DNA

In dit thema leer je hoe DNA is opgebouwd en hoe de informatie in het DNA tot uiting komt in het fenotype van het organisme.

 

Mutaties

Mutaties zijn ongewilde veranderingen in het DNA van de cel. Bij soorten zijn mutaties in het DNA de drijvende kracht achter natuurlijke selectie. Mutaties kunnen op de drie V's van voeding, veiligheid en voortplanting van het individu een positieve invloed hebben, een negatieve invloed hebben of geen invloed hebben. Mutaties kunnen positief, negatief of neutraal zijn.

Mutaties 1e afbeelding

Mutaties kunnen ontstaan in de s-fase van de celcyclus, of in de m-fase van de celcyclus. In de s-fase ontstaan tijdens de replicatie fouten doordat er foute nucleotiden worden ingebouwd, teveel nucleotiden worden ingebouwd, of te weinig nucleotiden worden ingebouwd tijdens het kopiëren van het DNA. Meestal worden tijdens de verschillende controle-momenten in de celcyclus deze fouten herkend. De cel moet dan eerst de fouten herstellen voordat hij verder kan in de celcyclus. Indien herstel niet meer mogelijk is pleegt de cel zelfmoord. Dit proces van geprogrammeerde celdood heet celapoptose. Fouten in de m-fase van de celcyclus zijn meestal grotere genetische fouten. Als het in de m-fase fout gaat ontvangen chromosomen hele extra stukken DNA, of ontbreken er hele stukken DNA. Fouten in de m-fase kunnen zelfs de oorzaak zijn van het ontbreken van een heel chromosoom of het teveel ontvangen van een heel chromosoom. 

Soorten mutaties

In de m-fase van de celcyclus kunnen er globaal gezien twee dingen fout gaan met het erfelijk materiaal.

1. Tijdens de profase en de metafase voeren de homologe chromosomen gezamenlijk een soort dans uit. Tijdens deze dans wisselen de chromosomen stukken erfelijk materiaal uit. Dit proces heet crossing-over. Tijdens de crossing over kunnen chromosomen foute stukken erfelijk materiaal geven of ontvangen. Er ontstaan dan chromosomen met teveel of te weinig erfelijk materiaal.

crossing over med

2. Tijdens het verdelen van de chromosomen in de anafase kan het ook voorkomen dat de chromosomen fout verdeeld worden over de dochtercellen. Er kunnen dan cellen ontstaan met teveel of te weinig chromosomen. Bij trisomie 21 is dit het geval. Een cel heeft dan van het 21 chromosoom niet twee, maar drie exemplaren. Dit soort grove fouten in het erfelijk materiaal heten chromosoommutaties.

non disjunctie 

Mutaties kunnen spontaan optreden en komen met een bekende regelmaat voor in de cellen. De oorsprong van de mutaties ligt in de S-fase van de celcyclus. In deze S-fase wordt al het DNA gekopieerd in een proces dat we replicatie noemen. In de G2 fase wordt het gekopieerde DNA gecontroleerd. Er zijn dan een aantal scenario's

  1. Het DNA is perfect gekopieerd in de S-fase. Er zitten geen schrijffouten in. de cel kan doorgaan naar de M-fase
  2. Er worden een aantal kleine fouten geconstateerd in de G2 fase. Deze schrijffouten worden hersteld en de cel kan door naar de M-fase
  3. In de G2 fase wordt geconstateerd dat hele stukken DNA ontbreken. Herstel is in de G2 niet meer mogelijk. De cel pleegt zelfmoord (Celapoptose). De eiwitten die de cel aanzetten tot zelfmoord worden geproduceerd op tumor-suppressorgenen.
  4. Schrijffouten worden niet herkend in de G2-fase. De cel komt met schrijffouten in de M-fase. Vanaf nu is het een mutatie.

Puntmutaties

Bij puntmutaties zijn maar één of enkele nucleotiden veranderd in het DNA of RNA. Deze mutaties kunnen verschillende invloeden op het organisme hebben doordat ze een gunstige en negatieve of een neutrale invloed hebben op het te produceren eiwit. Positieve mutaties geven het organisme met deze mutatie een grotere overlevingskans. Het organisme wordt door de mutatie "fitter". Een neutrale mutatie heeft geen invloed op de overlevingskans en de fitheid van het organisme, terwijl een negatieve mutatie de fitheid en de overlevingskans van de eigenaar verlaagd.   Hieronder zie je wat voor invloeden puntmutaties op het te produceren eiwit kunnen hebben.

 verschillendemutatiesenuitleg3

Frameshift

Het kan in een mutatie ook voorkomen dat niet het ene nucleotiden wordt vervangen door een ander, maar dat er één nucleotide extra bij komt (insertie), of één nucleotiden verwijderd wordt (deletie). Zulke mutaties veroorzaken vaak een frameshift op. Een verandering in het leesraam van het DNA of RNA. Het eiwit wat geproduceerd wordt na een frameshift functioneert in de meeste gevallen absoluut niet meer en is volledig onwerkzaam.

frameshift2

Een geweldig krantenartikel over de hoeveelheid mutaties waar mensen in een leven mee te maken krijgen, en de invloed van deze mutaties op de fitheid van het organisme is hieronder te lezen.

Mutatiebronvanvariatieenziekte

Een video met uitleg van de les over mutaties is hieronder te bekijken. Onze excuses voor de blauwe kleur.