komen vervolgens nakomelingen voort die homozygoot recessief zijn. Zo’n verandering in frequentie van een erfelijke eigenschap heet (random) genetic drift.


Door mutaties kunnen erfelijke eigenschappen veranderen. Deze manifesteren zich vervolgens met een bepaalde frequentie.

20.5 Komen en gaan
Leven ontstaat vanzelf

In de Middeleeuwen dachten mensen dat het leven zo maar ontstond. Nu zijn we erachter dat daarvoor nodig is: planeet aarde, oeratmosfeer, oersoep, wat UV-straling en bliksem. De abiotische evolutie was een uitermate langzaam proces. (ontstaan van leven uit levenloos). Eerst kwam er alleen maar waterstof voor op de aarde, daaruit ontstonden meerdere stabiele elementen. Door vulkanen etc. ontstond er een atmosfeer die regen veroorzaakte en dus ook oceanen. Zuurstof was er nog niet.


Bouwstenen van het leven

De eerste tekenen van leven ontstonden waarschijnlijk in de oeratmosfeer en oeroceanen. Er ontstonden aminozuren, suikers en nucleotiden (vormde samen oersoep). Er ontstonden sneller organische stoffen dan er werden afgebroken. Hierdoor ontstonden organische moleculen. Ook zijn er theorieën over blacksmokers en meteorieten die voor leven op aarde hebben gezorgd.


‘Primitieve cellen’

De eerste cellen ontstonden doordat vroege DNA-moleculen ingesloten raakte in bolletjes met één laag vetzuurmoleculen. Door endosymbiose ontstonden complexere cellen.


Eten en lucht

De eerste organismen waren waarschijnlijk heterotroof. De rede dat leven door kon leven was dat er autotrofe organismen ontstonden. Hierdoor ontstond fotosynthese. (de zuurstofrevolutie) Er kwam zuurstof vrij en er ontstond een ozonlaag die de UV-straling filtreerde. Dit was voor de rest van het leven belangrijk.


Er bestaan verschillende theorieën over het allereerste begin van leven op aarde. Autotrofe organismen maakten dat leven op aarde mogelijk bleef.
Biodiversiteit

De aantallen soorten, levensgemeenschappen, biomoleculen en genen die ergens voorkomen, is een maat voor de biodiversiteit. Uitsterven is een normale zaak, maar het tempo ligt nu door de mens veel hoger. Hele ecosystemen met al het genetisch materiaal verdwijnen. Veel organisaties proberen het verdwijnen tegen te gaan. Zij zetten bepaalde gebieden als reservaat op en proberen dieren terug te fokken


Het is saai op de weilanden en de akkers

In de landbouw neemt ook de biodiversiteit af. (genetische erosie) Er is te weinig genetische variatie. Alle dieren zijn te veel verwant met elkaar. Dit gebeurd ook met aardappelen, als 1 een ziekte krijgt, heeft de rest het ook. Mensen doen nu hun best om verschillende rassen te behouden.


In de toekomst

De biodiversiteit verandert voortdurend. De huidige biodiversiteit kan alleen behouden worden als de mens andere soorten beschermt tegen uitsterven. Sommige vinden dat ander organismen ook op de aarde horen. Andere doen het alleen om de aarde leefbaar te houden voor de mens zelf.


Op aarde bestaat een grote biodiversiteit. Door verschillende factoren staat deze biodiversiteit onder druk. Maatregelen zijn nodig.

Hoofdstuk 21 – Molecuul van de twintigste eeuw
21.1 Genen in beeld
Geen titel

Cystische fibrose (CF) is een taaislijmziekte. Al dat te dikke slijm zorgt voor problemen zoals verstoppingen en slechte afvoer. Opgehoopte enzymen beschadigen de alvleesklier, zo ontstaat suikerziekte. Ontlasting wordt vet en plakkerig.


Defecte membraanpoorten

Mensen met CF hebben vaak een defect allel op beide chromosomen 7. De cellen maken een gemuteerd eiwit aan, maar dat eiwit blijft steken in het ER. Hierdoor ontbreken chloortransporteiwitten, want die worden gemaakt door het CFTR-gen aangemaakt.


Mutaties opsporen

Een defect CFTR-allel is aan te tonen door een DNA-test en de zweettest (het zweet van CF-patiënten is ongewoon zout). Een afwijkende lengte van het gevormde eiwit kan duiden op een mutatie in een gen. Ook een veranderde base volgorde kan duiden op een mutatie


Erfelijke aandoeningen ontstaan door veranderingen in het DNA (mutaties). Dat kan leiden tot afwijkende eiwitten. Met behulp van DNA-test en het bepalen van de basenvolgorde zijn mutaties op te sporen.
Gentherapie

Door allerlei behandelingen is de levensduur van CF-patiënten toegenomen. (slijmoplossende middelen, antibiotica etc.) Gentherapie is een defect CFTR-gen in contact brengen met een gezond kopie. Het probleem daarbij is de kopie te krijgen en hem uiteindelijk tot expressie kunt laten komen. Er wordt geëxperimenteerd met een spray met een bepaalde vector (virus of liposoom) die het ontbrekende allel in de cel kan brengen.


Door toepassing van gentherapie zijn in de toekomst aandoeningen, veroorzaakt door een defect gen, wellicht genezen.
21.2 Geordend verpakt
DNA ontrafelen

DNA is in de celkern opgerold met behulp van eiwitten (histonen). DNA en histonen vormen chromatinedraden in de celkern. Op elektronenmicroscopische foto zijn donkere en lichte gebieden te zien. De lichte gebieden zijn los gespiraliseerd euchromatine en het donkere gedeelte zijn sterk gespiraliseerd heterochromatine.


Actief of niet?

Euchromatine heeft een open structuur en valt daarom makkelijk af te lezen. Heterochromatine is compacter en alleen te lezen in de G2-fase van de celcyclus (binas 75A). Een groot deel is permanent opgerold en onderzoekers kennen de meeste functies er nog niet van (junk DNA). Een van de functies die ze wel kennen is dat het ervoor zorgt of een gen aan of uit staat.


Inpakken en delen maar

Als DNA verdubbeld komen er histonen vanuit het grondplasma de celkern binnen. Na de verdubbeling rollen de chromatinedraden zich op tot chromosomen. Bij de chromosoom staat de lengte, centromeer en het bandenpatroon vast. Ieder chromosoom is verschillend. Niet-histon eiwitten vormen het skelet van deze structuren.


Sekschromatine

Sekschromatine is een geïnactiveerd X-chromosoom. In de cellen met 2 X-chromosomen is er maar 1 actief. Tijdens de interfase is het inactieve X-chromosoom te zien als het lichaampje van Barr.


Een chromatinedraad bevat DNA en eiwitten (histonen). Op plaatsen waar het DNA sterk gespiraliseerd is, kan de genetische code niet worden afgelezen. Tijdens de mitose en de meiose is het DNA volledig gespiraliseerd. Bij vrouwen is het inactieve X-chromosoom zichtbaar als het lichaampje van Barr.
21.3 DNA maakt DNA
Cellulaire informatiestromen

In niet delende cellen brengen RNA-afdrukken van actieve genen informatie van het DNA naar het grondplasma waar eiwitsynthese plaatsvindt.


Heen of weer

De zijkant van het DNA bestaat uit poly-esters van afwisselend deoxyribose en fosfaat. DNA wordt bij elkaar gehouden door waterstofbruggen. Aan het uiteinde zit altijd een vrij OH-groep aan het C3’-atoom van het suikermolecuul. (3’-uiteinde) Aan het andere uiteinde (5’-uiteinde) zit een fosfaatgroep aan het C5’-atoom van het suikermolecuul. Beide strengen wijzen in tegenovergestelde richting.


De DNA-‘ruggengraat’ is een dubbelstreng die bestaat uit poly-esters van deoxyribose en fosfaat. H-bruggen houden beide strengen bijeen. De twee strengen hebben een tegengestelde richting.

Ritsen en verdubbelen

DNA-replicatie begint wanneer enzymen de waterstofbruggen tussen de basen verbreken. Er ontstaat een replicatievork (rits). Er is één oude en één nieuwe (complementaire) streng. Dit heet semi-conservatieve replicatie. Het enzym RNA-polymerase maakt een stukje RNA aan dat als startpunt dient. DNA-polymerase verlengt dat RNA met DNA-nucleotiden, brengt waterstofbruggen aan en vervangt RNA door DNA. Het aflezen van DNA gaat van 3’ 5’. Nooit anders. Daardoor groeien de strengen tegen elkaars richting in. Doordat de replicatie op enkele duizenden plaatsen tegelijk start is de S-fase sneller afgerond.


Verschillende enzymen zijn actief bij de replicatie van een DNA-molecuul. In één streng vindt de DNA-synthese ononderbroken in voorwaartse richting plaats. In de andere streng gebeurt dat in achterwaartse richting, waarbij korte stukjes DNA ontstaan, die vervolgens met elkaar verbonden worden.
DNA vermeerderen

Een eenvoudige manier om een DNA-fragment te vermeerderen is de polymerase-kettingreactie.

1 – 94 oC - denaturatie (OH-bruggen verbreken)

2 – 54 oC - Toevoegen DNA-primers (vormen de startplaatsen voor het enzym DNA-polymerase)

3 - 72 oC – Voeg het enzym DNA-polymerase toe en vervolgens hittebestendig enzym Taq-polymerase. (hoef je niet nog eens een enzym toe te voegen
De polymerase-kettingreactie levert onderzoekers grote hoeveelheden identieke stukjes DNA. DNA denatureert bij een hoge temperatuur. Bij een lagere temperatuur hechten nucleotiden aan de twee DNA-strengen.
21.4 DNA overschrijven
Moleculaire boodschappers

mRNA verschilt in 4 dingen met DNA. Het heeft informatie over maar 1 gen, is veel korten. Heet een stikstofbase uracil en een suikermolecuul ribose.


RNA’s

Naast mRNA (messenger) zijn er nog 2 andere typen RNA: rRNA (ribosomaal RNA) en tRNA (transfer RNA). rRNA ontstaat voor het grote deel in de nucleolus. De functies is om de reactie om de eiwitketen te verlengen te katalyseren. tRNA (klaverbladstructuur) brengt aminozuren naar de ribosomen. De middelste lus bevat drie nucleotiden (anticodon) die complementair zijn aan de drie nucleotiden van het mRNA (codon).


Overschrijven

Het overschrijven van DNA naar RNA komt bijna overeen met replicatie DNA. Transcriptie begint met het uiteenwijken van de DNA-strengen door RNA-polymerase. Base volgorde is TAC. Vervolgens gaat het RNA-polymerase langs een van de 2 strengen in de 3’ 5’ richting. RNA groeit in de 5’ 3’ richting. Transcriptie vindt plaats aan de template-streng. De andere streng is de coderende streng. Aan het einde laat de gevormde RNA-streng los.


Knippen en plakken

Een gen bevat DNA die tot expressie komt (exons) en die dat niet doen (introns). In eukaryote cellen veranderd mRNA nog doordat de introns worden verwijderd en den exons achter elkaar geplakt. De functie van introns is nog niet bekend


mRNA transporteert informatie van DNA naar de ribosomen. rRna vormt een belangrijk deel van de ribosomen. tRNA transporteert aminozuren van het grondplasma naar de ribosomen. Bij de transcriptie spelen verschillende enzymen, waaronder RNA-polymerasen, een rol.
DNA: de blauwdruk des levens?

Met DNA is niet alles te verklaren. Een hersencel en levercel hebben hetzelfde DNA, maar een andere functie. Er wordt gedacht dat histonen ook een erfelijke code bevatten. Aan de uiteinde van histonen kunnen 4 groepen hangen. (methyl, acetyl, fosfor of eiwit ubiquitine). Deze beïnvloeden de werking van het DNA. Door DNA-methylering kan een deel van het DNA niet afgelezen worden. DNA-methylering en histonencode worden de epigenetische code genoemd. Deze code zorgt voor de ontwikkeling van een organisme. (specialisatie van cellen etc.).


DNA-methylering en de histonencode vormen samen depigenetische code. Deze codes beïnvloeden de werking van DNA doordat ze genen uit- en aanschakelen.
21.5 Vertaalslagen in een cel
Start en finish

Om steeds hetzelfde eiwit te krijgen bij eenzelfde mRNA code start je bij het startcodon (AUG). Vaak wordt bij verdere bewerking AUG (methionine) verwijdert. Het einde wordt aangegeven met de stopcodons UAA, UGA en UAG.


Genen geregeld

Repressoreiwitten blokkeren de transcriptie van een gen. Als er een inductoreiwit aanwezig is, dan laat het repressoreiwit pas los en is transcriptie mogelijk.


Eiwitsynthese begint met een startcodon en eindigt met een stopcodon in het RNA. Repressoreiwitten controleren bij bacteriën de activiteit van genen. Bij eukaryoten schakelen DNA-methylering en de histonencode genen aan of uit.
Cellulaire vertaalrobot

Het aflezen van mRNA en het vertalen naar een aminozuurvolgorde is translatie. Ribosoom valt uiteen in 2 delen  mRNA bindt zich aan kleinste subeenheid met ‘5  het schuift op tot startcodon  tRNA koppelt bij startcodon  start verlenging van keten. Een enzym koppelt het eerste aminozuur los (AUG)  tRNA brengt peptidebinding tot stand bij volgende aminozuur  2e verlengingsfactor verwijdert het lege tRNA  verschuiving van 3 nucleotiden richting ‘3. Zodra ze bij het stopcodon komen bindt een ontkoppelingsfactor aan het mRNA  koppelt polypeptide, laatste tRNA en mRNA los van ribosoom. Nu kan het weer allemaal opnieuw.


Mitochondriale eiwitten

Ook buiten celkern is er DNA  mtDNA (in de mitochondriën)(circulair molecuul). De mitochondriën leveren de energie aan de cellen. mtDNA muteert 20x sneller dan normaal DNA (zeker als je oud wordt) dan kan er snel een aandoening ontstaan. Vaak ontbreekt er dan een stukje DNA als je ziekteveroorzakend mtDNA hebt. (MELAS)


Translatie vindt plaats op de ribosomen. Één voor één voeren tRNA-moleculen de aminozuren aan in de volgorde die vastligt in het mRNA. De aminozuren koppelen aan elkaar via een peptidebinding. Mitochondriën bevatten ook DNA. Mutaties in het mtDNA kunnen aandoeningen tot gevolg hebben.


Hoofdstuk 22 – Het topje van de eiwitberg
22.1 Eiwitlogistiek
Licht op het pad

Eiwittransport kun je waarnemen door gewone cellen te combineren met fluorescerende eiwitten.


Eiwit, een multifunctionele stof

Hemoglobine bestaat uit 2 alfa ketens en 2 bèta ketens van 146 aminozuren. Sikkelcelanemie ontstaat als er een bepaalde variatie is in de polypeptideketen van de hemoglobine. Het type, aantal en volgorde van aminozuren bepalen de primaire eiwitstructuur. Per eiwitsoort is de primaire strucctuur heel verschillend. Bij eiwitten met een soortgelijke functie is er sprake van eiwitfamilie.


Van polypeptideketen tot eiwit

Wanneer polypeptideketens aan ribosomen ontstaan hebben ze meestal nog niet hun definitieve vorm. Bepaalde enzymen veranderen er dan dingen. Zoals extra fosfaatgroepen, ijzerhoudende heemgroepen, lipoproteïnen. Soms worden er stukjes uitgeknipt, zo ontstaan insuline of peptase.


Polypeptideketens ondergaan veel bewerkingen voordat ze als eiwit functioneel zijn. Type, aantal en volgorde van de aminozuren bepalen de primaire eiwitstructuur. Eiwitten met een vergelijkbare functie vertonen vaak grote overeenkomst in bouw: eiwitfamilies.
Bestemmingsplan

Een deel van het ER heeft zoveel ribosomen dat het, het ruw endoplasmatisch reticulum wordt genoemd (RER). Er is geen verschil tussen ribosomen. Eiwitten krijgen bij productie een adres mee. Dat adres bestaat uit de eerste aminozuren van een groeiende polypeptideketen. Andere eiwitten herkennen het adres en koppelen er aan vast. Vervolgens hecht het ribosoom aan een membraanreceptor van het ER. Zo komt het in het ER terecht.


En nu verder

Transportblaasje vervoeren de eiwitten van het ER naar het Golgi-systeem. Het Golgi-systeem sorteert de eiwitten en verzendt ze naar andere organellen. Enzymen in het Golgi-systeem knippen aminozuren af of knopen er suikers (ER) en weer af aan. Membraan eiwitten herkennen de eiwitten en stoppen ze in de juiste transportblaasjes. Deze plaatsen ze bij de juiste organel. Horen de eiwitten buiten de cel, dan worden ze geloosd door exocytose.


Al die moeite voor..?

Meeste eiwitten zijn maar een paar weken/dagen werkzaam, dus er moet steeds bijgemaakt worden.


Het ER en het Golgi-systeem transporteren verschillende eiwitten binnen de cel. Tijdens het transport voltooien enzymen de bouw van eiwitten. Veel eiwitten zijn maar kort actief.
22.2 Eiwitgymnastiek
Pad van het licht

De activiteit van een eiwit is te zien in de kleuren en de vorm.


Eiwitten als bouwstof

Keratine is een eiwit met een bouwstoffunctie (maakt dingen steviger). Het ontstaat in levende epitheelcellen. Het bestaat uit lange eiwitdraden die dwars door de cellen lopen en de draden bestaan uit een dik pak langgerekte eiwitmoleculen. Wanneer cellen afsterven, komen de keratinedraden op elkaar te liggen en verbinden met elkaar.



In bochten wringen

De spiraal is een gemeenschappelijke structuur in een eiwit. Dit heet een alfa helix. Een ander overeenkomstige structuur is de bèta plaat. (peptideketen gevouwen als harmonica). De alfa helices en bèta platen (secundaire structuur) ontstaan doordat er waterstofbruggen worden gevormd. De aminozuurvolgorde is de primaire structuur.


Watergolven

Haren zijn stevig door keratine. Door je haar nat te maken en dan te verwarmen verbreek je de waterstofbruggen. Dan kun je zelf de vorm kiezen waarin het droogt, maar door water kan dat ook weer opgeheven worden.


Eiwitstructuren: tertiair en quarternair

De ruimtelijke vorm van een eiwit is de tertiaire structuur. Deze ontstaat door allerlei bindingen tussen de restgroepen. Wanneer afzonderlijke polypeptideketens zich verenigen tot eiwitcomplexen noem je dat de quarternaire structuur (hemoglobine).


De ruimtelijke vorm van een polypeptideketen ontstaat door waterstofbruggen. Daarbij kunnen patronen ontstaan zoals een alfa-helix en een bèta-plaat. Ze vormen de secundaire structuur van een eiwit. De tertiaire structuur is de ruimtelijke positie van alle atomen van een polypeptideketen. Een quarternaire structuur ontstaat wanneer twee of meer polypeptideketens samen een complex vormen.
Kijken naar starre moleculen

Eiwitten zijn te zien via röntgen, elektronen bombardement en een NRM-spectroscoop. Als de massa bekend is kun je de structuur achterhalen. Deze methodes laten alleen de vorm zien van het eiwit op 1 moment.


Beweging in eiwitten

Je hebt ook de atomic force microscope, AFM. Het laat oneffenheden ter grootte van atomen zien. Het voordeel van deze methode is dat je de vormveranderingen kan zien van het eiwit.


Verschil moet er zijn

DNA laat zien of een organismen bepaalde eiwitten kan maken. Vele soorten DNA komen met elkaar overeen. Er is wel een groot verschil tussen de expressie van genen. De eiwitsamenstelling (proteoom) kan per dag in een mens veranderen. De eiwitsamenstelling laat zien welke functie een cel op een bepaald moment heeft.


Allerlei technieken maken de driedimensionale structuur van eiwitten zichtbaar. Onderzoek aan eiwitten levert informatie over verschillen tussen typen en verschillen tussen cellen onderling.
22.3 Eiwitdynamiek
Zwaar op de maag?

De afbraak door enzymen heet katalyse.


Afbraak en opbouw

Enzymen met katalysefunctie verlagen de activeringsenergie. Enzymen hebben een specifieke bindingsplaats voor substraatmoleculen. Wanneer deze enzymen een binding aangaan met het substraat wisselen de elektronen van positie. Het substraat neemt een H+ op en valt uiteen. Het enzym splitst een watermolecuul af (hydrolyse). Enzym neemt H+ op en de peptideketen neemt de OH- op. Bepaalde enzymen koppelen aminozuren door water af te splitsen (condensatie).


Enzymen zijn substraat- en reactiespecifiek. Katalyse vindt plaats door een koppeling van het enzym aan het substraat. Een bepaalde binding in het substraat destabiliseert en het substraat splitst vervolgens in twee delen. Bij condensatie koppelt een enzym twee substraten aan elkaar.
Geregelde activiteit

Hormonen beïnvloeden de productiesnelheid van enzymen. Cellen in het bloed en darmen scheiden enzymen uit in een niet-actieve vorm (handig bij bloedstolling). Bij bloedstolling zijn ook vitamines of metaalionen nodig, dat zijn co-factoren. Stoffen bevinden zich in kleine concentraties in je lichaam. Dit komt omdat ze of met een negatieve terugkoppeling te maken krijgen of er worden enzymremmers (specifieke blokkeringseiwitten) gebruikt.


Hoe uniek zijn onze genen?

Grote delen van het junk-DNA veranderen niet. Er zitten stukken DNA in die worden omgezet tot RNA, maar geen eiwitten opleveren. Dat wordt RNA-only genes genoemd en zij controleren het functioneren van de genen. Histonen en andere eiwitten spelen een belangrijke rol binnen de epigenetica.


De hoeveelheid werkzame eiwitten in een cel staat onder invloed van hormonen, co-factoren, enzymen en eiwitremmers. RNA- en eiwitmoleculen controleren het functioneren van het DNA.
22.4 Eiwitproblematiek
De aanhouder wint, soms…

De vraag is hoe de lipoproteïne-uitsteeksels van het hepadnavirus zich hechten aan het DNA.


Hard werken

De PCR-machine vermeerderd DNA. Eerst pipetter je de eppendorfvaatjes vol. Met DNA, nucleotiden, buffer en DNA-polymerase en een primer. Daarna brengt je een beetje DNA over op een elektroforese-gel. (hierdoor licht DNA op in uv licht). Eerst pipetteer je DNA in een holte aan het uiteinde van de gel. Daarna pas je elektroforese toe. Als resultaat zie je een dikke band.


Een lange weg

Daarna bouw je DNA in een plasmide met daarin het gen voor penicillineresistentie. Dan nemen bacteriën de plasmide op. De bacteriën produceren het eiwit.


Dodelijke virussen

Pandemie is een wereldwijde epidemie. Het influenza A-virus heeft een mantel van vet- en eiwitmoleculen. Het bindt zich aan de receptoren van de longen. Het komt de cel binnen via endocytose. Virale eiwitten verhinderen de cel het eigen mRNA te gebruiken. Hierdoor wordt het virus gekopieerd. En dit virus kan zich dan weer verspreiden. Slijm blijft over.


Veranderlijke virussen

Cellen van het afweersysteem herkennen een virus niet snel omdat deze vaak veranderd. Het virus kan ook voorkomen bij vogels en varkens en dan kan je 2x besmet raken op hetzelfde tijdstip. Hierdoor kunnen deze zich weer combineren en ontstaat er weer een nieuw virus.


Zoeken naar vaccins

Het WHO stelt elk jaar richtlijnen op over het omgaan met verschillende virusziekten en de preventie daarvan.


Moleculair biologisch onderzoek naar virussen is tijdrovend werk. Doordat veel virussen voortdurend muteren en er nieuwe virussen ontstaan, blijft onderzoek nodig.

Prionen

Sponsvormige encefalopathie, prionen zijn de oorzaak van deze ziekte. Het prioneiwit is een herseneiwit. Bij zieke mensen is de secundaire structuur van het prion verander in vooral bèta platen. Doordat hij van vorm veranderd, veranderd hij ook van functie. Het veranderde prion, kan normale prionen ook omzetten.


Haken en ogen aan een onderzoek

Er is een verband gevonden tussen BSE en de ziekte van Creutzfeldt-Jacob. Als de zieke prionen recht in het hoofd worden gespoten dan worden de dieren sowieso ziek en via het eten worden sommige dieren ziek. Hierdoor moeste alle mogelijk zieke dieren worden ontruimd.


Prionen zijn normale lichaamseiwitten. Door een verandering in de structuur van deze eiwitten functioneren hersencellen niet goed.



De database wordt beschermd door het auteursrecht ©opleid.info 2017
stuur bericht

    Hoofdpagina