Overerving - Biologie - Theorie - Toelatingsexamens arts en tandarts

Overerving

Overerving

Voorwoord

Deze theoriehoofdstukken werden in eerste instantie samengesteld om in de theorie te voorzien die vereist is voor het afleggen van de toelatingsexamens arts en tandarts, maar heeft mettertijd een bredere bestemming gekregen, waardoor meer theorie voorzien is dan gekend moet zijn voor het toelatingsexamen. Toch is de theorie relatief beknopt gehouden: ze is vooral bedoeld voor wie het allemaal al eens gezien heeft en wil herhalen en daardoor zijn basis verstevigen. Ik denk dat ze daardoor nuttig kan zijn bij de voorbereiding van die toelatingsexamens, voor olympiades of voor een herhaling van leerstof voor het aanvangen van hogere studies. Maar als je besluit dit document te gebruiken voor welke test dan ook, check dan zelf welke leerstof gekend moet zijn op de officiële sites.
De auteur van dit document kan in geen enkel geval aansprakelijk gesteld worden voor eventuele gevolgen van of schade die kan ontstaan uit het gebruik van dit document.

Basisbegrippen

Gen: een stuk DNA dat verantwoordelijk is voor een kenmerk.
Diploïd: van elk stuk DNA zijn er twee kopieën (op homologe chromosomen).
Allel: varianten van een gen, bvb. een allel voor bruine oogkleur, voor blauwe oogkleur. Er zijn twee homologe chromosomen, dus twee mogelijke varianten (verschillende basenopvolging in het DNA). De combinatie van de twee allelen van het allelenpaar bepaalt de verschijningsvorm, bvb. je haarkleur, je oogkleur,…
Homozygoot voor een allelenpaar: de allelen op de homologe chromosomen zijn gelijk.
Heterozygoot voor een allelenpaar: de allelen op de homologe chromosomen zijn verschillend.

Basisbegrippen

Dominant allel: komt tot uiting indien aanwezig.
Bvb. het allel voor bruine oogkleur is dominant.
Recessief allel: komt enkel tot uiting als dominant allel niet aanwezig.
Bvb. het allel voor blauwe oogkleur is recessief.
Allelen geven we vaak aan met een letter:
Een dominant allel met een hoofdletter.
Een recessief allel met een kleine letter.
Homozygoot voor dominant allel
Homozygoot voor recessief allel
Heterozygoot

Basisbegrippen

Genotype: geheel van allelen.
Bijvoorbeeld: Aa
Fenotype: uiterlijke verschijningsvorm.
Bijvoorbeeld: bruine ogen. Het genotype is daarmee niet altijd gekend (kan bruin-bruin of bruin-blauw zijn).
Uitwendige factoren veranderen het fenotype, maar niet het genotype.

Basisbegrippen

Partiële dominantie: als beide allelen bijdragen tot de uiterlijke verschijningsvorm en er een “tussenvorm” ontstaat.
Bijvoorbeeld: bij Japanse wonderbloem; rr -> rode bloem, ww -> witte bloem, rw -> roze bloem.
Co-dominantie: hier ontstaat geen tussenvorm, maar komen beide allelen tot uitdrukking.
Bijvoorbeeld:
IAI0 -> bloedgroep A
IBI0 -> bloedgroep B
IAIB -> bloedgroep AB
(A en B zijn eiwitten)

Experiment met erwtenplant

Monohybride kruisingen zijn kruisingen waarbij men één kenmerk onderzoekt.
Mendel nam exemplaren van de erwtenplant die raszuiver voor een bepaald kenmerk waren.
Dit betekent dat als ze onderling kruisen, de nakomelingen steeds datzelfde kenmerk hebben (opm. = homozygoot).
Hij kruiste raszuivere planten (parentaal: P) met rode bloemen met raszuivere planten met witte bloemen. De eerste generatie (F1) hadden alle dezelfde rode kleur.

Eerste wet van Mendel

Hieruit leidde Mendel de uniformiteitswet af, of eerste wet van Mendel:
Als je twee raszuivere individuen kruist, zijn de nakomelingen (F1) onderling identiek.
R (rood) is dominant ten opzichte van w (wit), dan zijn alle nakomelingen Rw, dus rood.

Tweede wet van Mendel

Als hij de planten van de F1-generatie met zichzelf kruiste, hadden de nakomelingen (F2) rode en witte bloemen in een verhouding 3:1.
Hij leidde uit het experiment ook de splitsingwet af, de tweede wet van Mendel:
Bij onderlinge kruising van individuen uit de eerste uniforme generatie (F1) krijg je bij dominant-recessieve overerving nakomelingen (F2) met verschillende fenotypen, in een verhouding 3:1.
In de F2-generatie zijn enkel de planten met ww witbloemig.

Splitsingswet bij partiële dominantie

Bij onderlinge kruising van individuen uit de eerste uniforme generatie (F1) krijg je bij partieel-dominante overerving nakomelingen (F2) met verschillende fenotypen, in een verhouding 1:2:1.
We zien dit hiernaast voor de Japanse wonderbloem: rr geeft rode bloemen en ww witte bloemen, maar rw geeft roze bloemen.

Dihybride kruisingen

Dihybride kruisingen zijn kruisingen waarbij men twee kenmerken onderzoekt.
Bijvoorbeeld bij de kat is korte staart (S) dominant over lange staart (s) en bruine vacht (B) dominant over lichte vacht (b).
We vinden een verhouding van fenotypes 9 : 3 : 3 : 1.
Mendel leidde hieruit zijn onafhankelijkheidswet af, de derde wet van Mendel:
Verschillende kenmerken worden onafhankelijk van mekaar overgeërfd.

Letale allelencombinaties

Bij andere kruisingen dan die Mendel uitvoerde, kan men resultaten bekomen die de wetten van Mendel schijnbaar tegenspreken, bijvoorbeeld:
Bij muizen is gele pels (G) dominant, grijze pels (g) recessief. Bij kruisen van een muis met grijze pels met een muis met gele pels zou men het volgende verwachten:
Gg x gg -> Gg of gg
GG x gg -> 2 x Gg
Dus zou men denken 3/4e geel, 1/4e grijs.
Nu geeft dit echter altijd een resultaat van 50% grijs, 50% geel.
Hoe kan dit?

Verklaring

De homozygoten voor geel (GG) blijken niet levensvatbaar: G is een letaal allel. Daardoor is geel altijd Gg en is de kruising dus altijd Gg x gg.
Een letale allelencombinatie = een allelencombinatie die fataal is voor de drager
Het gen voor de pelskleur blijkt dus nog een ander kenmerk te beïnvloeden.
Pleiotropie = als één gen invloed heeft op verschillende kenmerken.

Epistasie (cryptomerie)

Dit komt bijvoorbeeld voor bij de vachtkleur bij de Labrador: deze kan geel, bruin of zwart zijn. Hier spelen 2 genen een rol: een gen met allelen E en e, een gen met de allelen B en b.
E..B.. → zwart
E..bb → bruin
ee.. → geel
Gen E -> aanmaken vachtkleurstof ja (zwart of bruin) of nee (geel).
Gen B -> komt enkel tot uitdrukking als allel E aanwezig (dan zwart of bruin).
Epistasie (cryptomerie) = overervingswijze waarbij de al dan niet uitdrukking van een kenmerk afhangt van een ander kenmerk.

Gekoppelde genen

Morgan deed een proef met fruitvliegjes waarbij hij gewone grijsgele vliegjes met lange vleugels (wildtype, beide allelen dominant) kruiste met mutante zwarte (black) fruitvliegjes met vleugelstompjes (vestigial).
Men zou vier fenotypes verwachten, maar er kwamen er slechts de bovenstaande twee voor: de beide kenmerken worden altijd samen overgeërfd.
grijsgeel
lange vleugels
korte vleugels
Allemaal grijsgeel met lange vleugels

Gekoppelde genen

Nu GgLl (mannetje) x ggll (vrouwtje) -> normaal GgLl, Ggll, ggLl, ggll in 1:1:1:1 verhouding. Maar blijkbaar komt slechts GgLl en ggll voor: G wordt altijd met L overgeërfd en g met l, waardoor Ggll en ggLl niet voorkomen.
Dit komt doordat de kenmerken op hetzelfde chromosoom liggen en samen overgeërfd worden.

Crossing-over

Soms krijgt men echter wel dat kenmerken, die op eenzelfde chromosoom liggen toch gesplitst worden.
Dit komt door crossing-over, dit is uitwisseling van stukken DNA door twee homologe chromosomen.
Er gebeurt dus een recombinatie van kenmerken. Men krijgt dus in de gameten 4 chromatiden met een verschillende combinatie van kenmerken.

Genkartering

Hoe dichter genen bijeen op eenzelfde chromosoom liggen, hoe vaker ze samen overgeërfd zullen worden. Door de koppelingsgraad (% samen overgeërfd) na te gaan kan men de afstand tussen genen op een bepaald chromosoom schatten.
Zo krijgt men een chromosomenkaart. Dit proces noemt men genkartering.
Hoe wordt afstand tussen genen uitgedrukt?
Hoe groter de afstand tussen genen, hoe groter de kans op recombinatie. Stel dat de recombinatiefrequentie tussen twee genen x % bedraagt, dan zeggen we dat de afstand x cM (centimorgan) bedraagt.

Voorbeeld

Bijvoorbeeld, de recombinatiefrequentie tussen kenmerk A en B bedraagt 20 %, tussen B en C 15 % en tussen A en C 5 %. Dan kunnen we de volgorde van de genen op het chromosoom bepalen:
Opmerking: moderne karteringsmechanismen berusten op het markeren van DNA met speciale chemicaliën (zie later).

Geslachtsgebonden overerving

Vrouwelijke individuen hebben twee X chromosomen. Mannelijke individuen hebben een X en een Y chromosoom.
Het Y chromosoom is bij de mens korter, tussen een X en een Y chromosoom is er een homoloog gedeelte.
Homoloog gedeelte

Hemizygoot

Bepaalde genen komen voor op de geslachtschromosomen, wat een invloed heeft op hun overerving.
Zo ligt het allel voor rode (A – dominant) of witte ogen (a - recessief) bij het fruitvliegje op het X chromosoom.
Een vrouwtje kan dus homozygoot of heterozygoot zijn, een mannetje heeft altijd maar één allel (van het X chromosoom), we noemen dit hemizygoot.
AA of Aa

Multiple allelen

Hier heeft het gen meer dan 2 allelen.
Bijvoorbeeld, bij bloedgroepen zijn er drie allelen: IA, IB en IO.
IA en IB zijn co-dominant
IO is recessief

SRY-gen

Bij de meeste dieren is het individu een mannetje als het een Y chromosoom heeft.
Dit Y-chromosoom draagt het SRY-gen (sex determining region).
Het codeert voor TDF = testis determining factor.
Dit zorgt voor de vorming van teelballen en testosteron.

Barr-lichaampje

Bij vrouwelijke zoogdieren wordt één van de X-chromosomen bijna volledig inactief = het zogenaamde Barr-lichaampje.
Het gedeelte dat homoloog is met het Y-chromosoom blijft wel actief en bij vorming van de gameten wordt het ook weer helemaal actief. In bepaalde cellen kan dus het ene X-chromosoom inactief zijn, in andere cellen het andere.
Bij een lapjeskat bijvoorbeeld zien we dit in de kleur, in sommige cellen is het allel voor ros actief, in andere cellen voor zwart, wat een “lappendeken” geeft.
Een lapjeskat is dus altijd een vrouwtje (bijna altijd, er zijn uitzonderingen).

Polygenie

Bij een erfelijk kenmerk kunnen ook meerdere genen een rol spelen.
Bijvoorbeeld, de huidskleur van de mens wordt door minstens 3 allelenparen op 3 verschillende chromosomenparen bepaald. Bij mulatten zijn er dus veel variaties (zeker 26 = 64).
Polygenie = verschillende genen dragen elk een deel bij aan één kenmerk.
Polygenie is niet hetzelfde als epistasie!
Bij epistasie moet één allel aanwezig zijn om een ander tot uitdrukking te laten komen. Bij polygenie dragen ze allen bij.
Opmerking: milieu-invloeden (zonnestraling) spelen uiteraard ook een rol bij de huidskleur.

Mutaties

Mutaties zijn veranderingen in de DNA-structuur.
Door mutaties kunnen aandoeningen ontstaan.
Deze aandoeningen zijn enkel erfelijk als de mutaties in de geslachtscellen plaatsvinden.

Oorzaken van mutaties

Mutaties worden veroorzaakt door mutagene factoren, bijvoorbeeld:
Hoogenergetische straling (vb. door radioactiviteit).
Chemische stoffen: diverse onkruidverdelgers, peroxiden, stikstofverbindingen,...
Virussen: bouwen soms DNA in de gastheer in.
Toevallige fouten: bij dupliceren baseparen zou in ongeveer 1 op 109 keer een fout gebeuren.
Mutagene factoren zijn ook vaak carcinogeen (kankerverwekkend).

Genmutaties

Dit zijn veranderingen binnen een gen, meestal is er maar één basenpaar veranderd en dus is er vaak ook een verandering van aminozuur in het geproduceerde eiwit.
Het kan ook zijn dat een basenpaar ontbreekt, waardoor meestal een totaal ander eiwit geproduceerd wordt.
Afwijkingen die hiervan een gevolg zijn, noemt men monogene aandoeningen.

Huntington’s ziekte

Is een voorbeeld van een autosomaal dominante overerfbare ziekte.
Als één van de ouders de ziekte heeft, is er één kans op twee dat een kind de ziekte ook vertoont.
Er is sprake van afsterven van hersencellen, waardoor de geestelijke en fysieke vermogens sterk achteruitgaan, typisch beginnen de eerste symptomen tussen het 30ste en 50ste levensjaar.
Er is tot op heden geen genezing mogelijk.

Mucoviscidose

Mucoviscidose is een autosomaal recessief overdraagbare ziekte.
Heterozygoten zijn dus drager van het allel zonder dat ze de ziekte vertonen.
Er vormt zich bij deze ziekte taai slijm, dat de longen en het maagdarmstelsel aantast.
Ook kan vertraagde groei optreden.
Door de grotere kans op luchtweginfecties is de levensverwachting beduidend lager dan normaal.

X-gelinkte recessieve overerving

Hemofilie of bloederziekte is een voorbeeld bij de mens van een geslachtsgebonden kenmerk.
Hier is er sprake van een tekort aan een stollingsfactor in het bloed, waardoor kleine wondjes al ernstige gevolgen kunnen hebben.
Mensen met hemofilie zijn homozygoot in het recessieve allel.
Het gen is X-gebonden.
Een vrouw kan dus draagster zijn (wel het allel voor hemofilie hebben, maar de ziekte niet hebben).

Rood-groenkleurenblindheid

Roodgroen-kleurenblindheid of daltonisme komt vooral bij mannen voor (ongeveer 8% van de mannen).

Opmerking

Het komt vooral bij jongens tot uiting doordat meisjes twee X-chromosomen hebben, dus zowel de moeder als de vader moeten dan minstens drager zijn om een kleurenblinde dochter te hebben.
Een stamboom waarin er duidelijk meer mannen geaffecteerd zijn dan vrouwen is waarschijnlijk X-gelinkt recessief.

Vitamine-D resistente rachitis

Bij vitamine-D resistente rachitis is er X-gelinkte dominante overerving.
Rachitis is een botaandoening met misvorming van de botten (onder andere O-benen) meestal door een tekort aan vitamine D in de jeugd.
Met genoeg zon op de huid (maakt vitamine D aan) kan dit voorkomen worden.
Rachitis kom bijna niet meer voor, maar vitamine-D resistente rachitis waarvan hier sprake is niet behandelbaar door vitamine-D toe te dienen.

Chromosoommutaties

Hier is er een fout in een stukje chromosoom.
Deletie: een stukje DNA ontbreekt.
Inversie: een stukje DNA is omgedraaid.
Insertie: er is een stukje DNA is bijgekomen. Meestal een gevolg van een translocatie: een stuk van een chromosoom is op een ander chromosoom overgegaan.
Duplicatie: er is een stukje DNA gedupliceerd. Is meestal een gevolg van een foutgelopen crossing-over.

Cri-du-chat

Bij het Cri-du-chatsyndroom is er sprake van een deletie van een stuk van het chromosoom 5.
De naam komt van het “kattengejank”-achtig geluid dat de baby’s maken, te wijten aan stoornissen in keel en zenuwstelsel.
Hebben verstandelijke en motorische beperkingen, gedragsproblemen, ongewone gelaatstrekken, overmatig kwijlen.
Gelaatstrekken van een kind met Cri-du-chatsyndroom

Genoommutaties

Hier is er een chromosoom teveel of te weinig. Dit ontstaat door een delingsfout tijdens de meiose.
Hierdoor is er een gameet met twee homologe chromosomen en een ander zonder chromosoom van dat paar.
Dit komt vooral voor na zwangerschap van oudere vrouwen (reeds aanzienlijk hogere kans bij 30 jaar).
Mensen met genoommutaties zijn meestal levensvatbaar.

Downsyndroom

Een voorbeeld is het Downsyndroom (mongolisme). Bij het Downsyndroom is er een trisomie 21: er zijn drie chromosomen 21 in plaats van twee chromosomen.
Men kan de vrucht wel in een vroeg stadium op Down testen. De test draagt echter wel een zeker risico voor verlies van de vrucht op (vruchtwaterpunctie).
Ook indicerende bloedtesten zijn tegenwoordig mogelijk.

Downsyndroom

Anafase II non-disjunctie
Anafase I non-disjunctie
Dit is een gevolg van een fout in de anafase van de meiose bij de vorming van de gameten: in plaats van één chromosoom van de homologe paren per dochtercel, krijgt één dochtercel er twee, de ander geen.

Translocatie-Down

In 5% van de gevallen is er wel een erfelijke aanleg van de moeder om een kind met Downsyndroom te krijgen.
Het chromosoom 21 plakt dan vast aan een ander chromosoom en dit is dan in alle gevormde eicellen zo.
De vrouw is dan voorbestemd om kinderen met het Downsyndroom te krijgen.
Dit noemt men een translocatie-Down.

Genoommutaties met de geslachtschromosomen

Trisomie X: een normaal vrouwelijk uitzicht, met drie X chromosomen. Verhoogde kans op taal en spraakproblemen.
Turner syndroom (X0): hebben enkel een X-chromosoom. Vrouwelijk fenotype, maar korte brede nek, onvruchtbaar.
Klinefeltersyndroom (XXY): hebben twee X-chromosomen en één Y chromosoom. Mannelijke verschijningsvorm, grote lichaamslengte, meestal onvruchtbaar.
XYY: Geen fenotypische afwijkingen, normale man.

Stamboomonderzoek

Voor een bepaalde monogene aandoening kan men kijken naar een stamboom om bepaalde info te krijgen over het soort mutatie.
bvb. als tenminste 1 ouder steeds de afwijking vertoont is het een dominant allel.
als geen van beide ouders de ziekte vertoont, maar een nakomeling wel, is het een recessief allel.
bvb. als het ongeveer evenveel bij mannen als vrouwen voorkomt is het een autosomale aandoening, anders is het een geslachtsgebonden aandoening.

Voorbeeld

De aandoening wordt recessief overgeërfd, want er zijn zieke kinderen met niet-zieke ouders.
Het is waarschijnlijk ook autosomaal want vrouwen en mannen zijn beide ongeveer evenveel vertegenwoordigd.
De onderste man heeft dan Aa en de onderste vrouw aa.
De kans dat een kind van hen de ziekte zal hebben is dan 1/2.
Bolletje = vrouw
Vierkantje = man
Zwart = heeft ziekte

Voorbeeld

Hier is er dominante overerving. De overerving kan niet geslachtsgebonden zijn want er is een niet-ziek vrouwtje (zou dan xx zijn) dat met een ziek mannetje (zou dan Xy zijn) een ziek mannetje geeft (zou dan Xy zijn) en dat kan niet!

Epigenetische overerving

De voortplantingscellen van organismen bevatten epigenetische veranderingen. Echter, bij ontwikkeling van het zoogdierembryo worden de epigenetische tags eerst verwijderd, uitgezonderd voor ongeveer 1% van de genen.
Dus voor een heel klein deel zouden epigenetische veranderingen overerfbaar kunnen zijn tussen generaties.
Bij planten, schimmels en eencelligen is het overerfbaar aandeel veel groter.
Binnen het organisme, in de mitose, zijn methyleringen wel overerfbaar, bvb. fysieke conditie verandert de epigenetica van de spiercellen.

Epigenetische overerving

Tijdens de zwangerschap kunnen ook bepaalde epigenetische veranderingen ontstaan in het embryo.
Bvb. blootstelling aan grote stress van de moeder tijdens de zwangerschap had een blijvende invloed op de stressbestendigheid van het kind.