GENIE Biologie 6 Leerboek - Inkijkexemplaar by VAN IN

nant DNA

IN N

Klon Toepassi DNA manipuler

zichtbaar maken: DNA meen principe singen bepalen: sequencing terminatiemethode (Sanger sequencing) equencing

ve ef

Pr o

Biotechnologie op RN

THEMA 01: VOORTPLANTING Voortplanting en ontwikkeling bij de mens 1 Gametogenese 1.1 Vorming van zaadcellen 1.2 Vorming van vrouwelijke voortplantingscellen 2 De bevruchting 3 De ontwikkeling van een baby en de zwangerschap 3.1 De embryonale fase 3.2 De foetale fase 3.3 De placenta 3.4 De bevalling 3.5 Lactatie 4 Tweelingen 5 Prenatale screening

Hoofdstuk 2

Technieken om de vruchtbaarheid te beheersen 1 Anticonceptiva 1.1 Natuurlijke methodes 1.2 Kunstmatige methodes zonder hormonen 1.3 Kunstmatige methodes gebaseerd op hormonen 1.4 Methodes die zorgen voor permanente onvruchtbaarheid 2 Methodes om de vruchtbaarheid te verhogen 2.1 Kunstmatige inseminatie (KI) 2.2 In-vitrofertilisatie (IVF) 2.3 Intracytoplasmatische sperma-injectie (ICSI) 2.4 Technieken om zaadcellen te isoleren 2.5 Eicel- en embryodonatie

Hoofdstuk 1

Teratogene factoren 1 Invloed van leefgewoontes op de zwangerschap 1.1 Roken 1.2 Voeding 1.3 Alcohol en drugs 2 Invloed van de omgeving op de ontwikkeling van embryo en foetus 2.1 Infectieziektes 2.2 Giftige stoffen in de leefomgeving 2.3 Stress

Pr o

Hoofdstuk 3

Hoofdstuk 2

Gekoppelde genen

Hoofdstuk 3

Populatiegenetica

Eiwitsynthese 1 Overzicht van de eiwitsynthese bij prokaryoten en eukaryoten 1.1 De stappen in de eiwitsynthese 1.2 De definitie van een gen 1.3 De genetische code 2 Transcriptie en splicing in de eukaryote cel 2.1 Transcriptie van DNA naar pre-mRNA 2.2 Splicing van pre-mRNA naar mRNA 3 Translatie in de eukaryote cel 3.1 tRNA 3.2 rRNA en ribosomen 3.3 Verloop van de translatie

Pr o

Hoofdstuk 1

THEMA 03: GENEXPRESSIE

Hoofdstuk 2

Mendeliaanse overerving 1 Inleidende begrippen 2 Wetten van Mendel 2.1 Uniformiteitswet 2.2 Splitsingswet 2.3 Testkruisingen 2.4 Onafhankelijkheidswet 3 Schijnbare afwijkingen van de wetten van Mendel 3.1 Incomplete dominantie en codominantie 3.2 Lethale allelen 3.3 Pleiotropie 3.4 Polygenie 3.5 Penetrantie en expressiviteit

Hoofdstuk 1

THEMA 02: ERFELIJKHEIDSLEER

Genregulatie 1 Genregulatie bij prokaryoten 2 Genregulatie bij eukaryoten 2.1 Epigenetische modificaties 2.2 Transcriptiefactoren 2.3 Regulatie op RNA-niveau 2.4 RNA-interferentie

Mutatie en epigenetische modificatie 1 Genen versus omgeving 2 Mutaties 2.1 Indeling op basis van oorzaak 2.2 Indeling op basis van organisatieniveau 2.3 Indeling op basis van het effect op het eiwit 3 Epigenetische modificaties 3.1 Niet-erfelijke epigenetische modificaties 3.2 Erfelijke epigenetische modificaties

Hoofdstuk 3

THEMA 04: BIOTECHNOLOGIE Biotechnologie, een groeiend onderzoeksdomein 1 Klassieke en moderne biotechnologie 2 Toepassingsgebieden van biotechnologie 3 Biotechnologie en ethiek

Hoofdstuk 2

Biotechnologische technieken 1 DNA vermenigvuldigen: de PCR-techniek 1.1 Principe van de PCR-techniek 1.2 Opbouw van één PCR-cyclus 1.3 Exponentiële toename van het gewenste DNA -fragment 1.4 Kwantitatieve PCR 1.5 Toepassingen van de PCR-techniek 2 DNA zichtbaar maken: DNA-gelelektroforese 2.1 Principe van DNA-gelelektroforese 2.2 Toepassingen van DNA-gelelektroforese 3 DNA-sequentie bepalen: DNA-sequencing 3.1 Principe van DNA-sequencing 3.2 Toepassingen van DNA-sequencing 4 DNA manipuleren: recombinant DNA 4.1 Natuurlijke genoverdracht 4.2 Kunstmatige genoverdracht 4.3 Kloneren 4.4 Toepassingen van recombinant DNA 5 DNA manipuleren: gene editing 5.1 CRISPR-Cas 5.2 Toepassingen van gene editing

Pr o

Hoofdstuk 1

THEMA 05: EVOLUTIE Mechanismen van evolutie 1 Evolutie en evolutietheorie 2 Mechanismen van evolutie 2.1 Mutatie 2.2 Natuurlijke selectie 2.3 Seksuele selectie 2.4 Gene flow 2.5 Genetische drift

Hoofdstuk 2

Evolutietheorie 1 De evolutietheorie in een historisch perspectief 1.1 De evolutietheorie van Lamarck 1.2 De evolutietheorie van Darwin 2 Argumenten voor evolutie 2.1 Kunstmatige selectie als argument voor evolutie 2.2 Argumenten uit de anatomie 2.3 Argumenten uit de paleontologie 2.4 Argumenten uit de biogeografie 2.5 Argumenten uit de moleculaire biologie 2.6 Argumenten uit recente observaties

Hoofdstuk 3

Evolutie van soorten 1 Het begrip ‘soort’ 2 Mechanismen voor soortvorming 2.1 Geografische isolatie 2.2 Habitatisolatie 2.3 Gedragsisolatie 2.4 Morfologische isolatie 2.5 Temporele isolatie 2.6 Gametische isolatie 2.7 Isolatie na bevruchting 3 Mijlpalen van evolutie 4 Evolutie van de mens

Pr o

Hoofdstuk 1

THEMA 01

VOORTPLANTING

Uit onderzoek blijkt dat een op de vier zwangerschappen ongepland is. De meeste tienerzwangerschappen zijn bijvoorbeeld ongepland. Een ongeplande zwangerschap hoeft niet noodzakelijk ongewenst te zijn. Enkel als een vrouw of koppel de zwangerschap als negatief ervaart, spreek je van een ongewenste zwangerschap. Twee derde van de ongeplande zwangerschappen wordt aanvankelijk als ongewenst ervaren. In de helft van

Pr oe

fv er

de gevallen blijft de zwangerschap ongewenst. De andere helft evolueert naar een gewenste zwangerschap.

` Hoe verloopt de vorming van de voortplantingscellen? ` Hoe verloopt de bevruchting? ` Hoe beïnvloedt de hormonale regeling de vruchtbaarheid van de mens? ` Hoe verloopt de ontwikkeling van een embryo en een foetus? ` Hoe beïnvloeden de levensstijl en de omgeving van de moeder de ontwikkeling van de baby? ` Welke methoden zijn er om een bevruchting te verhinderen of te helpen? We zoeken het uit!

VERKEN

JE KUNT AL ...

• de hormonale regeling van

het voortplantingsstelsel

het voortplantingssysteem

in het menselijk lichaam

bij de mens uitleggen.

• uitleggen dat in onze

hormonen op de

omgeving heel wat

menstruatiecyclus en de

schadelijke stoffen

mannelijke vruchtbaarheid

aanwezig zijn.

bespreken;

• op een tijdlijn van de menstruatiecyclus de eicelrijping, de eisprong, de

fv er

menstruatie aanduiden.

Pr oe

• uitleggen hoe mannelijke

• de werking van

H3 • uitleggen hoe bepaalde

en vrouwelijke

een aantal hormonale

factoren (gedrag, leefmilieu,

voortplantingscellen

en niet-hormonale

ziekteverwekkers) de

worden gevormd;

anticonceptiemiddelen

ontwikkeling van embryo en

uitleggen;

foetus beïnvloeden.

• de bevruchting bij de mens uitleggen;

• uitleggen hoe een embryo

• enkele technieken uitleggen die worden gebruikt

en een foetus zich

bij een verminderde

ontwikkelen;

vruchtbaarheid.

• uitleggen welke factoren de bevalling opwekken; • het verloop van de geboorte beschrijven.

vruchtbare periode en de

gezondheid kunnen beïnvloeden;

• de invloed van enkele

JE LEERT NU ...

organismen onze

lokaliseren en benoemen;

• uitleggen dat micro-

• de organen van

THEMA 01

verken

HOOFDSTUK 1

Î Voortplanting en ontwikkeling bij de mens In de puberteit ondergaat je lichaam veranderingen. De primaire geslachtsorganen worden actief en

secundaire geslachtskenmerken komen tot ontwikkeling. Je lichaam wordt in gereedheid gebracht om zich

voort te planten.

M De vorming van spermatozoïden en oöcyten uitleggen

LEERDOELEN

M Het mechanisme van de hormonale regeling van de menstruatiecyclus en de zaadcelproductie beschrijven M De bevruchting bij de mens uitleggen

M Het verloop van de ontwikkeling van een embryo en een foetus uitleggen

Gametogenese

M Het verloop van de bevalling en de geboorte uitleggen

Tijdens de geslachtsgemeenschap worden

de haploïde mannelijke voortplantingscellen of

spermatozoïden (zaadcellen) zo dicht mogelijk bij

de haploïde vrouwelijke voortplantingscel of oöcyt

fv er

(eicel) gebracht. Die gameten of voortplantingscellen worden gevormd tijdens de gametogenese. Wanneer de oöcyt bevrucht wordt door een spermatozoïde,

W Afb. 1 Door geslachtsgemeenschap worden spermatozoïden zo dicht mogelijk bij de oöcyt gebracht

ontstaat er een diploïde zygote of bevruchte eicel,

die zich kan ontwikkelen tot nieuw leven. Net zoals bij andere zoogdieren gebeurt de bevruchting bij

Pr oe

mensen inwendig. Mannelijke organismen bezitten daarom ook structuren om de spermatozoïden in het vrouwelijk lichaam te brengen. Als voortplantingscellen evenveel erfelijk materiaal hadden als andere lichaamscellen, zou de hoeveelheid erfelijk materiaal generatie na generatie verdubbelen. Daarom bevatten ze maar de helft van de hoeveelheid erfelijk materiaal van

mannelijke organen

zaadcel vrouwelijke organen bevruchting

de andere lichaamscellen. Die halvering gebeurt

embryo

door meiotische delingen tijdens de vorming van de voortplantingscellen. De bevruchte eicel bevat op

eicel

die manier dezelfde hoeveelheid erfelijk materiaal als een normale lichaamscel.

Afb. 2 Bij een bevruchting versmelt een spermatozoïde (n) met een oöcyt (n). De bevruchte eicel is diplöid (2n).

THEMA 01

hoofdstuk 1

1.1

Vorming van spermatozoïden

Bouw van het mannelijk voortplantingsstelsel

De aanmaak van de spermatozoïden gebeurt vanaf de puberteit en vindt plaats in twee testes of teelballen. De testes maken ook mannelijke geslachtshormonen aan en worden daarom de mannelijke gonaden of geslachtsklieren genoemd. De vorming van de spermatozoïden gebeurt optimaal bij een temperatuur die twee à drie graden lager is dan de lichaamstemperatuur.

De twee teelballen bevinden zich bij de mens daarom buiten het lichaam in een huidplooi: het scrotum of de balzak. Door samen te trekken of te ontspannen, brengen spiertjes in het scrotum de testes dichter bij of verder van het lichaam.

Elke testis is omgeven door een stevig bindweefselkapsel. Vanuit het bindweefselkapsel

vertrekken er bindweefseltussenschotten, die de testis verdelen in een groot aantal lobben waarin sterk gekronkelde zaadbuisjes liggen. Elke testis bevat vele honderden zaadbuisjes. De wand van de zaadbuisjes wordt gevormd door de cellen van Sertoli en spermatogonia

(kiemcellen), waaruit later de spermatozoïden ontstaan. In het bindweefsel tussen de zaadbuisjes liggen de cellen van Leydig, die het hormoon testosteron produceren. De zaadbuisjes komen samen in een teelbalnetwerk. De wanden van die kanalen zijn voorzien van kliercellen die vocht produceren, en trilhaarcellen die de onbeweeglijke spermatozoïden samen met het vocht naar de bijbal of epididymis brengen. De bijbal is een sterk gekronkelde buis (circa 5 m lang) waarin

spermatozoïden tijdelijk worden opgeslagen en verder rijpen.

Vanuit de bijbal leidt de zaadleider (vas deferens) de zaadcellen naar de prostaatklier. De zaadleider is lang (circa 30 cm) en sterk gespierd. Door peristaltische bewegingen kan ze

de spermatozoïden voortstuwen naar de urinebuis.

Net voordat de zaadleiders door de prostaat lopen, monden er twee zaadblaasjes uit in de zaadleiders. De zaadblaasjes en de prostaat scheiden een vocht af dat het zaadvocht wordt

genoemd. Samen met de spermatozoïden vormt dat zaadvocht het sperma. Het zaadvocht bevat voedingsstoffen, zoals fructose voor de zaadcellen, en is licht basisch (pH = 7,4). Het alkalische

fv er

sperma kan het zure milieu van de vagina neutraliseren en op die manier de overleving van de spermatozoïden verhogen. Het zaadvocht bevat ook stoffen die de contractie van delen van het vrouwelijk voortplantingsstelsel bevorderen, waardoor de kansen op een bevruchting groter worden.

Als de prostaat samentrekt, wordt het sperma door de urinebuis naar buiten geperst. Tegelijkertijd wordt de urinebuis tussen de blaas en de prostaat afgesloten, zodat er geen urine

Pr oe

bij het sperma kan terechtkomen of zodat het sperma niet in de blaas terechtkomt. De Cowperse klieren zijn twee exocriene klieren die vlak bij de prostaat in de urinebuis uitmonden. Voordat het sperma het lichaam bij seksuele opwinding verlaat, scheiden die klieren het voorvocht af.

THEMA 01

hoofdstuk 1

urineleider

blaas

urineleider

zaadblaasjes

blaas

zaadleider

prostaatklier

zaadleider

Cowperse klier

urinebuis bijbal

penis

testis

scrotum

bloedvaten

urinebuis

cellen van Leydig

fv er

zaadbuisje

teelbalnetwerk

testis

balzak

Pr oe

eikel

kop

spermatogonia middenstuk

blaasje

cellen van Sertoli

kern

mitochondriën

zweepstaart

S Afb. 3 Het mannelijk voortplantingsstelsel

THEMA 01

hoofdstuk 1

Spermatogenese

De spermatogenese of vorming van de spermatozoïden vindt plaats in de zaadbuisjes en wordt hormonaal geregeld. Het proces start in de puberteit en loopt verder tijdens het verdere verloop van het leven van de man. Aan de rand van de zaadbuisjes liggen diploïde spermatogonia. Door mitose ontstaan er uit die ongedifferentieerde voorlopercellen twee dochtercellen: • Een van de dochtercellen verplaatst naar zich het centrum van het zaadbuisje en differentieert

tot een primaire spermatocyt die zich meiotisch zal delen.

• De andere dochtercel blijft aan de rand van het zaadbuisje liggen en vormt opnieuw

een spermatogoniumcel. Op die manier blijven er in het zaadbuisje altijd kiemcellen aanwezig die nieuwe spermatozoïden kunnen aanmaken.

Door de eerste meiotische deling ontstaan er uit de primaire spermatocyt twee haploïde (n) secundaire spermatocyten. Door meiose II ontstaan er daaruit vier haploïde spermatiden, die

aanvankelijk nog met elkaar verbonden zijn door cytoplasmabruggen.

spermatogonium

mitose

primaire spermatocyt

meiose I 1n

meiose II

primaire spermatocyt (2n)

secundaire spermatocyt (n)

si fv er

spermatide

spermiogenese

spermatiden (n)

spermatozoïde (sperma)

S Afb. 5 Door de processen van mitose en meiose ontstaan er vier spermatiden.

Pr oe

S Afb. 4 De fasen van de spermatogenese

secundaire spermatocyt

De spermatiden zijn niet in staat om een eicel te bevruchten. Ze hebben nog geen staart en kunnen nog niet bewegen. Daarom differentiëren spermatiden verder tot spermatozoïden: • Aan de voorzijde ontwikkelt zich het acrosoom, dat dicht tegen de kern gaat liggen. Het acrosoom bevat enzymen die de beschermende eiwitlaag rond de oöcyt kunnen afbreken, zodat de kern van de spermatozoïde de eicel kan binnendringen.

• De kern plat af, waardoor de typische kop van spermatozoïden ontstaat.

• Een van de centriolen verplaatst zich naar de andere zijde van de kern ten opzichte van het acrosoom en groeit uit tot een flagel of zweepstaart.

• De mitochondriën ordenen zich rond de basis van de flagel en vormen het middenstuk van de spermatozoïde. De mitochondriën produceren ATP, dat nodig is voor de beweging van de staart. Zo kunnen spermatozoïden bewegen en op zoek gaan naar een eicel. • Het overtollige cytoplasma wordt afgesnoerd en opgenomen door de cellen van Sertoli.

THEMA 01

hoofdstuk 1

acrosoom

middenstuk

celkern

kop

ﬂagel mitochondriënkoker

S Afb. 6 De bouw van een spermatozoïde

microtubuli

S Afb. 7 Een ingekleurd elektronenmicroscopisch beeld van spermatozoïden

Wanneer de spermatozoïden in het centrum van de zaadbuisjes vrijkomen, zijn ze nog niet

beweeglijk. Ze worden door peristaltische bewegingen naar de bijbal getransporteerd. Daar

verkrijgen ze pas hun beweeglijkheid.

WEETJE

De vorming van spermatozoïden neemt 64 tot 74 dagen in beslag. Het grote aantal zaadbuisjes in de teelballen van de man laat toe dat er per seconde meer dan duizend

nieuwe spermatozoïden worden gevormd. De levensomstandigheden van de man (zoals of hij al dan niet rookt, alcohol consumeert, hete baden neemt of spannend ondergoed draagt)

fv er

hebben een invloed op de kwaliteit van het sperma.

De hormonale regeling van de spermatogenese

De hypothalamus, de hypofyse en de cellen van Leydig spelen een belangrijke rol in de hormonale regeling van de spermatogenese.

Het hormoon GnRH (gonadotropine-vrijzettend hormoon), dat afgescheiden wordt door

Pr oe

de hypothalamus, zet de hypofyse aan tot afscheiding van de hormonen FSH (follikelstimulerend hormoon) en LH (luteïniserend hormoon). Het hormoon LH stimuleert de cellen van Leydig om testosteron aan te maken. FSH stimuleert de vorming van bindingseiwitten in de cellen van Sertoli. De bindingseiwitten zorgen ervoor dat er testosteron kan worden opgenomen, zodat de spermatogenese kan starten. De concentratie van GnRH, FSH en LH wordt geregeld door een negatief feedbackmechanisme. De cellen van Sertoli secreteren het hormoon inhibine, een eiwit dat de afscheiding van FSH door de hypofyse afremt. Testosteron remt de secretie van GnRH door de hypothalamus en die van LH door de hypofyse.

THEMA 01

hoofdstuk 1

hypothalamus GnRH

testosteron testes

cellen van Sertoli

bindingseiwitten

hypofyse

cellen van Leydig S Afb. 8 De hormonale regeling van de spermatogenese met feedbackmechanismen

WEETJE

Testosteron is het belangrijkste androgeen (mannelijk geslachtshormoon). Testosteronconcentraties in het bloed zijn vóór de start van de puberteit laag.

Tijdens de puberteit stijgen ze naar waarden die je ook bij volwassenen aantreft. Dat geslachtshormoon is niet alleen belangrijk bij de spermatogenese, maar heeft ook nog enkele andere functies:

• Tijdens de embryonale fase is testosteron noodzakelijk voor de ontwikkeling van de mannelijke primaire geslachtskenmerken (onder andere de uitwendige

fv er

geslachtsorganen). Zonder testosteroninvloeden ontwikkelt een embryo zich vrouwelijk. • Tijdens de puberteit zorgt testosteron voor de ontwikkeling van de mannelijke secundaire geslachtskenmerken (onder andere de groei van de penis en het scrotum, een andere stemhoogte door de groei van de stembanden, en lichaamsbeharing).

• Testosteron zorgt ook bij vrouwen voor lichaamsbeharing (de groei van schaamhaar en okselhaar) tijdens de puberteit.

Pr oe

• Onder invloed van testosteron verandert de talgproductie, een van de oorzaken van acne.

• Testosteron stimuleert de groei van skeletspieren.

THEMA 01

hoofdstuk 1

Tijdens de gametogenese worden er voortplantingscellen gevormd. Tijdens de geslachtsgemeenschap worden er spermatozoïden in het lichaam van de vrouw gebracht, zodat een inwendige bevruchting kan plaatsvinden: een haploïde spermatozoïde versmelt met een haploïde oöcyt tot een diploïde zygote. De spermatozoïden worden gemaakt in de teelballen of testes. De prostaat vormt samen met de zaadblaasjes het zaadvocht, dat de overleving van de spermatozoïden moet bevorderen. De spermatozoïden en het zaadvocht vormen samen het sperma, dat via

de urinebuis naar buiten wordt geleid. In de teelballen bevinden zich talrijke zaadbuisjes, waarin de zaadcellen worden gemaakt. Aan de rand van de zaadbuisjes liggen spermatogonia, die zich mitotisch delen. Uit de primaire spermatocyt ontstaan er na meiose vier spermatiden, die zich tijdens

de spermatogenese differentiëren tot spermatozoïden. De kop van de spermatozoïde bevat de kern en een acrosoom met stoffen om de eicel binnen te dringen. Het middenstuk bevat

mitochondriën en voorziet de lange flagel van de energie om te bewegen.

Het verloop van de spermatogenese wordt geregeld door een aantal hormonen, namelijk

GRF, FSH, LH, testosteron en inhibine. De concentraties van die hormonen worden geregeld

Pr oe

fv er

door een negatief feedbackmechanisme.

THEMA 01

hoofdstuk 1

1.2

Vorming van oöcyten

Bouw van het vrouwelijk voortplantingsstelsel

De oöcyten worden gemaakt in de vrouwelijke gonaden, die je ovaria of eierstokken noemt. Ze liggen aan weerszijden van de baarmoeder en worden op hun plaats gehouden met ligamenten die verbonden zijn met andere organen. In elk ovarium bevinden zich in de buitenste laag al vanaf de geboorte honderdduizenden follikels. Een follikel bestaat uit een onrijpe oöcyt en een of

meerdere lagen follikelcellen. Follikelcellen zijn cellen die de oöcyt beschermen en voorzien

van alle stoffen die nodig zijn voor haar ontwikkeling of rijping. Daarnaast maken follikelcellen

ook hormonen aan. Vanaf de pubertijd rijpen er maandelijks een aantal follikels (zie verder). Bij de ovulatie of eisprong barst er een rijpe follikel en komt de rijpe oöcyt vrij.

Aangezien oöcyten zelf niet kunnen bewegen, worden ze door het oviduct of de eileider naar de baarmoeder gebracht. Het deel van het oviduct dat zich bij de ovaria bevindt, is trechtervormig verbreed en staat in contact met de buikholte. Op de rand van de trechter bevinden zich franjes,

die beweeglijk zijn en ervoor zorgen dat de eicel na de ovulatie in het oviduct terechtkomt. Het oviduct is voorzien van een verbreding of ampulle, waarin gewoonlijk de bevruchting plaatsvindt. De wand van het oviduct bevat lengte- en kringspieren, en de binnenzijde is bekleed met epitheel dat kliercellen en trilhaarcellen bevat. De peristaltische bewegingen van de spieren brengen, samen met de beweging van de trilharen, de oöcyt of het embryo naar de baarmoeder.

De baarmoeder of uterus is een peervormig, gespierd orgaan dat zich boven de blaas bevindt. De binnenzijde is afgelijnd met het baarmoederslijmvlies. Dat slijmvlies ondergaat onder invloed van hormonen vanaf de puberteit maandelijks veranderingen in dikte en structuur, zodat na een bevruchting een embryo zich kan innestelen en ontwikkelen tot een foetus.

De talrijke bloedvaten in het baarmoederslijmvlies voeren de hormonen aan die tijdens de menstruele cyclus de veranderingen aansturen, maar staan ook in voor de aanvoer van de nodige voedingsstoffen nadat een embryo zich in het slijmvlies heeft ingenesteld. De wand

van de baarmoeder is opgebouwd uit een dikke spierlaag van kring- en lengtespieren, die tijdens

fv er

de bevalling de baby mee naar buiten helpen te duwen. De baarmoeder is via de baarmoederhals verbonden met de vagina. In de opening van de baarmoederhals zit meestal een moeilijk doordringbare slijmprop, die de baarmoeder tegen infecties beschermt. De vagina vormt de verbinding tussen de baarmoeder en de buitenwereld. Ze is gespierd, maar tegelijkertijd ook soepel en rekbaar, want bij de bevalling moet er een baby doorheen. De wanden zijn opgebouwd uit slijmvliezen en liggen normaal tegen elkaar. De slijmvliezen produceren vocht en slijm. De wanden scheiden ook glycogeen af, dat door

Pr oe

melkzuurbacteriën wordt afgebroken tot melkzuur. Daardoor wordt de vagina een zure omgeving waarin de meeste andere bacteriën of micro-organismen niet kunnen overleven. Dicht bij de opening naar de buitenwereld ligt het maagdenvlies. Het is geen vlies dat de opening afsluit, maar een ringvormig elastisch weefsel dat als een kraagje rond de ingang van de vagina ligt en bacteriën kan tegenhouden. Het uitwendige deel van de vagina wordt de vulva genoemd. De vulva bestaat uit twee paar huidplooien: de binnenste en de buitenste schaamlippen. De buitenste schaamlippen zijn behaard en beschermen de meer naar binnen gelegen delen. Waar de binnenste schaamlippen vooraan samenkomen, ligt een zeer gevoelig bolletje ter grootte van een erwt: de clitoriseikel.

THEMA 01

hoofdstuk 1

baarmoederholte

oviduct

ampulle

ovulatie

ligament

trechter

ovarium

baarmoederslijmvlies

gespierde baarmoederwand

ovariële cyclus

slijmprop

vagina

eierstok

eileider

wervelkolom

urineleider

baarmoeder

urineblaas

endeldarm

schaambeen

fv er

clitoriseikel

anus

Pr oe

buitenste schaamlip binnenste schaamlip urinebuis

vagina

clitoris

kleine schaamlip grote schaamlip urinebuis vagina

maagdenvlies

anus

S Afb. 9 Het vrouwelijk voortplantingsstelsel

THEMA 01

hoofdstuk 1

WEETJE Rondom de clitoriseikel zit een stukje huid – de clitorishoed – dat homoloog is met de voorhuid van de penis. De clitoriseikel is het uitwendig zichtbare deel van een structuur die voor de rest grotendeels inwendig ligt: de clitoris. De clitoris is opgebouwd uit zwellichamen, die aan weerszijden van de opening van de vagina liggen. Ze zijn opgebouwd zoals de zwellichamen in de penis van een man en vullen zich, net zoals bij de man, bij opwinding met bloed. Die structuur is zeer gevoelig en speelt een belangrijke rol bij

de seksuele genotservaring. zwellichamen van de penis

clitorishoed clitoriseikel

zwellichamen

zwellichamen van de clitoris

S Afb. 11 De clitoris kent een gelijkaardige bouw als de zwellichamen in een penis.

S Afb. 10 De clitoris ligt grotendeels inwendig. Enkel de clitoriseikel is uitwendig zichtbaar.

Over de clitoris vind je doorgaans weinig in anatomie- of schoolboeken. Hoewel

fv er

de structuur gekend is sinds de tweede eeuw, werd pas in de zeventiende eeuw duidelijk dat het een normaal onderdeel van het vrouwelijk lichaam was. Een wereld gedomineerd door mannen, theorieën over de noodzaak van een vrouwelijk orgasme en weinig aandacht voor het seksuele genot van de vrouw zorgden ervoor dat de structuur niet werd afgebeeld en niet grondig werd onderzocht. Met de toenemende emancipatie van de vrouw kwam daar pas aan het eind van de twintigste eeuw verandering in. Onderzoeksinspanningen met moderne beeldvormingstechnieken brachten aan het licht dat het volume van

Pr oe

de zwellichamen wel tien keer groter is dan vroeger werd aangenomen.

Oögenese

Tijdens de ontwikkeling van

een vrouwelijke baby ontstaan er in de buitenrand of schors van een ovarium

mitosen van kiemcellen of oögoniën

miljoenen diploïde (2n) kiemcellen, die oögoniën worden genoemd. Dat

zijn cellen die aanleiding geven tot oöcyten. De oögoniën ontwikkelen zich tot primaire oöcyten (2n), die nog voor de geboorte starten met de meiose. 12

THEMA 01

hoofdstuk 1

start meiose primaire oöcyt in profase 1

S Afb. 12 Het ontstaan van een primaire oöcyt uit een oögonie

Die meiose I komt echter tot stilstand na profase I. Elke primaire oöcyt vormt samen met de omringende follikelcellen die haar beschermen en voeden, een primordiale follikel. Het aantal primordiale follikels dat aanwezig is bij de geboorte (in beide ovaria samen), schat men op 700 000 tot 2 miljoen. Vanaf de puberteit tot aan de menopauze beginnen er maandelijks enkele follikels te rijpen. Gedurende het leven van een vrouw komen ongeveer vierhonderd follikels volledig tot rijping. Alle De rijping van een follikel begint met een toename in grootte van de primaire oöcyt en een toename van het aantal follikelcellen rond de primaire oöcyt. Zo ontstaat er een primaire follikel. De primaire oöcyt is omringd door een laag glycoproteïnen, die de zona pellucida heet. Die laag speelt een belangrijke rol bij de groei van de eicel en de bevruchting. De follikelcellen produceren een vocht, het follikelvocht. Zodra het follikelvocht gaat verzamelen en ophopen in

andere sterven af.

een follikelholte, spreek je van een secundaire follikel. Een volledig rijpe of Graafse follikel is zodanig groot geworden dat ze uitpuilt aan het oppervlak van het ovarium. De oöcyt is er omgeven door een krans follikelcellen. De buitenste laag van de Graafse follikel is erg dun geworden, zodat

ze gemakkelijk breekt.

secundaire follikel corona radiata

poollichaampje

zona pellucida

primaire follikels

si secundaire oöcyt

Pr oe

fv er

geel lichaam

Graafse follikel

S Afb. 13 Een doorsnede van een ovarium met follikels in verschillende stadia

Vlak voor de ovulatie zet de eerste meiotische deling zich voort en wordt ze afgewerkt. Er treedt echter een ongelijke verdeling op van het cytoplasma: één dochtercel krijgt vrijwel al het cytoplasma en wordt de secundaire oöcyt (n) genoemd. De andere dochtercel ontvangt nauwelijks cytoplasma en vormt het poollichaampje (n). Door de ongelijke verdeling van het cytoplasma komt bijna al het cytoplasma van het oorspronkelijke oögonium terecht in één rijpe eicel. De oögenese is dus aangepast om ervoor te zorgen dat de eicel voldoende middelen heeft voor een succesvolle bevruchting en een vroege ontwikkeling van het embryo.

THEMA 01

hoofdstuk 1

Onmiddellijk na meiose I start meiose II, maar ook daar wordt de deling niet afgewerkt: ze komt tijdelijk tot stilstand na metafase II. In dat stadium treedt de ovulatie op: de Graafse follikel barst open. Het follikelvocht dat naar buiten vloeit, neemt de secundaire oöcyt mee. Door bewegingen van de franjes aan de rand van het oviduct komt de secundaire oöcyt in het oviduct terecht. De eicel moet binnen de 24 uur na de ovulatie worden bevrucht. Pas als een spermatozoïde contact maakt met de oöcyt, wordt meiose II afgewerkt. De verdeling van het cytoplasma is opnieuw ongelijk: er ontstaan een grote, rijpe eicel of oötide (n + n) en

poollichaampje

primaire oöcyt (2n)

meiose II

secundaire oöcyt (n)

oötide (n+n)

Als de secundaire oöcyt niet wordt bevrucht, sterft ze af. De resterende follikelcellen van de opengebarsten follikel die zijn achtergebleven in het ovarium, nemen toe in grootte en vormen het gele lichaam (corpus luteum). Het gele lichaam blijft nog een tweetal weken bestaan. Dan gaat

het ten gronde en laat het een klein litteken achter op het oppervlak van het ovarium.

C De hormonale regeling van de oögenese

Het gele lichaam wordt zo genoemd omdat de cellen geel gekleurd zijn door de productie van luteïne, een gele kleurstof.

spermazoïd

S Afb. 14 Een schematische voorstelling van de oögenese

meiose II wordt afgerond

meiose I

poollichaampje

een poollichaampje.

Vanaf de puberteit start bij vrouwen de maandelijkse menstruatiecyclus. Tijdens die cyclus rijpen er een of meerdere oöcyten in het ovarium en ondergaat het baarmoederslijmvlies veranderingen.

fv er

De cyclus duurt gemiddeld 28 dagen, maar kan ook langer of korter duren. De menstruele cyclus wordt aangestuurd door hormonen die afgescheiden worden aan en getransporteerd worden door het bloed. De volgende hormonen zijn betrokken in de regeling van de menstruele cyclus:

• de hormonen GnRH, FSH en LH, die de follikels in de ovaria beïnvloeden; • de geslachtshormonen oestrogeen en progresteron, die worden aangemaakt in de ovaria en die het baarmoederslijmvlies beïnvloeden.

Pr oe

Bij sommige vrouwen duurt niet elke cyclus hetzelfde aantal dagen. Als er grote verschillen optreden in de duur van opeenvolgende cycli, spreek je van een onregelmatige cyclus.

THEMA 01

De menstruele cyclus wordt aangedreven door positieve en negatieve feedbackmechanismen van die hormonen (zie afbeelding XXX).

hoofdstuk 1

hypothalamus GnRH hypofyse

FSH

progesteron

baarmoederslijmvlies

S Afb. 15 De hormonale feedbackmechanismen die de menstruele cyclus aansturen

oestrogeen

testes

• de folliculaire fase; • de luteale fase;

Pr oe

fv er

• de menstruatiefase.

Chronologisch kun je het verloop van de menstruatiecyclus indelen in drie fasen:

THEMA 01

hoofdstuk 1

De folliculaire fase

De folliculaire fase start na de menstruatie. Er is dan een lage concentratie aan oestrogeen en progesteron in het bloed. Het ontbreken van negatieve feedback leidt tot een verhoogde afscheiding van GnRH door de hypothalamus. Het hormoon GnRH stuurt de hypofyse aan om meer FSH en LH af te scheiden. Onder invloed van FSH beginnen er enkele tientallen follikels in de ovaria te rijpen. Tijdens de ontwikkeling van primordiale naar primaire en secundaire follikels produceren de follikelcellen oestrogeen. Oestrogeen zorgt voor een verdikking van het baarmoederslijmvlies en een toename van het aantal haarvaten, ter voorbereiding van

een mogelijke zwangerschap. De toename van oestrogeen zorgt aanvankelijk voor een daling in de productie van FSH en LH, zodat het aantal follikels dat de rijping start, beperkt blijft. Follikels die rijpen en groter worden, maken steeds meer oestrogeen aan. Als

de oestrogeenspiegel een kritische drempel bereikt, stijgt de secretie van GnRH door

de hypothalamus sterk, met een piek in de afscheiding van FSH en LH als gevolg. De piek in LH is verantwoordelijk voor de ovulatie rond dag veertien van de cyclus. De delen van de Graafse follikel die achterblijven na de ovulatie, vormen het gele lichaam. Dan start de luteale fase. De luteale fase

Het gele lichaam produceert naast oestrogeen ook het hormoon progesteron. Door de toenemende hoeveelheid progesteron in het bloed ontwikkelen er zich talrijke slijmkliertjes in het baarmoederslijmvlies. De slijmklieren produceren een slijm dat rijk is aan glycogeen. Dat brengt het baarmoederslijmvlies in optimale omstandigheden voor de mogelijke innesteling van

een embryo. Het glycogeen wordt immers als voedingsstof gebruikt door het embryo. De hormonen oestrogeen en progesteron oefenen samen een negatieve terugkoppeling uit op de hypothalamus: de secretie van GnRH wordt afgeremd. Een verlaagde afscheiding van GnRH vermindert de secretie van FSH en LH. Omdat het hormoon LH nodig is om het gele lichaam in

stand te houden, zal het gele lichaam afbreken. Daardoor dalen de concentraties aan oestrogeen en progesteron in het bloed. De menstruatie

Tijdens deze fase wordt het verdikte baarmoederslijmvlies afgestoten. Het gebrek aan de hormonen oestrogeen en progesteron zorgt voor apoptose in delen van

fv er

Het vaginale glycogeen vormt een belangrijke voedings- en koolstofbron voor het vaginale microbioom. De bacteriën zetten het glycogeen om in melkzuur, waardoor de pH daalt. De zure omgeving die zo ontstaat, vormt een efficiënte barrière die het lichaam beschermt tegen heel wat microorganismen.

het baarmoederslijmvlies, waardoor het zal afbrokkelen. Dat gaat gepaard met bloedingen, de menstruatie. De menstruatie begint gewoonlijk veertien dagen na de ovulatie. Na de menstruatie, die gemiddeld vijf dagen duurt, bestaat het baarmoederslijmvlies enkel nog uit een dunne laag bindweefsel en cellen. Door de lage concentratie aan oestrogeen en progesteron valt de negatieve invloed op de hypothalamus weg, waardoor er een nieuwe cyclus start (de

Pr oe

folliculaire fase).

De menstruatie treedt op als er na de ovulatie geen bevruchting en innesteling hebben plaatsgevonden. Een vrouw weet dus dat ze niet zwanger is als de menstruatie start. Wanneer een vrouw ongeveer vijftig jaar is en de ovaria minder follikels bevatten, worden er minder vrouwelijke geslachtshormonen aangemaakt. Daardoor verandert het menstruatiepatroon. Er kunnen fysieke en psychische ongemakken optreden. Je zegt dat de vrouw in de overgang komt. Na enkele jaren valt de menstruatiecyclus stil en komen er geen oöcyten meer tot rijping. Een vrouw krijgt dan geen menstruatie meer en kan ook niet meer zwanger worden. Je noemt die periode de menopauze.

THEMA 01

hoofdstuk 1

menstruatie 1

folliculaire fase 5

luteale fase

menstruatie

9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 1

GRF

hypothalamus

hypofyse

FSH en LH

hypofysehormonen FSH

geel lichaam

eierstokcyclus

drempel

ovulatie

oestrogeen progesteron

groeifase

secretiefase

37°C 2

9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 1

fv er

lichaamstemperatuur 38°C

36°C

eierstokhormonen

oestrogeen progesteron

follikelcellen

baarmoedercyclus

FSH

S Afb. 16 De hormonale invloeden tijdens de menstruatiecyclus

WEETJE

Pr oe

De invloed van progesteron op de hypothalamus leidt tot een kleine verhoging (0,5 °C) van de lichaamstemperatuur. Die verhoging kan worden gebruikt om na te gaan of er een ovulatie heeft plaatsgevonden, en dat kan nuttig zijn als je zwanger wilt worden – of net niet. In dat laatste geval is het toch oppassen geblazen, aangezien zaadcellen tot vijf dagen in het lichaam van de vrouw kunnen blijven leven.

THEMA 01

hoofdstuk 1

Hormonale invloeden op het ovarium en de baarmoeder bij een bevruchting

Als er wel een bevruchting heeft plaatsgevonden en het embryo zich innestelt, moet

HCG

het baarmoederslijmvlies behouden blijven. Het uitblijven van de menstruatie gebeurt doordat een embryo dat zich innestelt, het hormoon hCG

2 tegenwerking afbraak

1 produceert 3 productie

hCG zorgt ervoor dat het gele lichaam niet wordt

progesteron

afgebroken en dat het de hormonen oestrogeen

oestrogeen

en progesteron blijft aanmaken. De productie van die hormonen zal later in de zwangerschap worden

(humaan choriongonadotropine) produceert.

overgenomen door de placenta.

S Afb. 17 De hormonale invloeden op de eierstok en de baarmoeder na de bevruchting (E = embryo)

WEETJE

De hormonale cyclus bedraagt bij de mens gemiddeld 28 dagen. De meeste vrouwen hebben een cyclus die vrij regelmatig is: elke cyclus duurt ongeveer hetzelfde aantal dagen. Dat betekent dat de dag waarop de ovulatie plaatsvindt en de dag waarop de menstruatie

begint, goed voorspelbaar zijn. Bij vrouwen met een onregelmatige cyclus is de periode tussen twee menstruaties de ene keer (veel) langer dan de andere keer. Aangezien de ovulatie meestal 14 dagen voor de volgende menstruatie gebeurt, is het ook moeilijker te

voorspellen wanneer de ovulatie plaatsvindt.

De oöcyten worden aangemaakt in de ovaria. Vanaf de geboorte bevinden er zich in elk ovarium follikels. Vanaf de pubertijd rijpen er maandelijks een aantal follikels. Bij

fv er

de ovulatie barst er een rijpe follikel en komt de rijpe oöcyt vrij. Een bevruchting gebeurt in het oviduct, dat voorzien is van een ampulle. Door spiertjes in de wanden en peristaltische bewegingen van het oviduct wordt de bevruchte oöcyt naar de baarmoeder gebracht. De baarmoeder is via de baarmoederhals verbonden met de vagina, waar micro-organismen zorgen voor een zure omgeving. De opening van de vagina is uitwendig omgeven door de schaamlippen. Het uitwendig zichtbare deel van de clitoris, de clitoriseikel, is

Pr oe

een belangrijke structuur voor de seksuele genotservaring van de vrouw.

THEMA 01

hoofdstuk 1

De bevruchting

Omdat oöcyten niet beweeglijk zijn, moeten de spermatozoïden zelf naar de oöcyt toe zwemmen. De basische vloeistof van het sperma kan voor korte tijd het zure milieu van de vagina neutraliseren. Immuunreacties van de vrouw tegen lichaamsvreemde cellen en de lage pH in de vagina doen de meeste spermatozoïden desalniettemin afsterven. De slijmprop in de baarmoederhals is meestal moeilijk doorgankelijk, maar in de periode rond de ovulatie tienduizenden zaadcellen de oviducten. In de oviducten moeten de zaadcellen zich verplaatsen tegen een vloeistofstroom die wordt opgewekt door trilhaarcellen. De spermatozoïden die in

wordt ze vloeibaarder en kunnen de spermatozoïden erdoor. Via de baarmoeder bereiken enkele

de eileider zwemmen waar geen eicel aanwezig is, sterven zonder kans op bevruchting. De andere

oviduct

Bij een zaadlozing tijdens de geslachtsgemeenschap komt er in de vagina ter hoogte van de baarmoederhals 3 tot 5 mL sperma vrij, met daarin ongeveer 300 miljoen tot 500 miljoen spermatozoïden. De snelste zaadcellen kunnen de afstand tot de oöcyt afleggen in ongeveer 45 minuten.

bereiken eventueel de oöcyt.

oöcyt

spermatozïden

fv er

S Afb. 18 De zaadcellen zwemmen een traject van ongeveer 18 cm naar de eicel.

Van de vele honderden miljoenen spermatozoïden die bij een zaadlozing in de buurt van de baarmoederhals zijn vrijgekomen, zullen er maar enkele honderden de eicel bereiken. De andere worden, samen met het zaadvocht, afgebroken en opgenomen. Omdat spermatozoïden tot vijf dagen kunnen overleven in het lichaam van de vrouw, kan een oöcyt ook worden bevrucht

Pr oe

als de zaadlozing vijf dagen voor de ovulatie plaatsvond. De spermatozoïden die de eicel bereiken, banen zich een weg tussen de cellen van de zona pellucida, waardoor de acrosoomreactie optreedt. Het acrosoom barst open en de enzymen breken de zona pellucida plaatselijk af. Zo bereikt de zaadcel de oöcyt. Als de kop van de eerste zaadcel door middel van specifieke receptoren contact maakt met het membraan van de eicel, versmelten beide membranen met elkaar. Alleen de kern van de zaadcel wordt opgenomen in de eicel. Het middenstuk en de flagel blijven buiten de eicel. Onmiddellijk nadat de spermatozoïde is binnengedrongen, veranderen de membraaneigenschappen van de oöcyt, zodat het membraan ondoordringbaar wordt voor andere spermatozoïden. Zo wordt vermeden dat er nog andere spermatozoïden versmelten met de oöcyt. Een bevruchting door meerdere spermatozoïden levert immers geen levensvatbare baby op.

THEMA 01

hoofdstuk 1

artikel: versmelting zaad- en eicel

versmelting oöcyt en spermatozoïd

VIDEO

corona radiata spermatozoïde

zona pellucida

corticale granulen

bevruchtingsmembraan

start acrosoomreactie

start corticale reactie

oöcyt

S Afb. 19 Een spermatozoïde dringt binnen door de zona pellucida en versmelt met de oöcyt.

Enkele minuten na de bevruchting treedt de corticale reactie op: talrijke blaasjes of corticale granulen, die zich dicht bij het celmembraan van de eicel bevinden, storten hun inhoud uit buiten de cel. De inhoud van die granules reageert met de zona pellucida

en vormt een bevruchtingsmembraan tussen het celmembraan en de zona pellucida.

Het bevruchtingsmembraan vormt een permanente barrière voor de zaadcellen. De kern van de spermatozoïde die binnendringt, zwelt op door vloeistofopname. De kern en de oöcyt zullen uiteindelijk versmelten. Op dat moment is de bevruchting een feit. De bevruchte

fv er

oöcyt of zygote bevat dan erfelijk materiaal van zowel de vader als de moeder. Omdat het geslacht erfelijk is bepaald, ligt het biologisch geslacht van de nakomeling vanaf dat punt vast.

De spermatozoïden die bij een zaadlozing ter hoogte van de baarmoederhals worden

Pr oe

geloosd, moeten door de baarmoederhals en het oviduct zwemmen tot aan de oöcyt, die via het oviduct naar de baarmoeder wordt vervoerd. De eicel kan enkel gedurende de eerste 24 uur na de ovulatie worden bevrucht en bevindt zich tijdens die periode nog in het eerste deel van het oviduct. Slechts enkele honderden zaadcellen zullen de eicel bereiken. Door de acrosoomreactie lost de zona pellucida rond de eicel op en dringt de kern van de eerste spermatozoïde de oöcyt binnen. De aanleg van een bevruchtingsmembraan verhindert dat meerdere spermatozoïden de oöcyt bevruchten. Als de kern van de spermatozoïde versmelt met de kern van de oöcyt, is de bevruchting voltooid.

THEMA 01

hoofdstuk 1

De ontwikkeling van een baby en de zwangerschap

Eens de zygote is gevormd, is de zwangerschap gestart. Bij de mens duurt die gemiddeld 268 dagen, wat dus iets meer is dan 38 weken. Omdat men rekent vanaf de eerste dag van de laatste menstruatie, zegt men dat een zwangerschap 40 weken duurt. Gedurende de zwangerschap zal de bevruchte eicel zich geleidelijk aan ontwikkelen tot een baby. Tijdens de eerste 8 weken volgen de mitosedelingen elkaar snel op en worden de verschillende organen en het orgaanstelsel in zijn alle orgaanstelsels aangelegd en spreek je van een foetus. De verdere ontwikkeling wordt de foetale fase of de groeifase genoemd.

3.1 De embryonale fase

het embryo aangelegd. Dat noem je de embryogenese of de embryonale fase. Na de achtste week

Van zygote tot innestelende blastula

Tijdens de eerste week na de bevruchting wordt de zygote door de peristaltiek en de trilhaarcellen

aan de binnenzijde van het oviduct getransporteerd naar de baarmoeder. Terwijl dat gebeurt,

video: deling dochtercellen

starten de mitotische delingen. De dochtercellen die ontstaan uit die eerste delingen, nemen

niet toe in volume en blijven dus maar half zo groot als de moedercellen. Daarom worden die

VIDEO

delingen de klievingsdelingen genoemd. Door de klievingsdelingen ontstaan er achtereenvolgens

een 2-, 4-, 8-, 16- en 32-cellig stadium, die niet groter zijn dan de oorspronkelijke zygote. De cellen blijven aanvankelijk dicht op elkaar zitten en vormen een compacte massa. Bij aankomst in

de baarmoeder bevindt het embryo zich in het 16- tot 32-cellige stadium, dat de morula wordt

fv er

zygote

genoemd. Elke cel van die morula is in staat om uit te groei tot een volledig individu.

Pr oe

tweecellig stadium

viercellig stadium

achtcellig stadium morula

S Afb. 20 Een schematische voorstelling van de ontwikkeling van de zygote tot het morulastadium. De blastomeren zijn omgeven door het bevruchtingsmembraan.

THEMA 01

hoofdstuk 1

Vanaf het 32-cellige stadium, rond de vierde dag na de bevruchting, wijken de cellen uiteen en ontstaat er een holle sfeer, die de blastula wordt genoemd. De holte in de blastula noem je de blastulaholte. Door differentiatie van de cellen ontstaan er vervolgens twee lagen cellen. De buitenste laag cellen wordt de trofoblast genoemd. De cellen van de trofoblast voorzien het embryo van voedingsstoffen en spelen een belangrijke rol bij de innesteling van het embryo. Later zal de placenta of moederkoek zich ontwikkelen uit cellen van die laag. De binnenste laag cellen van de blastula vormt aan een van de polen een celmassa waaruit de eigenlijke baby zich

zal ontwikkelen: de kiemknop. Door celdelingen en de opname van vocht in de blastulaholte wordt de blastula steeds groter. Als het bevruchtingsmembraan en de zona pellucida rond de vijfde dag verdwijnen, komt de blastula in aanraking met het slijmvlies van de baarmoeder, dat door de werking van oestrogeen en

progesteron sterk verdikt is en talrijke slijmkliertjes ontwikkelde. Het contact van de blastula met

het baarmoederslijmvlies brengt de innesteling van het embryo op gang. Die innesteling kan op

doorsnede bloedvaten

elke plaats in het baarmoederslijmvlies gebeuren.

ovarium

DAG 2

oviduct DAG 1

DAG 3

blastulaholte DAG 4 trofoblast kiemknop

DAG 5

opengebarsten follikel

ovulatie

bevruchting

innesteling

zygote

DAG 6-8 kiemschijf

fv er

DAG 14

baarmoeder- baarmoederslijmvlies spier

S Afb. 21 Van ovulatie tot innesteling.

Pr oe

Hoewel het verloop van de innesteling gekend is, zijn de complexe moleculaire en cellulaire mechanismen nog niet volledig opgehelderd. Cellen van de trofoblast groeien en ontwikkelen zich tot gespecialiseerde cellen, die het embryo beschermen tegen een immunologische reactie van de moeder. Het lichaam van de moeder beschouwt het embryo immers als lichaamsvreemd. Daarnaast produceren die gespecialiseerde cellen ook het hormoon hCG (humaan choriongonadotrofine), dat ervoor zorgt dat het gele lichaam niet afbreekt, maar de hormonen oestrogeen en progesteron blijft aanmaken. De innesteling duurt bij de mens gewoonlijk vier dagen en is dus op de tiende dag na de bevruchting voltrokken.

THEMA 01

hoofdstuk 1

WEETJE Een zwangerschaptest is gebaseerd op de detectie van het hormoon hCG, aan de hand van antilichamen. De test neem je het best af met ochtendurine, omdat er daarin een hogere concentratie van het hormoon zit.

3 testlijn

4 controlevenster

2 antilichamen

1 Het testplaatje wordt in contact gebracht met urine. In de urine van een zwangere vrouw is hCG aanwezig. 2 hCG dat in de urine van een zwangere vrouw aanwezig is, bindt zich aan mobiele antilichamen voorzien van een enzym. 3 Geïmmobiliseerde antilichamen binden met hCG. Het enzym op het eerste antilichaam veroorzaakt een kleurverandering in de testlijn. 4 Het teveel aan mobiele antilichamen bindt aan geïmmobiliseerde antilichamen in een testzone. Daardoor treedt er een kleurverandering in de controlelijn op. Die kleurverandering geeft aan of de test correct werkte.

1 testplaatje

Vorming van de kiemschijf en organogenese

W Afb. 22 De werking van een zwangerschapstest

Tijdens de innesteling ontwikkelt er zich in de kiemknop een eerste met vocht gevulde holte, de amnionholte. De cellen die die holte omsluiten, vormen het amnionvlies. Iets later ontstaat

er een tweede met vocht gevulde holte, de dooierholte, die omgeven wordt door cellen die het dooiervlies vormen. Waar het amnionvlies en het dooiervlies elkaar raken, bevindt er zich

een dubbele laag cellen: de tweebladige kiemschijf. De tweebladige kiemschijf bevat al twee van de drie essentiële kiemlagen waaruit een embryo kan worden gevormd. In dat stadium is de kiemschijf nog rond en plat. Rond de veertiende dag ontstaan er cellen die zich verspreiden

fv er

tussen de trofoblast en de dooierholte. Die cellen vormen het extra-embryonale mesoderm. Dat extra-embryonale mesoderm omsluit een derde holte, de chorionholte, die bekleed is met het chorionvlies. De trofoblast en het extra-embryonale mesoderm omgeven de chorionholte en

Je spreekt van een ‘kiemschijf’ omdat die afgeplatte schijfvormige structuur de kiem vormt van het latere embryo.

worden samen de chorion genoemd. Uit de chorion groeien er in de loop van de tweede week vingerachtige uitstulpingen die zich in het baarmoederslijmvlies vestigen, de chorionvlokken. Ze staan in contact met bloedvaten in het baarmoederslijmvlies en zijn belangrijk voor

Pr oe

de uitwisseling van bijvoorbeeld voedings- en afvalstoffen, O2 en CO2. In die chorionvlokken zullen er ook bloedvaten ontstaan die zich ontwikkelen naar het embryo (via de toekomstige navelstreng).

THEMA 01

hoofdstuk 1

amnionvlies navelstreng in wording

amnionholte

cytotrofoblast (hechtvlok)

tweebladige kiemschijf

dooierholte (eerdere blastulaholte)

chorionholte

extra-embryonaal mesoderm

baarmoederepitheel

baarmoederholte

chorionvlies

S Afb. 23 De vorming van de tweebladige kiemschijf (gele en blauwe laag cellen) op het einde van de tweede week van de ontwikkeling

Bij de start van de derde week na de bevruchting start de gastrulatie: er treden veranderingen op in de kiemschijf. Tussen beide kiembladen ontwikkelt er zich een derde kiemblad, zodat

er een driebladige kiemschijf ontstaat. Vanaf dat moment spreek je van de gastrula. Aan de amnionzijde noem je die laag het ectoderm. De laag aan de zijde van het dooiervlies is

fv er

het endoderm en de laag ertussen het mesoderm.

Pr oe

amnionvlies

dooiervlies

ectoderm

dooierholte

amnionholte

mesodermcellen

endoderm

S Afb. 24 Een schematische voorstelling van de vorming van de gastrula

Tijdens de vierde week na de bevruchting vouwt de driebladige kiemschijf zich op tot een driedimensionale buis, die in de weken erna steeds meer de vorm van een baby zal krijgen.

THEMA 01

hoofdstuk 1

ectoderm

dooiervlies

dooierholte

amnionholte

mesodermcellen

endoderm

amnionvlies

S Afb. 25 De ontwikkeling van de driebladige kiemschijf

De cellen uit de drie kiembladen kennen een differentiële genactivering: in (verschillende) cellen van de kiembladen komen er andere genen of combinaties van genen tot expressie (zie thema

03). Die gedifferentieerde cellen vormen specifieke weefsels en organen. Je noemt die fase van

de embryonale ontwikkeling dan ook de organogenese. Tabel XXX toont enkele voorbeelden van weefsels of organen die uit de verschillende kiembladen ontstaan. KIEMBLAD

ENKELE WEEFSELS

ectoderm

• opperhuid en afgeleide structuren, zoals haren, nagels, zweet-, talg- en

melkklieren • epitheel van de zintuigen

• centraal en perifeer zenuwstelsel • tandglazuur mesoderm

• lederhuid

• been, kraakbeen en bindweefsel

• spierweefsel (glad, skelet- en hartspierweefsel)

• bloeden lymfevaten

• urogenitaal stelsel (nieren en urineleiders) • epitheel van het spijsverteringsstelsel

fv er

endoderm

• epitheel van het ademhalingsstelsel • epitheel van de urinebuis en de blaas

• lever, pancreas, thymus, schildklier en bijschildklieren

Tijdens de vierde week na de bevruchting is het embryo ongeveer een halve centimeter groot en niet te onderscheiden van het embryo van andere gewervelde dieren. Het embryo bevat ook

Pr oe

kieuwbogen, die later weer verdwijnen. In die periode start de eerste aanleg van het hart, en er zijn stompjes zichtbaar die uitgroeien tot de ledematen. De aanleg van de ogen en het oor is zichtbaar. Twee weken later beginnen de handen en de voeten zich te vormen. Rond de achtste week is de menselijke vorm te herkennen. Vanaf dan spreek je van een foetus.

THEMA 01

hoofdstuk 1

kieuwbogen

ooraanleg

oog

hartaanleg

uitwendige gehoorgang

oogaanleg

aanleg van wervelkolom rond neurale buis

4 weken ongeveer 5 mm De kieuwbogen en de oor- en oogaanleg zijn zichtbaar.

aanleg van de ledematen

5 weken ongeveer 10 mm De aanleg voor het hart en de ledematen is zichtbaar.

hand

6 weken ongeveer 15 mm De handen beginnen zich te vormen.

7 weken ongeveer 25 mm De bovenste ledematen zijn verder ontwikkeld dan de onderste.

S Afb. 26 Een schematische voorstelling van de ontwikkeling van een embryo vanaf vier tot en met acht weken

8 weken ongeveer 35 mm De oogleden zijn nog niet aanwezig en de ogen staan wijd open.

navelstreng

leveraanleg

Aanvankelijk ontwikkelde de chorion over haar volledige oppervlak chorionvlokken. Naarmate

het embryo groter wordt, gaat het steeds meer uitpuilen in de baarmoeder. De chorionvlokken aan de zijde van de baarmoederholte verdwijnen dan langzamerhand, omdat er in dat deel van het baarmoederslijmvlies te weinig bloedvaten aanwezig zijn om efficiënt stoffen uit te wisselen. De chorionvlokken aan de tegenoverliggende zijde ontwikkelen zich daarentegen sterk en vormen

uiteindelijk het embryonale gedeelte van de placenta.

chorionvlokken

dooierzak

fv er

baarmoederholte

Pr oe

chorionholte

amonionholte

S Afb. 27 Een schematische voorstelling van de vorming van de placenta uit de chorionvlokken

THEMA 01

hoofdstuk 1

Tegen het einde van de achtste week is de placenta volledig gevormd, net zoals de navelstreng, die het embryo met de placenta verbindt. Als er tijdens de aanleg van de organen iets fout loopt, leidt dat er vaak toe dat het embryo afsterft: een miskraam. Een miskraam komt

vaak voor in de eerste drie maanden van de zwangerschap – en vaak zelfs voordat de vrouw weet dat ze zwanger is.

3.2 De foetale fase

S Afb. 28 Een embryo van acht weken, omgeven door het amnionvocht en het amnionvlies en via de navelstreng verbonden met de placenta

Hoewel de foetus nog maar 2 à 3 cm groot is,

is de aanleg van de meeste organen een feit. De foetus ligt in het vocht van de amnionholte, die

in de loop van de zwangerschap steeds groter wordt, ten koste van de chorionholte. Na ongeveer

veertien weken komt het amnionvlies in contact met de chorion. Beide vliezen vergroeien en

worden ook wel de vruchtvliezen genoemd. Het vocht in de amnionholte vormt het vruchtwater. Tijdens de foetale fase zullen de aangelegde organen groeien, verfijnen en in werking treden.

De foetus begint ook te bewegen. Rond de dertiende week lijkt de foetus al op een minimens en

kan men het geslacht uitwendig met een echografie bepalen.

WEETJE

Omdat de embryonale aanleg hetzelfde is bij jongens en meisjes, zie je aanvankelijk

uitwendig geen verschil tussen de geslachten. Na zeven weken ontwikkelen de geslachtsorganen zich verschillend naargelang je genetisch een jongen of een meisje

bent. Het hormoon testosteron leidt tot de vorming van de mannelijke geslachtsorganen.

fv er

Zonder dat hormoon ontwikkelen er zich vrouwelijke voorplantingsorganen.

vrouwelijk

12 weken

14 weken

buitenste schaamlip binnenste schaamlip 34 weken

9 weken mannelijk of vrouwelijk

Pr oe

urinebuis

vaginale opening

urinebuis penis balzak

mannelijk

12 weken

14 weken

34 weken

S Afb. 29 De vorming van de mannelijke en vrouwelijke geslachtsorganen bij een foetus

THEMA 01

hoofdstuk 1

Vanaf week 22 wordt de foetus als levensvatbaar beschouwd. Vanaf dat moment zullen artsen Ga naar voor een overzicht van de veranderingen die per maand plaatsvinden bij de foetus.

bij een vroeggeboorte alles in het werk stellen om het kind in leven te houden. Voorheen zijn de longen onvoldoende ontwikkeld om zuurstofgas op te nemen uit de lucht. Naarmate de foetus groter wordt, is er steeds minder ruimte in de baarmoeder. Omdat er minder vruchtwater tussen de foetus en de baarmoeder zit, zal de moeder de bewegingen steeds beter voelen. In week 33 is de foetus zo groot dat er maar weinig ruimte meer is. In die periode draait de foetus zich in de meest comfortabele positie, met het hoofd naar beneden. Als dat niet gebeurt en de foetus met het achterwerk naar beneden ligt, noem je dat een stuitligging. De foetus zakt doorgaans

een eind naar onderen. De baarmoederhals wordt dan breder en weker. Je zegt dat de foetus

indaalt. Het indalen gebeurt meestal tussen week 30 en week 38 van de zwangerschap. De foetale

fase eindigt met de geboorte.

16 weken

24 weken

9 weken

30 weken

36-40 weken

Pr oe

fv er

S Afb. 30 De groei van de foetus in de baarmoeder. Het spectaculair dikker worden van de buik gebeurt vooral in de laatste twee maanden.

S Afb. 31 Een foetus op 16 weken (links) en 34 weken (rechts)

THEMA 01

hoofdstuk 1

3.3 De placenta In de eerste weken na de bevruchting wordt het embryo vooral gevoed door stoffen die afkomstig zijn van het baarmoederslijmvlies. Naarmate het embryo groter wordt, puilt het steeds meer uit in de baarmoeder en is het transport van stoffen langs het slijmvlies ontoereikend. In de wand van de baarmoeder groeit en ontwikkelt zich de placenta of moederkoek uit chorionvlokken. Tegen het einde van de achtste week is ze volledig gevormd. In de placenta blijven foetaal en moederlijk

Bouw

Het foetale gedeelte van de placenta bestaat uit sterk vertakte chorionvlokken of villi die in het baarmoederslijmvlies zijn gegroeid. De chorionvlokken bevatten lussen van haarvaten die

bloed volledig gescheiden door enkele lagen cellen, die de placentabarrière vormen.

verbonden zijn met de bloedvaten van de navelstreng. De navelstreng verbindt moeder en kind en is opgebouwd uit een geleiachtige massa met daarin drie bloedvaten: twee navelstrengslagaders die foetaal bloed naar de moeder transporteren, en één navelstrengader die foetaal bloed

transporteert naar de baby.

Het moederlijke gedeelte van de placenta bestaat uit het baarmoederslijmvlies dat in contact

staat met de chorionvlokken. In de omgeving van de chorionvlokken verliezen de bloedvaten hun

wanden, zodat de foetale bloedvaten in bloedruimtes liggen waar het bloed van de moeder vrij in stroomt. De bloedvaten zijn vertakkingen van de baarmoederslagader en de baarmoederader, die

placentabarrière baarmoederslijmvlies

moederkoek

baarmoederspier

respectievelijk bloed aan- en afvoeren.

navelstreng

zuurstofarm bloed

fv er

zuurstofarm bloed

zuurstofrijk bloed

Pr oe

zuurstofrijk bloed

vruchtvliezen

baarmoederholte

chorionvlokken placenta binnenste vruchtvlies

baarmoederslijmvlies

S Afb. 32 De placenta ontwikkelt zich in het baarmoederslijmvlies.

THEMA 01

hoofdstuk 1

Functie

Doordat het aantal cellagen van de placentabarrière beperkt is, kunnen er snel stoffen worden uitgewisseld tussen moeder en baby: • Voedingsstoffen en zuurstofgas gaan van de moeder naar het kind. Ze zijn noodzakelijk voor de ontwikkeling van het kind. • Immuunstoffen gaan van het bloed van de moeder naar het kind. Aangezien het immuunsysteem van het kind nog onvoldoende is ontwikkeld, zorgen de immuunstoffen voor een passieve immunisatie tegen verschillende infectieziekten.

• Afvalstoffen en koolstofdioxide verplaatsen zich van het bloed van het kind naar de moeder. In tegenstelling tot wat vroeger werd gedacht, kunnen heel wat stoffen uit onze omgeving ongehinderd door de placentabarrière. Dat

verklaart waarom roken en het gebruik van drugs, alcohol en sommige geneesmiddelen,

maar ook stoffen afkomstig van dagelijkse gebruiksvoorwerpen, zoals microplastics en talloze chemicaliën (zoals weekmakers en parabenen), een schadelijke invloed kunnen hebben op

de baby. Daarover leer je meer in hoofdstuk 3 van dit thema.

S Afb. 33 De placenta is rond en schijfvormig. Tegen het einde van de zwangerschap weegt ze ongeveer 300 tot 900 g.

De moederkoek zal in de loop van de zwangerschap ook hormonen produceren en vervult daarom een belangrijke rol in de hormonale regeling van de zwangerschap. Eerder zag je al dat de hormonen oestrogeen en progesteron nodig zijn om de optimale structuur van het baarmoederslijmvlies te behouden. In het eerste trimester van de zwangerschap produceert

het gele lichaam die hormonen. Na het eerste trimester wordt het gele lichaam afgebroken en produceert de placenta geleidelijk aan steeds grotere hoeveelheden progesteron en oestrogeen.

Die hormonen onderdrukken de menstruele cyclus en de rijping van nieuwe eicellen. Op het einde van de zwangerschap brengen ze ook de melkproductie op gang. De hoge concentratie aan progesteron houdt ook de baarmoederspier ontspannen gedurende de zwangerschap, zodat er

fv er

ruimte is voor de baby om te groeien.

3.4 De bevalling

Gemiddeld 38 weken na de bevruchting is de baby voldragen en klaar om geboren te worden. De bevalling bestaat uit de periode waarin de vrouw haar baby ter wereld brengt. Ze omvat onder andere samentrekkingen van de baarmoeder, de eigenlijke geboorte van de baby en

Pr oe

de nageboorte.

De eerste tekenen van de nakende geboorte zijn de voorweeën en de weeën. Voorweeën zijn contracties van de baarmoeder die er niet toe leiden dat de baarmoederhals breder wordt. De voorweeën worden geleidelijk aan intenser en gaan over in weeën. Dat zijn krachtige samentrekkingen van de spieren van de baarmoederwand. Ze worden opgewekt door mechanische prikkels, zoals uitrekking van spieren en druk, en door hormonale prikkels. Naar het einde van de zwangerschap toe veranderen immers de relatieve concentraties aan oestrogeen en progesteron: de productie van oestrogeen verhoogt, terwijl de productie van progesteron verlaagt. De hoge concentratie aan oestrogeen stimuleert de productie van prostaglandines door de baarmoeder en de placenta. Prostaglandines doen de baarmoederhals weker worden en de spieren in de baarmoeder contraheren. Als de baby tegen de baarmoederhals drukt, stimuleren zenuwimpulsen de hypothalamus. De hypothalamus zet de hypofyse vervolgens aan om het hormoon oxytocine af te scheiden. Oxytocine zorgt voor krachtige samentrekkingen

THEMA 01

hoofdstuk 1

van de baarmoederspier en verhoogt de afgifte van prostaglandines. Doordat prostaglandines de gevoeligheid voor oxytocine verhogen, ontstaat er een zichzelf versterkend proces. Oxytocine onderdrukt het geheugen ook, zodat de pijn bij de moeder vermindert.

placenta

1 zenuwimpuls

prostaglandines

oxytocine in de bloedbaan

hypothalamus

haarvatennetwerk hypofyseachterkwab

neurohormoon oxytocine

baarmoederspier

vagina

baarmoederhals

S Afb. 34 Het samenspel tussen hormonale en neurale invloeden bij de start van de bevalling 1 De uitrekking van de baarmoederhals veroorzaakt een zenuwimpuls naar de hypothalamus. 2 De hypothalamus zet de hypofyse aan om oxytocine af te scheiden. 3 De verhoogde oxytocineconcentraties leiden tot contracties van de baarmoederspier en de afgifte van prostaglandines door de placenta.

Aanvankelijk treden de weeën onregelmatig op (om de vijf à tien minuten), maar ze worden steeds krachtiger, frequenter en pijnlijker. Door de weeën wordt de baarmoederhals korter en

fv er

wijder (ongeveer 1 cm per uur, maar het kan ook trager gaan). Die fase van de bevalling heet de ontsluiting. Tijdens die fase komt de slijmprop die in de baarmoedermond zit, los en breken meestal de vruchtvliezen (chorion). Het vruchtwater loopt dan langs de vagina naar buiten. Als de baarmoederhals een diameter heeft van 10 cm, is de ontsluiting volledig en is de opening voldoende groot om de baby door te laten.

Dan start de fase van de uitdrijving, die enkele minuten tot enkele uren kan duren. Als de baby

Pr oe

door de baarmoederhals gaat en op de endeldarm drukt, ontstaan er persweeën. De moeder spant bij elke perswee ook de buikspieren, de rugspieren en het middenrif op, waardoor de baby in het nauwe geboortekanaal wordt geperst. Tijdens het uitdrijven wordt er vruchtwater uit de longen van de baby geperst en maakt het kind een draaibeweging. Eenmaal het hoofd buiten is, volgen de romp en de ledematen vlot.

THEMA 01

De draaibeweging wordt ‘de inwendige en uitwendige spildraai’ genoemd en is uniek bij de mens. Daarover lees je meer op .

hoofdstuk 1

W Afb. 35 De baby voelt niet dat de navelstreng wordt doorgeknipt, want de navelstreng heeft geen pijnreceptoren.

Zodra het kindje geboren is, vullen de longen zich met lucht en moet het kind zelfstandig ademen. De navelstreng wordt dan afgebonden en doorgeknipt. Als de baby niet meteen ademt, doet men hem soms huilen, want door te huilen komt de ademhaling in een reflex op gang. Het deel van

de navelstreng dat aan de baby vastzit, zal opdrogen en ongeveer een week later afvallen. Zo ontstaat er een litteken op de buik: de navel.

Ongeveer tien minuten tot een half uur na de geboorte zorgen enkele samentrekkingen van de baarmoeder of naweeën ervoor dat de moederkoek loskomt en uitgedreven wordt. Die gebeurtenis heet de nageboorte. Bij het loskomen van de placenta ontstaan er bloedingen in de baarmoederspier.

navelstreng

baarmoeder

fv er

placenta

uitdrijving

Pr oe

endeldarm

nageboorte

ontsluiting

het baarmoederslijmvlies. Het bloeden wordt gestelpt door de voortgaande contracties van

opening van de baarmoederhals wordt breder

baarmoeder

moederkoek navelstreng

S Afb. 36 De drie fasen van de bevalling

Na de nageboorte wordt de placenta grondig geïnspecteerd, omdat afwijkingen van de placenta kunnen wijzen op bepaalde aandoeningen bij de baby.

THEMA 01

hoofdstuk 1

WEETJE De gynaecoloog kan, om de geboorte te versnellen of als

hoofd van de baby

vagina

er een risico bestaat op een scheur in de bilnaad, beslissen om een ‘knip’ te plaatsen. Een scheur in de bilnaad kan tot ernstige

knipplaats anus

complicaties leiden na de bevalling. Tijdens de knip wordt het geboortekanaal breder de vagina. Meestal wordt er schuin geknipt, om beschadiging

S Afb. 37 De plaats van een ‘knip’ in de vagina

van de sluitspier te vermijden.

gemaakt door een insnijding in

De knip wordt meestal onder lokale verdoving geplaatst, en het knippen gebeurt meestal

tijdens een wee.

Baby’s die met het hoofd bovenaan in de baarmoeder liggen en met het achterwerk naar

beneden, liggen in stuitligging. Een stuitligging geeft een grotere kans op problemen tijdens

de bevalling. Er bestaat een risico op een tekort aan zuurstofgas in de hersenen, omdat de navelstreng dicht wordt geduwd tussen het hoofd en de baarmoeder. Dan voert men een keizersnede uit. Dat is een operatie waarbij de baby via een snede in de buik ter wereld wordt gebracht. Een keizersnede wordt ook uitgevoerd als de baby niet op een natuurlijke manier kan

worden geboren, bijvoorbeeld doordat de bekkenopening van de vrouw te klein is, de ontsluiting

Pr oe

fv er

niet vlot verloopt, er een zwangerschapsvergiftiging is of de navelstreng rond de nek is gewikkeld.

S Afb. 39 Bij een stuitligging ligt de baby met zijn billetjes naar beneden.

Zwangerschapsvergiftiging wordt gekenmerkt door een hoge bloeddruk en eiwitten in de urine. De aandoening wordt veroorzaakt door een minder goede werking van de placenta. Een zwangerschapsvergiftiging is voor zowel moeder als kind gevaarlijk.

S Afb. 38 Een keizersnede

THEMA 01

hoofdstuk 1

3.5 Lactatie Om nakomelingen te zogen, beschikken zoogdieren over melkklieren, die zich uit embryonale Op lees je meer over de ontwikkeling van de melkklieren.

zweetklieren ontwikkelen. Een melkklier is opgebouwd uit kliertrossen,

grote borstspier

die elk een eigen afvoergang of melkgang

melkklier

hebben. Die melkgangen monden

bindweefsel vetweefsel

afzonderlijk uit op de tepel. Elke afvoergang is op het einde voorzien van een verbreding, waar een kleine hoeveelheid melk kan

tepel tepelhof

worden opgeslagen. Naast klierweefsel bevat een melkklier ook bindweefsel en vetweefsel. De melkklier bevat tussen het vet- en

melkgang

klierweefsel talrijke bloedvaten, die grondstoffen voor de productie van melk naar de klier brengen. De lactatie bestaat uit de melkproductie en de melkejectie. Beide processen worden hormonaal geregeld. Prolactine is een hypofysehormoon dat noodzakelijk

S Afb. 40 Een gedeeltelijk vooraanzicht van het melkklierweefsel

hypothalamus

is voor de productie van melk. Tijdens (en De prolactinevorming wordt niet meer geremd.

voor) de zwangerschap wordt de secretie van prolactine onderdrukt door PIF

(prolactine-inhibitiefactor), afgescheiden

PIF

door de hypothalamus, en de hoge

progesteronspiegel. De hoge concentraties van oestrogeen op het einde van

de zwangerschap remmen de PIF-vorming

en zorgen voor een hoge concentratie aan

prolactine

prolactine, dat echter niet werkzaam is.

oxytocine

fv er

De abrupte daling van de concentratie aan

oestrogeen en progesteron na de bevalling zorgt ervoor dat:

• de prolactine die aanwezig is in het bloed, werkzaam wordt en

melkejectie

melkproductie De baby zuigt.

de melkproductie op gang komt;

Pr oe

• er een toename is aan PIF, waardoor de prolactinesecretie afneemt.

De melkproductie wordt in stand gehouden door het zogen. Door prikkeling van de tepel

S Afb. 41 Een schematische weergave van de melkproductie en melkejectie en de betrokken hormonen

tijdens het zuigen ontstaan er zenuwimpulsen die in de hypothalamus de productie van PIF tijdelijk onderdrukken, waardoor de hypofyse opnieuw wat prolactine secreteert. Daardoor kunnen de melkklieren melk produceren, die de baby tijdens een volgende zoogbeurt kan opdrinken. De zenuwimpulsen die bij prikkeling van de tepel naar de hypothalamus worden geleid, zorgen voor een vrijstelling van het hormoon oxytocine door de hypofyse. Via de bloedbaan komt dat hormoon bij de melkklieren, die daardoor samentrekken, waardoor er melk uit de tepel stroomt. Dat is de melkejectie.

THEMA 01

hoofdstuk 1

WEETJE De allereerste melk die de moeder na de bevalling produceert, heet colostrum. Dat is nog geen echte melk, maar een geelachtig vocht dat rijk is aan proteïnen en antistoffen. Die antistoffen bieden het kind gedurende de eerste levensmaanden, waarin het nog niet zelf

antistoffen kan maken, bescherming. Colostrum bevat weinig vet en suiker, waardoor het licht verteerbaar is. Geleidelijk verandert de samenstelling van colostrum, zodat de melkklieren na drie tot

vier dagen rijpe moedermelk afgeven. Het proteïnegehalte daarin is gedaald en

S Afb. 42 De samenstelling van moedermelk past zich aan de behoefte van het kind aan.

het lipiden- en sacharidegehalte gestegen.

Door delingen van de bevruchte eicel ontstaat er een groepering van stamcellen, die zich innestelt in het baarmoederslijmvlies. De stamcellen vormen een blastula met

een kiemknop. Uit een kiemschijf van drie lagen cellen groeit het embryo. De embryonale organen die later zullen verdwijnen.

fase duurt acht weken. Tijdens die fase worden alle organen aangelegd, alsook enkele

In de foetale fase groeien de aangelegde organen en treden ze in werking. Het geslacht

ontwikkelt zich, en de spieren en zintuigen worden actief. Vanaf week 22 is de foetus de geboorte.

levensvatbaar, maar pas vanaf 38 weken is de baby volgroeid. De foetale fase eindigt met

De placenta bestaat uit een foetaal en een moederlijk gedeelte. De bloedvaten van

fv er

het kind staan in nauw contact met het bloed van de moeder. Voor sommige stoffen vormt de moederkoek een barrière. Voor andere stoffen is het een plaats waar een snelle uitwisseling van stoffen tussen moeder en kind mogelijk is. Drie bloedvaten in de navelstreng vervoeren het bloed tussen het kind en de moederkoek. Door de productie van hormonen speelt de moederkoek een belangrijke rol in de hormonale regeling van

Pr oe

de zwangerschap.

De bevalling start met voorweeën en weeën die worden opgewekt door een samenspel van zenuwimpulsen en hormonen. De geboorte wordt opgedeeld in drie fasen. Tijdens de ontsluitingsfase wordt de baarmoederhals wijder door de weeën. In de fase van de uitdrijving wordt de baby door het nauwe geboortekanaal geperst. De fase waarin de moederkoek wordt losgemaakt en uitgedreven, is de nageboorte. Na de geboorte wordt de navelstreng afgebonden en doorgeknipt, en moet de baby zelfstandig ademen. In de borsten van de vrouw bevinden zich melkklieren voor de productie van moedermelk. Een melkklier is opgebouwd uit kliertrossen, die elk een eigen melkgang hebben. Die melkgangen monden afzonderlijk uit op de tepel. De melkklier bevat tussen het vet- en klierweefsel bloedvaten, die grondstoffen voor de productie van melk naar de klier brengen. De lactatie bestaat uit de melkproductie en de melkejectie. Beide processen worden hormonaal geregeld.

THEMA 01

hoofdstuk 1

Tweelingen

Soms bevalt een moeder niet van een, maar van twee of meer kinderen. Je spreekt dan van een tweeling of meerling (drieling, vierling, vijfling …). Twee-eiige tweelingen ontstaan uit twee verschillende zygoten en worden daarom dizygote tweelingen genoemd.

Ze ontstaan wanneer er twee oöcyten vrijkomen uit de ovaria, na rijping van meerdere follikels, en elke oöcyt afzonderlijk door een verschillende spermatozoïde bevrucht wordt. Die

bevruchte zygoten nestelen zich afzonderlijk in de baarmoederwand en een baby. Ze ontwikkelen dus elk hun eigen amnionvlies, chorion en placenta. Als de placenta’s dicht bij elkaar liggen, kunnen die wel met elkaar vergroeien.

groeien onafhankelijk van elkaar uit tot S Afb. 43 Een twee-eiige tweeling

Beide kinderen zijn genetisch even verschillend van elkaar als twee kinderen van dezelfde ouders

die met een tussenpose van een of meerdere jaren geboren zijn. Twee-eiige tweelingen worden ook wel ‘niet-identieke tweelingen’ genoemd en kunnen van hetzelfde of een verschillend

fv er

embryoblast

geslacht zijn.

Pr oe

amnionholte kiemschijf

chorionholte

placenta

dooierzak

vergroeide placenta’s trofoblast

S Afb. 45 De ontwikkeling van een twee-eiige tweeling uit twee genetisch verschillende zygoten met elk een eigen placenta, amnionvlies en chorionvlies

vergroeide chorionvliezen S Afb. 44 De placenta’s en chorionvliezen van een tweeeiige tweeling kunnen vergroeid zijn.

THEMA 01

hoofdstuk 1

Eeneiige tweelingen ontstaan uit één zygote en zijn genetisch identiek. Men spreekt daarom ook van monozygotische of identieke tweelingen. De splitsing van het embryo kan op verschillende tijdstippen na de bevruchting gebeuren: A

Als het embryo splitst vóór de vorming van de blastula, zal elke cel of groepering van cellen zich ontwikkelen tot een afzonderlijke blastocyst. Elke blastocyst kent een aparte innesteling en ontwikkelt een eigen trofoblast, chorion en placenta.

B Als de kiemschijf nog niet is gevormd, kan de kiemknop in een blastocyst splitsten. Binnen elke celgroep ontstaat er dan een kiemschijf. In de blastocyst ontstaan er twee embryo’s met gemeenschappelijk. C

een eigen amnionvlies en -holte. De chorionholte, chorion en placenta van beide embryo’s zijn Soms gebeurt de splitsing in een later stadium, namelijk als de kiemschijf zich heeft gevormd. Daardoor ontwikkelen er zich twee baby’s binnen dezelfde amnionholte en hebben ze alle

tweecellig stadium

B vroeg blastocyststadium

amnionholte

C stadium van kiemschijf

fv er

amnionholte

blastulaholte

vruchtvliezen en de placenta gemeenschappelijk.

Als twee baby’s in de baarmoeder over een eigen placenta, chorion en amnion beschikken, kun je onmogelijk op basis van een echografie bepalen of het om een een- of twee-eiige tweeling gaat.

Pr oe

gemeenschappelijke placenta

eigen placenta eigen chorionvlies en amnionvlies

gemeenschappelijke chorionholte

embryosplitsing

gemeenschappelijke amnionholte gemeenschappelijke placenta gemeenschappelijk chorionvlies eigen amnionvlies

gemeenschappelijke placenta, chorionvlies en amnionvlies

S Afb. 46 De ontwikkeling van een eeneiige tweeling kan op verschillende tijdstippen gebeuren: vóór de innesteling (A), kort na de innesteling (B) en na de innesteling (C).

THEMA 01

hoofdstuk 1

WEETJE In 1811 werd in Siam de tweeling Chan en Eng Bunker geboren. Chan en Eng waren met elkaar verbonden door een weefselband ter hoogte van de buik. De term ‘Siamese tweeling’ verwijst naar individuen die met elkaar vergroeid zijn. Die vergroeiing is een gevolg van een onvolledige splitsing van de kiemschijf. De mate waarin de tweelingen met elkaar vergroeid zijn, kan erg verschillen. Als beide individuen enkel door bindweefsel met elkaar verbonden zijn, kunnen ze gemakkelijk van elkaar worden gescheiden door een chirurgisch

ze grotere of vitale delen (zoals het hart) met elkaar delen.

ingreep. In andere gevallen kunnen de individuen niet van elkaar worden gescheiden, omdat

S Afb. 47 Sommige Siamese tweelingen delen vitale organen, zoals de hersenen. Een scheiding is dan erg complex.

S Afb. 48 De benaming ‘Siamese tweeling’ komt van Chang en Eng Bunker, geboren in Siam (nu Thailand).

Bij twee-eiige of dizygote tweelingen komen er twee oöcyten vrij uit de ovaria, die worden

bevrucht door twee verschillende spermatozoïden. De embryo’s hebben een aparte innesteling in het baarmoederslijmvlies en beschikken meestal over een eigen placenta,

fv er

amnionvlies en chorionvlies.

Pr oe

Eeneiige of monozygote tweelingen ontwikkelen zich uit één zygote. Het embryo splitst.

THEMA 01

hoofdstuk 1

VERDIEPING

Prenatale screening Prenatale screening laat toe om de ontwikkeling van de baby in de loop van de zwangerschap op te volgen. Genetische of structurele afwijkingen bij de baby en andere problemen die de gezondheid van het ongeboren kind beïnvloeden, kunnen vroegtijdig worden opgespoord, waardoor een vroegtijdige behandeling of ingreep ervoor kan zorgen dat de gezondheid van de ongeboren baby verbetert of niet verder in het gedrang wordt gebracht. Ook is er voldoende tijd om de ouders te informeren over en voor te bereiden op medische

zorg die na de geboorte noodzakelijk is. In zeer ernstige gevallen kunnen ouders voldoende nadenken om een weloverwogen beslissing te nemen over het voortzetten of beëindigen van de zwangerschap.

Verschillende technieken laten toe om de ontwikkeling en de gezondheid van de baby in de loop van

de zwangerschap op te volgen. Bij niet-invasieve diagnostiek wordt er informatie over de baby verkregen

zonder weefsel uit de baarmoeder of de foetus te nemen, terwijl men bij invasieve diagnostiek weefsel

onderzoekt dat via een ingreep uit de navelstreng, de placenta of het vruchtwater wordt verkregen. Invasieve

Niet-invasieve diagnostiek

• Bij een echografie bekomt men door middel van ultrasone geluidsgolven een beeld van de baby. Met een echografie kan de gynaecoloog de hartslag, de groei en ontwikkeling, de ligging en de bewegingen

diagnostiek wordt enkel toegepast in het geval van een verhoogd risico.

van de baby onderzoeken en opvolgen. De groei en

de doorbloeding van de placenta kunnen ook worden onderzocht, wat informatie kan opleveren over

een eventuele groeiachterstand. Via echografisch

onderzoek voert men ook een nekplooimeting uit tussen de elfde en veertiende week van de zwangerschap.

De plooi die je op de echo ziet, is geen echte huidplooi, maar een tijdelijke ophoping van vocht onder de huid. Een verdikte nekplooi (meer dan 3 mm) kan wijzen op

S Afb. 49 De ultrageluidsensor zendt ultrageluid uit en vangt de echo op, die dan wordt omgezet in beeld.

fv er

een chromosoom- of hartafwijking.

• In de loop van de zwangerschap ondergaat een zwangere vrouw meermaals een bloedonderzoek. Daarbij gaat men na of er bepaalde risicofactoren, zoals bloedarmoede, suikerziekte of bepaalde infectieziekten (zoals rubella, toxoplasmose, cytomegalie en hepatitis) aanwezig zijn. Ook kan de informatie over de bloedgroep (resusfactor) of opgebouwde immuniteit van de moeder waardevol zijn. Afhankelijk van de individuele gezondheid en de medische geschiedenis van de moeder of de partner kunnen er specifieke

Pr oe

tests worden uitgevoerd, zoals een screening voor welbepaalde genetische of erfelijke afwijkingen.

• De NIP-test (niet-invasieve prenatale test) is een recente onderzoeksmethode om bepaalde chromosoomafwijkingen bij een ongeboren kind op te sporen. De test is niet-invasief omdat er enkel een eenvoudige bloedafname van de moeder vereist is. In het bloed van de moeder circuleert er ook erfelijk materiaal dat afkomstig is van de baby. Bij een afwijkend resultaat raadt men een vervolgonderzoek met een hogere betrouwbaarheid aan, zoals een vlokkentest of een vruchtwaterpunctie.

THEMA 01

hoofdstuk 1

Invasieve diagnostiek

• Een vruchtwaterpunctie wordt

ultrageluidsensor

uitgevoerd vanaf de veertiende week. Met behulp van een naald door de buik van de moeder neemt men een staal van 15-20 mL amnionvocht. In dat

amnionvocht zitten cellen van de foetus.

amnionvocht

Een nadeel van die methode is de lange

baarmoederhals

wachttijd op het resultaat, omdat er cellen moeten worden opgekweekt.

foetus

De test wordt gebruikt

Invasieve technieken hebben een zeer hoge betrouwbaarheid, maar er is ook een kleine kans op een miskraam.

om gericht te zoeken naar chromosoomafwijkingen,

stofwisselingsziekten en andere afwijkingen van het DNA.

baarmoeder

• De vlokkentest kan worden

S Afb. 50 Een vruchtwaterpunctie

uitgevoerd vanaf de tiende week van de zwangerschap. Er wordt een klein

stukje van het foetale deel van de placenta genomen. Het voordeel van die methode ten opzichte van de vruchtwaterpunctie is dat het staal veel meer cellen bevat en dat de cellen niet naar het laboratorium hoeven voor een verdere kweek. Men kan dus onmiddellijk het weefsel analyseren, zodat er sneller een resultaat is. De test kan ook vroeger in de zwangerschap worden uitgevoerd. De vlokkentest kan

op twee manieren gebeuren: transcervicaal (langs de vagina en de baarmoeder) of abdominaal (door de buikwand). Het nadeel van die test is dat er iets meer foute resultaten worden bekomen, omdat

fv er

chromosoomafwijkingen soms beperkt zijn tot de placenta.

abdominaal

Pr oe

transcervicaal

placenta

S Afb. 51 Een vlokktentest

• Een navelstrengpunctie wordt uitgevoerd rond de twintigste week. Bij die punctie zuigt men bloed uit een van de drie bloedvaten in de navelstreng op. Omdat de kans op een miskraam bij een navelstrengpunctie veel hoger is dan bij een vruchtwaterpunctie of een vlokkentest, wordt de punctie enkel uitgevoerd in uitzonderlijke situaties.

THEMA 01

hoofdstuk 1

AAN DE SLAG 1

Som chronologisch de hindernissen of barrières op

Als de ovaria worden weggenomen bij een zwangere

die spermatozoïden moeten overwinnen om tot bij

vrouw vóór het einde van de tweede maand van

het oviduct te komen.

haar zwangerschap, veroorzaakt dat een miskraam. Waarom is dat niet het geval als het later gebeurt?

Als mannen geen kinderen meer wensen, kunnen zij Plaats de volgende begrippen over de bevruchting

zich laten steriliseren. Tijdens een heelkundige ingreep, een vasectomie, wordt de zaadleider

en de zwangerschap in chronologische volgorde.

doorgeknipt en afgebonden. Leg uit waarom die

tweebladige kiemschijf – foetus – morula –

ingreep een man onvruchtbaar maakt, maar geen

zygote – embryo – ovulatie – kiemknop

invloed heeft op de hoeveelheid sperma.

Welk van deze uitspraken over de navelstreng is

correct?

In de navelstrengslagaders wordt er bloed rijk

aan zuurstofgas vervoerd van moeder naar kind.

b In de navelstrengslagaders wordt er bloed rijk aan zuurstofgas vervoerd van kind naar moeder.

In de navelstrengslagaders wordt er bloed rijk aan koolstofdioxide vervoerd van moeder naar

kind. d In de navelstrengslagaders wordt er bloed rijk aan koolstofdioxide vervoerd van kind naar

moeder.

fv er

Als een spermatozoïde binnendringt in

Leg uit waarom miskramen vaak voorkomen in de eerste drie maanden van de zwangerschap. Hoe verklaar je dat veel vrouwen baarmoederspiercontracties ervaren tijdens de borstvoeding?

een secundaire oöcyt, heeft dat tot gevolg dat … a

de innesteling van de zygote bevorderd wordt;

b de secundaire oöcyt gestimuleerd wordt om zich

Meer oefenen? Ga naar

verder te splitsen;

het chromosomenaantal van het individu

Pr oe

hersteld wordt;

d de secundaire oöcyt gestimuleerd wordt om de meiose voort te zetten.

Waar gebeurt een bevruchting? a

in de baarmoederhals

b in de baarmoeder c

in het oviduct

d in de ovaria

THEMA 01

hoofdstuk 1 - AAN DE SLAG

Pr oe

fv er

HOOFDSTUKSYNTHESE

THEMA 01

SYNTHESE hoofdstuk 1

VIDEO

Pr oe

fv er

kennisclip

THEMA 01

SYNTHESE hoofdstuk 1

Pr oe

fv er

HOOFDSTUKSYNTHESE

THEMA 01

SYNTHESE hoofdstuk 1

HOOFDSTUK 2

Î Technieken om de vruchtbaarheid te beheersen Twee mensen van een verschillend geslacht willen vaak geslachtsgemeenschap met elkaar zonder het risico te lopen om zwanger te worden. Bij andere mensen lukt het dan weer niet om op een natuurlijke manier

zwanger te worden. Technologische en wetenschappelijke vooruitgang in de afgelopen decennia heeft gezorgd

voor methoden die de kans op een zwangerschap sterk verkleinen of vergroten. In dit hoofdstuk bestudeer je enkele van die methoden.

LEERDOELEN

M Beheersing van de vruchtbaarheid en de betrouwbaarheid van anticonceptie uitleggen

M Verschillende technieken uitleggen om de kans op een zwangerschap bij verminderde vruchtbaarheid te

verhogen

Anticonceptiva

Anticonceptiva zijn middelen die men gebruikt om een zwangerschap te voorkomen. Er bestaan zowel natuurlijke als kunstmatige methoden om een zwangerschap te vermijden.

Bij de kunstmatige methoden onderscheiden we methoden op basis van hormonen en niethormonale middelen.

Natuurlijke methoden

fv er

1.1

Natuurlijke methoden om niet zwanger te worden, bestaan al lang. Bij coïtus interruptus of terugtrekken wordt de penis uit de vagina gehaald voordat er een zaadlozing is gebeurd. Dat kan enkel als de man de zaadlozing tijdig voelt aankomen. Bij periodieke onthouding heb je geen geslachtsgemeenschap in de vruchtbare periode

Pr oe

van de menstruatiecyclus. Omdat spermatozoïden tot 5 à 6 dagen in het vrouwelijk voortplantingsstelsel kunnen overleven en een eicel 24 uur vruchtbaar is, raadt men af om geslachtsgemeenschap te hebben in de periode van 7 dagen voor en 3 dagen na de ovulatie.

De vruchtbare periode bij de vrouw

eisprong

folliculaire fase

menstruatie

luteale fase

9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 dagen overleving van de zaadcel

overleving van de eicel

wel geslachtsgemeenschap geen geslachtsgemeenschap

vruchtbare periode S Afb. 52 De bepaling van de vruchtbare periode bij de vrouw voor periodieke onthouding

THEMA 01

hoofdstuk 2

Om de dag van de ovulatie te voorspellen, kun je je baseren op de volgende zaken: • De ovulatie vindt gewoonlijk 14 dagen voor de eerstvolgende menstruatie plaats. Kennis van de duur van eerdere menstruatiecycli gebruik je om de datum van de ovulatie te bepalen. Dat noem je de kalendermethode. Als er 28 dagen tussen twee menstruaties zaten, gebeurt de ovulatie op dag 14. • De lichaamstemperatuur stijgt met 0,2-0,5 °C kort na de ovulatie door een toename in de productie van progesteron. Met de temperatuurmethode probeert een vrouw om het moment van de ovulatie te bepalen door elke dag ’s ochtends de lichaamstemperatuur te

meten. Drie dagen na de temperatuursprong is de ovulatie zeker voorbij en is de vruchtbare periode afgelopen.

• Door de hormonale veranderingen rond het tijdstip van de ovulatie veranderen het slijm

van de baarmoederhals en de vaginale afscheiding van kleur, rekbaarheid en textuur. Door

het vaginale slijm te beoordelen, kun je het moment van de ovulatie bepalen.

Die natuurlijke methoden zijn gratis, maar het minst betrouwbaar. De kans om toch zwanger worden, is reëel. Als een man bijvoorbeeld niet tijdig terugtrekt, komen er spermatozoïden

in de vagina terecht. Zelfs spermatozoïden die terechtkomen in de vaginale opening,

kunnen de oöcyt nog bereiken. Ook voorvocht bevat soms spermatozoïden. Het is niet altijd vanzelfsprekend om het moment van ovulatie te voorspellen, omdat zelfs bij vrouwen met een regelmatige cyclus de ovulatie niet altijd op dezelfde dag gebeurt. Externe factoren, zoals stress, vermoeidheid of ziekte, kunnen de cyclus langer of korter maken en de lichaamstemperatuur verhogen. De beoordeling van vaginale afscheiding is subjectief en dus

vatbaar voor interpretatie. Ook infecties kunnen de textuur van het vaginale slijm veranderen.

Kunstmatige methoden zonder hormonen

Fysieke barrière

1.2

Een aantal anticonceptiemiddelen vormen een fysieke barrière tussen de spermatozoïden en

de oöcyt: ze verhinderen dat de spermatozoïden tot bij de oöcyt raken. Die anticonceptiemiddelen worden vóór de geslachtsgemeenschap aangebracht.

fv er

• Het pessarium is een siliconen kapje dat een vrouw inbrengt om de baarmoederhals af te sluiten. Een pessarium moet je tot zes uur na de geslachtsgemeenschap laten zitten.

• Het condoom is een omhulsel dat het sperma opvangt. Een mannencondoom is een strak omhulsel dat je rond de penis in erectie moet aanbrengen. Een vrouwencondoom

Pr oe

is een zakje voorzien van twee ringen dat in de vagina wordt geschoven. S Afb. 53 Een pessarium

vrouwencondoom

THEMA 01

hoofdstuk 2

mannencondoom

W Afb. 54 Een vrouwencondoom (links) en een mannencondoom (rechts)

Die anticonceptiva zijn relatief goedkoop. Een condoom kan maar één keer worden gebruikt, maar beschermt ook tegen soa’s (seksueel overdraagbare aandoeningen) als je het correct gebruikt. Een pessarium beschermt niet tegen soa’s, maar kan meerdere keren worden gebruikt. Die methoden zijn betrouwbaarder dan de natuurlijke methoden. Een zwangerschap na gebruik van die methoden is vooral een gevolg van incorrect gebruik.

Vermindering van de beweeglijkheid van spermatozoïden

Zaaddodende middelen of spermiciden

bevatten stoffen die de spermatozoïden immobiliseren en de zuurtegraad van de vagina verlagen. In tegenstelling tot wat hun naam doet vermoeden, doden ze de spermatozoïden niet. Zaaddodende

middelen bestaan in de vorm van een gel, crème, schuim, zetpil of vlies. Ze moeten voor de geslachtsgemeenschap in de penis of

vagina worden aangebracht.

S Afb. 55 Spermiciden bestaan in verschillende vormen, waaronder een gel.

Een zaaddodend middel is op zichzelf geen afdoend anticonceptiemiddel. Daarom raadt men aan

om het te gebruiken in combinatie met een andere methode, zoals het pessarium of het condoom. In België verkoopt men geen condooms met zaaddodende middelen meer, omdat sommige

mensen overgevoelig zijn voor het werkzame bestanddeel, dat bovendien ook latex kan aantasten.

WEETJE

artikel: mannenpil

Wetenschappers zijn ook een stapje dichter bij de productie van een ‘mannenpil’,

een anticonceptiepil voor mannen. Een chemische stof in die pil blokkeert een signaaleiwit

VIDEO

Verhindering van de opbouw van het baarmoederslijmvlies

fv er

dat noodzakelijk is voor de beweeglijkheid van de spermatozoïden.

Het koperspiraaltje is een ankervormig

stukje kunststof met koperdraad eromheen.

De koperionen die de koperdraad afgeeft, zijn

giftig voor spermatozoïden. Het koperspiraaltje veroorzaakt ook een ongevaarlijke

Pr oe

ontstekingsreactie in het baarmoederslijmvlies, waardoor een embryo zich niet kan innestelen. Het is een zeer betrouwbaar anticonceptiemiddel, omdat je het niet kunt vergeten en het meerdere jaren werkzaam is. Als er toch een kinderwens

S Afb. 56 Een koperspiraaltje

ontstaat, kun je het gemakkelijk verwijderen. Een koperspiraaltje beschermt je niet tegen soa’s.

THEMA 01

hoofdstuk 2

1.3 Kunstmatige methoden met hormonen Bij hormonale anticonceptie gebruikt een vrouw een stof die dezelfde werking heeft als progesteron, vaak in combinatie met oestrogeen. Die middelen veranderen de natuurlijke hormoonspiegels in het lichaam en kunnen op verschillende manieren de kans op een zwangerschap verkleinen door: • de rijping van oöcyten te verhinderen aan de hand van een hoge concentratie aan hormonen. Daardoor geven de hypothalamus en de hypofyse onvoldoende FSH en LH af, waardoor er geen

ovulatie plaatsvindt;

• de opbouw van het baarmoederslijmvlies te onderdrukken, waardoor een eventuele

bevruchte eicel zich niet kan innestelen. Omdat het baarmoederslijmvlies veel dunner is, zijn de bloedingen tijdens de menstruele fase ook minder hevig;

• het slijm in de baarmoederhals te verdikken, waardoor spermatozoïden er moeilijker door

kunnen.

injecties, implantaten of een vaginale ring.

De hormonen kunnen op verschillende manieren worden toegediend: via pillen, pleisters, • De combinatiepil en minipil zijn orale anticonceptiepillen. Ze moeten elke dag op hetzelfde tijdstip worden ingenomen. De combinatiepil bevat oestrogeen en progestageen. Nadat je de pil drie weken hebt ingenomen, volgt er een stopweek. De minipil bevat alleen progestageen en wordt dagelijks ingenomen, zonder stopweek.

• Pleisters en vaginale ringen geven geleidelijk oestrogeen en progestageen af door de huid of de slijmvliezen. Je moet ze vervangen na respectievelijk één en drie weken.

• De prikpil is een hormonale injectie van progestageen die na twaalf weken moet worden herhaald.

• Het anticonceptiestaafje is een implantaat dat onder de huid van de bovenarm wordt aangebracht. Het staafje geeft gedurende meerdere jaren dagelijks een kleine hoeveelheid

progestageen af.

• Het hormoonspiraaltje is een klein ankertje dat door een huisarts of gynaecoloog in

Pr oe

fv er

de baarmoeder wordt geplaatst. Het geeft gedurende meerdere jaren progestageen af.

W Afb. 57 Er bestaan verschillende hormonale anticonceptiemiddelen: de combinatiepil (A), de vaginale ring (B), de prikpil (C), het anticonceptiestaafje (D) en het hormoonspiraaltje (E).

Het grote voordeel van de hormonale anticonceptiemiddelen is hun hoge betrouwbaarheid als je ze correct gebruikt. De doeltreffendheid van het middel daalt snel als je een orale conceptiepil niet tijdig inneemt of een pleister of vaginale ring niet tijdig vervangt. Omdat een staafje of spiraaltje meerdere jaren werkzaam is en er geen kans is op gebruiksfouten (vergeten in te nemen), behoren ze tot de betrouwbaarste middelen.

THEMA 01

hoofdstuk 2

Hormonale anticonceptiemiddelen beschermen niet tegen soa’s en zijn enkel te verkrijgen op doktersvoorschrift, onder meer omdat ze bijwerkingen kunnen hebben, zoals een verhoogde kans op hart- en vaataandoeningen.

1.4 Methoden die zorgen voor permanente onvruchtbaarheid Iemand die nooit meer kinderen wil krijgen, kan besluiten om zich via een operatie te laten steriliseren. Bij een vasectomie verwijdert de chirurg bij de man een klein stukje van de zaadleider en worden beide uiteinden afgebonden. Een vasectomie is in principe

een definitieve ingreep en kan dus niet ongedaan worden gemaakt. Wetenschappers onderzoeken

De wetenschappelijke naam voor ‘zaadleider’ is ‘vas deferens’. De term ‘vasectomie’ betekent dus letterlijk ‘verwijdering van de zaadleider’.

ook de mogelijkheid om de zaadleiders tijdelijk te blokkeren door een gel te injecteren die later weer kan worden verwijderd, als de man besluit dat hij toch een kinderwens heeft. De sterilisatie van een vrouw gebeurt door chirurgisch de eileiders af te sluiten, door er

een stukje uit te verwijderen of de eileiders af te klemmen of dicht te branden. Zo kunnen oöcyten de baarmoeder niet meer bereiken. Net zoals bij een man beschouwt men de sterilisatie als gepaard gaan met complicaties.

onomkeerbaar, omdat pogingen om de ingreep ongedaan te maken, niet altijd succesvol zijn of

instrument om clip te plaatsen

De eindjes worden afgebonden.

gedeelte van de zaadleider dat werd verwijderd

clip over eileider

laparoscopische sterilisatie open clip

fv er

teelbal

S Afb. 58 Een schematische weergave van een sterilisatie bij mannen of vasectomie (links) en bij vrouwen (rechts)

Anticonceptiva zijn methoden om een zwangerschap te voorkomen. Er bestaan verschillende methoden:

Pr oe

• Natuurlijke methoden zijn gebaseerd op het natuurlijke verloop van de menstruatiecyclus en het afbakenen van de vruchtbare periode. Geslachtsgemeenschap heeft dan enkel plaats buiten de vruchtbare periode.

• Kunstmatige methoden van anticonceptie bestaan zonder hormonen (bv. pessarium, condoom, spermiciden, koperspiraal). Er bestaan ook methoden met hormonen (bv. mini- en combinatiepil, vaginale ring, prikpil, anticonceptiestaafje en hormoonspiraaltje). Hormonale anticonceptiemiddelen hebben een hoge betrouwbaarheid.

• Een sterilisatie zorgt voor permanente onvruchtbaarheid. Bij mannen wordt bij een vasectomie een stukje van de zaadleider verwijderd. Bij vrouwen sluit men de eileiders af.

THEMA 01

hoofdstuk 2

Methoden om de vruchtbaarheid te verhogen

Soms heeft iemand een kinderwens, maar lukt het niet om via geslachtsgemeenschap zwanger te worden. Die mensen kunnen worden geholpen door kunstmatige methoden waarbij spermatozoïden in contact worden gebracht met de oöcyten.

2.1

Kunstmatige inseminatie (ki)

Bij een kunstmatige of intra-

baarmoeder

uteriene inseminatie worden spermatozoïden van de eigen partner of een donor in de baarmoeder gebracht als een ovulatie nadert

eierstok

of net heeft plaatsgevonden. Vaak gebeurt er vooraf een selectie van de spermatozoïden. Die

techniek wordt toegepast als de man te weinig beweeglijke spermatozoïden heeft of als problemen met de baarmoederhals de doorgang van spermatozoïden bemoeilijken. Factoren zoals leeftijd,

S Afb. 59 Een intra-uteriene inseminatie

de kwaliteit van het sperma en onderliggende gezondheidsproblemen beïnvloeden het succes van de techniek, waardoor er soms meerdere pogingen nodig zijn vooraleer een zwangerschap optreedt.

Bij in-vitrofertilisatie worden

oöcyten buiten het lichaam

bevrucht. De procedure start met een hormonale behandeling van de vrouw. Daardoor komen er

fv er

In vitro betekent letterlijk ‘in glas’: het kweken van cellen en organismen of het reageren van biomoleculen buiten hun normale biologische context, bijvoorbeeld in een proefbuis, een petrischaaltje of een erlenmeyer.

2.2 In-vitrofertilisatie (ivf)

meerdere oöcyten tot rijping. Nadat

eierstok

oöcyt

ze zijn geoogst uit het ovarium,

worden ze in een ivf-laboratorium bij het sperma van de donor

baarmoeder

gebracht. De bevruchte oöcyten

Pr oe

worden gecontroleerd op celdeling en groei. Men laat ze enkele dagen ontwikkelen tot embryo’s. Een of

naald ultrageluidsonde

meerdere gezonde embryo’s worden in de baarmoeder geplaatst, in de hoop dat ze zich innestelen en dat ze tot een zwangerschap zullen

S Afb. 60 Bij een ivf-behandeling oogst men oöcyten uit het ovarium.

leiden. De kans op een meerling is bij die techniek groter dan bij een natuurlijke zwangerschap. Niet elke poging leidt tot een zwangerschap. Het succes van ivf kan variëren tussen personen en wordt net zoals ki beïnvloedt door factoren zoals de leeftijd van de vrouw, de kwaliteit van de oöcyten en het sperma, en eventuele andere gezondheidsproblemen.

THEMA 01

hoofdstuk 2

WEETJE Voordat het embryo wordt ingeplant, worden er een of twee cellen uit gehaald. Voor zover we weten, heeft het verwijderen van één cel of een beperkt aantal cellen in dat prille embryonale stadium geen verdere gevolgen voor de ontwikkeling. De cellen worden gericht onderzocht op gekende aandoeningen die bij verwanten voorkomen (geslachtsgebonden aandoeningen, mucoviscidose …). Enkel de gezonde embryo’s worden daarna in

de baarmoeder geplaatst.

2.3 Intra-cytoplasmatische sperma-injectie (icsi) Icsi wordt samen met ivf uitgevoerd. Het is een techniek waarbij men een spermatozoïde

in een heel fijn, hol naaldje zuigt en vervolgens rechtstreeks in een rijpe oöcyt injecteert.

De techniek wordt vooral gebruikt bij mannelijke onvruchtbaarheid waarbij het sperma te weinig

VIDEO

spermatozoïden bevat of de spermatozoïden bewegingsproblemen (of andere structurele

video: icsi

problemen) vertonen. Ook als andere technieken geen succes opleverden, probeert men icsi. Net

fv er

zoals bij de andere technieken is er geen garantie op succes.

S Afb. 61 Bij intracytoplasmatische sperma-injectie (icsi) selecteert men één spermatozoïde.

S Afb. 62 Via een glazen naaldje wordt één spermatozoïde rechtstreeks ingebracht in een oöcyt.

Pr oe

2.4 Technieken om spermatozoïden te isoleren Om ivf of icsi uit te voeren, zijn er spermatozoïden nodig. In de meeste gevallen levert de man daarvoor een spermastaal aan. Als er echter spermatozoïden ontbreken in het sperma van de man (azoöspermie), moet men andere technieken gebruiken om spermatozoïden te isoleren. Men kan spermatozoïden uit de bijbal of de zaadbuisjes proberen te halen. Bij een verstopping van de zaadleiders zijn er mogelijk spermatozoïden aanwezig in de bijballen. Die spermatozoïden kan men uit de bijbal halen met een microchirurgische ingreep of door ze op te zuigen met een dunne naald die door de huid wordt gebracht. Als er na controle blijkt dat er geen levende spermatozoïden aanwezig zijn in de bijballen, kan men een teelbalbiopsie uitvoeren. Daarbij wordt er een klein stukje van het teelbalweefsel chirurgisch verwijderd en microscopisch onderzocht op de aanwezigheid van levende spermatozoïden. Een variant daarvan is het opzuigen van spermatozoïden uit de teelbal. De zaadcellen kunnen in elk van de gevallen onmiddellijk worden gebruikt voor icsi of worden ingevroren voor later gebruik.

THEMA 01

hoofdstuk 2

2.5 Eicel- en embryodonatie Sommige vrouwen zijn niet in staat om zwanger te worden met de eigen oöcyten wegens een hormonale of erfelijke afwijking, problemen met de ovaria, een hogere leeftijd of een vervroegde menopauze. Die vrouwen kunnen wel zwanger worden met

donoreicellen. De donoreicellen worden na een hormonale behandeling zoals bij ivf geoogst bij een donorvrouw en erna bevrucht met sperma van de partner van de acceptor (via ivf of icsi). Enkele

dagen later plaatst men de embryo’s in de baarmoeder van de acceptor, die voorbereid op een innesteling. Soms worden de embryo’s ook ingevroren totdat

S Afb. 63 Oöcyten worden bewaard in vloeibare stikstof bij –196 °C.

door een hormonale behandeling werd

het baarmoederslijmvlies optimaal is voorbereid. Omdat enkel de oöcyt afkomstig is van een donor, spreek je van eiceldonatie.

Een nauw verwante techniek is embryodonatie. Daarbij maakt men gebruik van bevruchte oöcyten of embryo’s die zijn overgebleven van koppels die hun vruchtbaarheidsbehandeling hebben

beëindigd. Zowel de eicel als de zaadcel is dus niet afkomstig van de acceptorouders.

Er bestaan verschillende methoden voor vruchtbaarheidsbehandeling: • Bij kunstmatige inseminatie (ki) brengt men spermatozoïden van de eigen partner of

een donor in de baarmoeder van de vrouw. • Bij in-vitrofertilisatie (ivf) worden oöcyten buiten het lichaam bevrucht. Men oogst een rijpe oöcyt uit het ovarium en brengt het in een schaaltje in contact met

fv er

spermatozoïden. Na een bevruchting plaatst men een of meerdere embryo’s in de baarmoeder.

• Wanneer bij ivf de spermatozoïden niet in staat zijn om de oöcyt binnen te dringen, gaat men over tot intracytoplasmatische sperma-injectie (icsi). Daarbij injecteert men een spermatozoïde rechtstreeks in een rijpe oöcyt.

• Als een man lijdt aan azoöspermie, probeert men spermatozoïden te oogsten uit de bijbal of teelbal of kan men een teelbalbiopsie uitvoeren.

Pr oe

• Bij een eiceldonatie worden de oöcyten van een andere vrouw (donor) gebruikt voor

THEMA 01

de vruchtbaarheidsbehandeling. Bij een embryodonatie gebruikt men bevruchte oöcyten of embryo’s van andere koppels.

hoofdstuk 2

AAN DE SLAG Bekijk de afbeeldingen van de

Een vrouw heeft een regelmatige cyclus van 33

voorbehoedsmiddelen.

dagen. Haar laatste menstruatie begon op 18

november. Rond welke datum zal haar ovulatie

Benoem de voorbehoedsmiddelen.

normaal gezien plaatsvinden?

3 combinatiepil – 4 hormonenpleister – 5 vrouwencondoom – 6 hormoonspiraaltje –

1 koperspiraaltje – 2 mannencondoom –

Bij sterilisatie kunnen spermatozoïden de oöycten

niet meer bereiken. Leg uit welke ingreep er bij

7 vaginale ring – 8 prikpil –

mannen en vrouwen nodig is om dat te bekomen.

9 hormonaal implantaat – 10 minipil

Bij welke vruchtbaarheidsmethoden gebeurt er

een embryotransfer?

fv er

Welke mogelijkheden hebben wensouders als ze met hun eigen geslachtscellen geen kinderen kunnen krijgen?

Meer oefenen? Ga naar

Pr oe

b Duid vervolgens de hormonale middelen aan.

Welke voorbehoedsmiddelen beschermen ook tegen een soa?

THEMA 01

hoofdstuk 2 - AAN DE SLAG

HOOFDSTUKSYNTHESE 1 ANTICONCEPTIVA METHODE

BESCHERMING

BETROUWBAARHEID

NATUURLIJKE METHODEN • coïtus interruptus: terugtrekken uit de vagina voor de zaadlozing • periodieke onthouding: geen geslachtsgemeenschap in

de vruchtbare periode van de menstruatiecyclus

TEGEN SOA’S

anticonceptiemiddelen die een fysieke barrière vormen tussen de spermatozoïden en de oöcyt: • pessarium • mannen- en vrouwencondoom

KUNSTMATIGE METHODEN ZONDER HORMONEN

spermiciden: middelen die de spermatozoïden

immobiliseren en de zuurtegraad van de vagina verlagen koperspiraal: veroorzaakt een ontstekingsreactie in het

baarmoederslijmvlies, waardoor het embryo zich niet kan innestelen

KUNSTMATIGE METHODEN MET HORMONEN

anticonceptiemiddelen die de natuurlijke

fv er

hormoonspiegels veranderen: • combinatie- en minipil

• pleisters en vaginale ring • prikpil

• anticonceptiestaafje

Pr oe

• hormoonspiraaltje

THEMA 01

SYNTHESE hoofdstuk 2

VIDEO

kennisclip

2 VRUCHTBAARHEIDSBEHANDELINGEN

• te weinig beweeglijke WANNEER?

inseminatie (ki)

spermatozoïden

HOE?

• problemen met de

Spermatozoïden worden op de dag van de ovulatie in de

kunstmatige

baarmoeder gebracht.

baarmoederhals

Ivf verloopt in verschillende • te weinig beweeglijke spermatozoïden WANNEER?

• problemen met de oviducten

HOE?

hormonale stimulatie;

oöcyten uit het ovarium halen;

in-vitrofertilisatie (ivf)

stappen:

• geen succesvol resultaat met ki

bevruchting van oöcyten en spermatozoïden in een schaaltje;

embryotransfer in de

baarmoeder.

• te weinig

Het verloop is gelijkaardig

spermatozoïden WANNEER?

sperma-injectie (icsi)

• structurele problemen

intracytoplasmatische

HOE?

met spermatozoïden

geïnjecteerd.

fv er

met ki en ivf

spermatozoïden

WANNEER?

Pr oe

isoleren

eiceldonatie

embryodonatie

spermatozoiden in het

• Er worden spermaHOE?

sperma

afwijkingen bij de vrouw • problemen met de ovaria

bijbal of de teelbal. teelbalbiopsie uit.

Donoreicellen HOE?

worden bevrucht met spermatozoïden van de

• hoge leeftijd vrouw

partner, en de embryo’s

• vervroegde menopauze

worden teruggeplaatst.

• problemen met WANNEER?

tozoïden geoogst uit de • Men voert een

• hormonale of erfelijke WANNEER?

spermatozoïde wordt rechtstreeks in een oöcyt

• geen succesvol resultaat

• ontbreken van

aan dat van ivf, maar de

geslachtscellen van man én vrouw • alle andere behandelingen onsuccesvol

Bevruchte oöcyten HOE?

of embryo’s van een donorkoppel worden in de baarmoeder geplaatst.

THEMA 01

SYNTHESE hoofdstuk 2

HOOFDSTUK 3

Î Teratogene factoren

Lange tijd dacht men dat de baby in de baarmoeder ‘neemt wat hij nodig heeft’. De moederkoek werd

gezien als een efficiënte filter die enkel nuttige stoffen doorlaat. Dat blijkt echter niet zo te zijn. De aan- of

afwezigheid van bepaalde stoffen in het bloed van de moeder kan tijdens de zwangerschap een grote invloed

hebben op de aanleg en de groei van de organen van de baby. Als de organen zich niet op een normale manier ontwikkelen, kan dat de oorzaak zijn van gezondheidsproblemen op latere leeftijd. Omdat die organen al in

het prille begin van de zwangerschap worden gevormd, op een moment dat de vrouw nog niet weet dat ze zwanger is, zijn ook de omstandigheden vlak voor en tijdens de eerste drie maanden van de zwangerschap van

groot belang. LEERDOELEN

M De invloed van gezondheidsgedrag en het leefmilieu op de ontwikkeling van embryo en foetus uitleggen

M De effecten van ziekteverwekkers op de ontwikkeling van embryo en foetus toelichten

Invloed van leefgewoonten op de zwangerschap

Als je graag zwanger wilt worden, is het raadzaam om je lichaam goed te verzorgen door te kiezen

voor een gezonde levensstijl. Maar wat is nu eigenlijk een gezonde levensstijl? Je levensstijl is een breed en overkoepelend begrip dat aangeeft op welke manier je leeft. Het omvat niet alleen

voeding, sport en rookgedrag, maar ook je slaappatroon en de hoeveelheid stress waaraan je

fv er

wordt blootgesteld. Hieronder bespreken we enkele algemene aandachtspunten.

1.1

Roken

Roken is ongezond en schaadt niet enkel je eigen lichaam, maar ook dat van je toekomstige kind. In de rook van tabakswaren en e-sigaretten

Pr oe

zitten veel toxische stoffen. Die kunnen schade toebrengen aan het erfelijk materiaal van spermatozoïden en oöcyten, waardoor er geen levensvatbaar embryo tot ontwikkeling kan komen of waardoor een kind geboren wordt met een (erfelijke) afwijking. Zo vernauwt nicotine de bloedvaten, verhoogt het de bloeddruk en versnelt het de hartslag. Bij een vrouw kan

S Afb. 64 Vrouwen die de hele zwangerschap blijven roken, krijgen een baby die zo’n 150-250 gram minder weegt.

de bloedtoevoer naar de placenta verminderen, wat een ongunstig effect heeft op de ontwikkeling van de foetus. Nicotine remt ook de aanmaak van geslachtshormonen, waardoor rokende vrouwen minder vruchtbaar zijn én vroeger in de menopauze komen. Roken vóór de zwangerschap speelt dus een rol, aangezien de oöcyten al van bij de geboorte aanwezig zijn in het lichaam. Sperma van rokende mannen is van slechtere kwaliteit en bevat minder spermatozoïden. De spermatozoïden blijken ook vaker een afwijkende vorm te hebben.

THEMA 01

hoofdstuk 3

normaal

abnormaal

aantal spermatozoïden

vorm spermatozoïden

beweeglijkheid spermatozoïden

S Afb. 65 Roken beïnvloedt de vruchtbaarheid, ook bij mannen. Sperma van rokers bevat minder spermatozoïden en meer afwijkende spermatozoïden. De spermatozoïden zijn ook minder beweeglijk.

Passief roken of tabaksrook inademen uit de omgeving blijkt ook zeer nefaste gevolgen te hebben voor de vruchtbaarheid, voor het verloop van de zwangerschap en voor de ontwikkeling van het kind.

Ondanks het feit dat roken voor iedereen, en zeker voor zwangere vrouwen, sterk wordt afgeraden, zijn er nog altijd zwangere vrouwen die actief of passief roken. De vele stoffen

uit tabaksrook die in het bloed van de vrouw terechtkomen, kunnen via de placenta worden uitgewisseld met het kind. Onderzoek toont aan dat actief roken tijdens de zwangerschap een hogere kans veroorzaakt dat de placenta loslaat. Ook de kans op een laag geboortegewicht,

fv er

een vroeggeboorte, aangeboren (hart)afwijkingen en sterfte bij de geboorte neemt toe. Er zijn zelfs effecten op lange termijn voor het kind zelf: astma, overgewicht, verminderde vruchtbaarheid, prikkelbaarheid en gedragsstoornissen. Na de geboorte stijgt ook het risico op wiegendood.

1.2

Wiegendood is het onverwachte overlijden van een baby die ogenschijnlijk gezond was en bij wie geen lichamelijke afwijking konden worden vastgesteld.

Voeding

Pr oe

Een ongeboren kind heeft veel

website voedingsdriehoek

verschillende bouwstoffen nodig om alle noodzakelijke cellen, weefsels

VIDEO

en organen te kunnen vormen. Die stoffen worden uit het bloed van de moeder gehaald. Een gezond en evenwichtig voedingspatroon met voldoende variatie biedt het kind de kans om alle nodige voedingsstoffen op te nemen.

S Afb. 66 Een gezond voedingspatroon tijdens de zwangerschap is belangrijk.

THEMA 01

hoofdstuk 3

Net zoals stoffen uit tabaksrook, kunnen ongezonde stoffen uit de voeding van de moeder terechtkomen in het ongeboren kind en daar de ontwikkeling negatief beïnvloeden. Daarom zijn verse voedingswaren waarin geen toegevoegde kleurstoffen en bewaarmiddelen aanwezig zijn, sterk aan te raden. Ook variatie is belangrijk: een eenzijdig vet- en suikerrijk voedingspatroon kan leiden tot overgewicht of obesitas bij de vrouw, wat hormonale verstoringen kan teweegbrengen. Het is dan moeilijker om zwanger te worden, en bovendien neemt de kans op een miskraam toe met 75 %. Verder is er een groot risico op een hoog geboortegewicht van de baby. De bevalling verloopt dan moeilijker en er is vaak een keizersnede nodig. Bij een vrouw met overgewicht is die

ingreep moeilijk uit te voeren, waardoor de kans op complicaties toeneemt. Omdat een tekort aan bepaalde stoffen verregaande gevolgen kan hebben voor de ongeboren baby, wordt ook diëten tijdens de zwangerschap sterk afgeraden.

Wie gezond en gevarieerd eet, krijgt normaal gezien voldoende vitaminen binnen. Toch heeft

onderzoek aangetoond dat de inname van een extra hoeveelheid foliumzuur gedurende de eerste tien weken van de zwangerschap de kans op een open ruggetje (doordat een of meerdere wervels zich niet ontwikkelen), een hazenlip of een open gehemelte sterk verkleint. Om een voldoende

hoge concentratie op te bouwen voor de zwangerschap, raadt men aan om extra foliumzuur in te nemen vanaf het moment dat je zwanger wilt worden.

Foliumzuur is vitamine B11, dat onder andere in groene groenten, fruit en volkorenproducten zit.

ruggenwervel

ruggenmergvocht

ruggengraat

fv er

hard hersenvlies

S Afb. 67 Een open ruggetje is een aandoening waarbij de ruggengraat zich niet voldoende ontwikkeld heeft.

S Afb. 68 Een hazenlip en een open gehemelte kunnen na de geboorte operatief worden hersteld.

Pr oe

Voldoende vitamine D is belangrijk omdat het zorgt voor een betere opname van calcium uit de voeding. In geval van twijfel over voldoende vitamine D kan een dokter supplementen voorschrijven. Men raadt af om supplementen met multivitaminen in te nemen, omdat ze hogere dosissen bevatten dan de aanbevolen dagelijkse hoeveelheid. Een teveel aan vitaminen is vaak even schadelijk als een tekort.

THEMA 01

hoofdstuk 3

1.3 Alcohol en andere drugs Bij de man zorgt het nuttigen van alcoholische dranken voor een verminderde vruchtbaarheid. Als een zwangere vrouw alcohol consumeert, komt die via haar eigen bloed in het bloed van haar kind terecht.

Het is niet precies bekend vanaf welke hoeveelheid alcohol er afwijkingen bij het kind optreden, maar zelfs kleine hoeveelheden kunnen al schadelijk zijn. Enkele glazen per week verdubbelen de kans op een miskraam. Verder kan veroorzaken, afwijkingen in het gelaat,

S Afb. 69 Zelfs kleine hoeveelheden alcohol kunnen schadelijk zijn voor een ongeboren baby. Zwangere vrouwen consumeren daarom beter geen alcohol.

alcoholgebruik een groeiachterstand

neurologische afwijkingen en een reeks van andere aandoeningen.

WEETJE

e dunne bovenlip

fv er

korte, afgeplatte neus

smal hoofd

smalle oogspleten vouw binnenste oogplooi

lage neusbrug

minder groeven

smalle kin

plat middengezicht afgeplat neusgootje

S Afb. 70 Mogelijke afwijkingen bij kinderen met het foetaal alcoholsyndroom

Pr oe

Alcoholgebruik door de moeder kan leiden tot het foetaal alcoholsyndroom (FAS). Dat syndroom ontstaat wanneer de moeder regelmatig of te veel alcohol heeft gedronken tijdens de zwangerschap. FAS zou mogelijk bij ongeveer 1 op 1000 levend geboren kinderen voorkomen. Kinderen met FAS zijn kleiner dan hun leeftijdsgenootjes. Het hoofd is vaak abnormaal klein (microcefalie) omdat de hersenen van een baby met FAS kleiner zijn en minder groeven hebben.

Het spreekt voor zich dat ook andere stoffen, zoals drugs en medicijnen, via de placenta in het bloed van de baby terechtkomen. Daar kunnen ze ernstige afwijkingen veroorzaken. Het is dus belangrijk dat je geen medicatie zonder doktersadvies inneemt als je zwanger bent.

THEMA 01

hoofdstuk 3

VOORBEELD THALIDOMIDE Thalidomide was een populair slaapmiddel dat eind jaren vijftig en begin jaren zestig veel werd voorgeschreven aan zwangere vrouwen tegen ochtendmisselijkheid. Het is vooral bekend onder

de merknaam Softenon. Het geneesmiddel bleek erg schadelijk voor de ongeboren vrucht. Er werden bijna tienduizend kinderen

geboren met ontbrekende of

W Afb. 71 Een Softenonbaby

onderontwikkelde ledematen.

Een gezonde levensstijl is belangrijk voor een goed verloop van de zwangerschap, zodat het ongeboren kind optimale ontwikkelingskansen krijgt. Met behulp van een evenwichtige voeding kan de moeder overgewicht of ondergewicht vermijden en ervoor zorgen dat de baby alle noodzakelijke voedingsstoffen in voldoende mate opneemt. Extra foliumzuur

en voldoende vitamine D kunnen het goede verloop van de zwangerschap mee bewaken. Een gezonde levensstijl betekent ook dat de toekomstige ouders de inname van schadelijke stoffen vermijden, zoals alcohol, nicotine, medicijnen en drugs.

Een ongezonde levensstijl kan aandoeningen bij de baby of complicaties gedurende de zwangerschap veroorzaken. Dat kan blijvende gevolgen hebben in het latere leven van

Pr oe

fv er

het kind of ertoe leiden dat het ongeboren kind sterft.

THEMA 01

hoofdstuk 3

Invloed van de omgeving op de zwangerschap

Elke dag vertoeven we in een omgeving, waar we wonen, leven, sporten en werken. Bepaalde factoren van die omgeving kun je zelf niet beïnvloeden, omdat ze onzichtbaar zijn of omdat je niet afweet van hun bestaan. Toch kunnen ze een impact hebben op de ontwikkeling van een ongeboren baby. Voorbeelden zijn ziekteverwekkers, giftige stoffen in de omgeving en stress.

Infectieziekten

2.1

Bepaalde ziekteverwekkers kunnen een gevaar vormen voor het kind. Voor een aantal

infectieziekten zijn er vaccins voorhanden die een besmetting van de moeder kunnen verhinderen of het ziekteverloop kunnen milderen, zodat het ongeboren kind wordt beschermd. In een aantal

andere gevallen moet de moeder preventieve maatregelen in acht nemen.

Listeria

Listeria monocytogenes is een darmbacterie die de infectieziekte listeriose veroorzaakt.

De Listeria-bacterie wordt aangetroffen in rauwe voedingswaren die langdurig gekoeld

worden bewaard, zoals schaal- en schelpdieren, voorverpakte vis, vleeswaren en zachte

kazen. Een infectie met die bacterie tijdens de zwangerschap kan leiden tot een miskraam of een vroeggeboorte.

Toxoplasmose

Toxoplasma gondii is een eencellige parasiet die toxoplasmose veroorzaakt. De parasiet wordt overgedragen door heel wat dieren, waaronder

katachtigen, waardoor toxoplasmose in de volksmond

ook ‘kattenziekte’ wordt genoemd. Volwassen mensen worden meestal niet ziek. Enkel als een zwangere

W Afb. 72 Zwangere vrouwen kunnen besmet raken met toxoplasmose door contact met katten en hun uitwerpselen.

vrouw die de ziekte nog niet gehad heeft en dus geen antistoffen heeft, besmet wordt, is toxoplasmose

gevaarlijk. Dan is er immers een kans dat het ongeboren

fv er

kind ook wordt geïnfecteerd. Een infectie van

het ongeboren kind vroeg in de zwangerschap leidt vaak tot de dood van het ongeboren kind en zo tot een miskraam. Een besmetting laat in de zwangerschap kan neurologische en oogafwijkingen bij het kind veroorzaken.

Cytomegalovirus (CMV)

Pr oe

Het cytomegalovirus (CMV) is aanwezig in lichaamsvochten en wordt overgedragen via contact met dat vocht van een besmette persoon. Als zwangere vrouwen besmet raken, bijvoorbeeld door contact met speeksel en urine van besmette kinderen, kunnen ze het virus doorgeven aan hun ongeboren kind. Daar kan dat virus de groei verstoren en enkele aandoeningen veroorzaken, zoals aantasting van de hersenen, de ogen en de gehoorzenuw.

Rubella

Het rubellavirus veroorzaakt rubella, ook rodehond genoemd, en wordt overgedragen door druppels uit de mond, neus of keel. Bij kinderen en volwassen geeft het milde symptomen, zoals rode huiduitslag. Het virus kan worden overgedragen van de moeder op het ongeboren kind en verhoogt de kans op hart-, oogen gehoorafwijkingen. Daarom is het zeer gevaarlijk om de ziekte door te maken tijdens de zwangerschap.

W Afb. 77 Rubella kan rode huiduitslag veroorzaken.

THEMA 01

hoofdstuk 3

2.2 Giftige stoffen in de leefomgeving Mensen produceren heel wat voorwerpen en stoffen die na hun gebruik op de afvalberg terechtkomen of als zwerfvuil in de vrije natuur. Tijdens het verweringsproces tot uiterst kleine partikels, dat zeer snel of zeer traag kan verlopen, komen er schadelijke stoffen vrij, die zich verspreiden in de lucht, de bodem en het water. Uiteindelijk komen ze dan terecht in de voedselketen of in ons lichaam.

Zware metalen

Zware metalen (zoals kwik, lood, zink, cadmium en koper) verminderen niet alleen

de vruchtbaarheid, maar kunnen ook langs de placenta of via de borstvoeding in de baby

terechtkomen en er bloedarmoede, verminderde groei en aandoeningen aan de hersenen en

zenuwen veroorzaken. Dat kan een impact hebben op de intellectuele ontwikkeling van het kind

industrie

of gedragsstoornissen veroorzaken.

elektronisch afval

Mensen worden aan zware metalen blootgesteld.

bronnen van zware metalen

Via het eten van vis komen de deeltjes in het lichaam van mensen terecht.

fv er

ZWARE METALEN • lood • ijzer • kwik • arseen • cadmium • zink • koper

Zware metalen kunnen in planten terechtkomen door deeltjes uit de bodem of de lucht.

Zware metalen vervuilen het water.

Pr oe

S Afb. 73 Zware metalen komen in onze omgeving terecht door industriële activiteiten, de slijtage van producten en afval. Ze sijpelen in de bodem en belanden via de voedselketen ook in het lichaam van de mens.

Hormonen en hormoonverstorende stoffen

Hormonen en hormoonverstorende stoffen worden aangetroffen in heel wat producten die we dagelijks gebruiken, zoals anticonceptiemiddelen, plastic flessen, voedselverpakkingen, speelgoed en andere plastic voorwerpen. Omdat de ontwikkeling van een embryo en foetus door hormonen wordt geregeld, kunnen die stoffen de normale ontwikkeling van een kind verstoren. De laatste jaren neemt de bezorgdheid daaromtrent toe. Dat heeft er bijvoorbeeld toe geleid dat er in Europa strengere richtlijnen zijn voor verpakkingen van babymaterialen. Van heel wat andere stoffen zijn de gezondheidseffecten op lange termijn niet gekend of onderzocht, of primeert het economische belang op de volksgezondheid.

THEMA 01

hoofdstuk 3

Microplastics

Microplastics zijn minuscuul kleine, biologisch niet afbreekbare deeltjes kunststof. Die deeltjes

artikel: microplastics

worden in steeds grotere hoeveelheden, en in alle uithoeken van de wereld, aangetroffen en komen zo via de lucht, de voedselketen en het drinkwater ook in ons lichaam binnen.

VIDEO

Microplastics zijn al in de placenta aangetroffen. De impact van die microplastics is nog niet meteen duidelijk, maar wetenschappers gaan ervan uit dat ze schade op korte of lange termijn

S Afb. 75 Door plastic afval komen microplastics in de natuur en in ons lichaam terecht.

S Afb. 74 Via plastic flessen krijgen baby’s dagelijks heel wat microplastics binnen.

kunnen veroorzaken.

Pesticiden

Pesticiden worden in de landbouwsector gebruikt om gewassen te beschermen en

een hogere opbrengst na te streven. Doordat je groenten en fruit eet die behandeld zijn met pesticiden, komen die schadelijke stoffen in de meeste gevallen toevallig in je lichaam

terecht. Wetenschappers ontdekten dat zwangere vrouwen die veel aan pesticiden worden blootgesteld, een veel grotere kans hebben op een baby die te vroeg wordt geboren en een laag geboortegewicht heeft. Om blootstelling aan pesticiden te beperken, moet je groenten en fruit

fv er

altijd grondig wassen.

2.3 Stress

Veel stress is sowieso niet gezond, maar zeker

tijdens de zwangerschap raden artsen aan om drukke activiteiten af te bouwen en voldoende tijd te maken

De biolandbouw probeert het gebruik van pesticiden te beperken. Een bioboer zal dus ziekten en plagen proberen te voorkomen. Dat kan door gezonde gewassen te kiezen, de bodem gezond te houden en voor biodiversiteit te kiezen.

Pr oe

voor rust, pauzes en genoeg slaap. Zo kan er voldoende energie gaan naar de groeiende baby. Stress verhoogt het gehalte aan het hormoon cortisol in je lichaam. Een hoog gehalte aan cortisol kan ervoor zorgen dat een ovulatie uitblijft of dat een innesteling wordt tegengehouden, zodat je veel moeilijker zwanger raakt. Tijdens de zwangerschap komt cortisol via de placenta in het bloed van de baby en beïnvloedt het de mentale ontwikkeling: de baby is prikkelbaarder en huilt meer. Op latere leeftijd is er een grotere kans op prikkelbaarheid, aandachtsproblemen en

S Afb. 76 Verhoogde stressniveaus hebben een negatief effect op de zwangerschap.

gedragsproblemen (ADHD).

THEMA 01

hoofdstuk 3

Als een zwangere vrouw een infectie doormaakt, is dat in veel gevallen niet schadelijk voor het kind. In sommige gevallen kan een besmetting gedurende de zwangerschap de ontwikkeling van het kind nadelig beïnvloeden. Voorbeelden zijn listeria, toxoplasmose, het cytomegalovirus en rubella. Stoffen uit de omgeving kunnen een schadelijke invloed hebben op jou of je ongeboren kind. Via voedsel en drinkwater komen die stoffen in het lichaam terecht. Dat kan leiden tot een verminderde vruchtbaarheid. Doordat de stoffen langs de placenta tot in het kind

komen, kunnen ze leiden tot een verstoring van de normale ontwikkeling van je baby.

Langdurige stress bij een zwangere vrouw zorgt voor een verhoging van het stresshormoon cortisol. Een hoge concentratie aan cortisol zorgt ervoor dat zwanger raken moeilijker

Pr oe

fv er

wordt, maar heeft ook een invloed op de mentale ontwikkeling van de baby.

THEMA 01

hoofdstuk 3

AAN DE SLAG 1

Bespreek hoe de keuze van wat je eet (je dieet)

Waarom kan het hebben van een kat als huisdier

de ontwikkeling van je kind negatief en positief kan

gevaarlijk zijn voor een zwangere vrouw?

beïnvloeden. Waarom is het doormaken van een infectieziekte

tijdens de zwangerschap gewoonlijk veel gevaarlijker dan het doormaken van de infectieziekte voor de zwangerschap?

Verklaar waarom regelmatig een wandeling maken

in de natuur de ontwikkeling van een baby ten

goede kan komen.

Meer oefenen? Ga naar

Toon aan hoe een verminderde vruchtbaarheid een gevolg kan zijn van (passief) roken. Vrouwen die zwanger willen worden of zwanger zijn,

fv er

wassen. Leg uit.

moeten rauwe groenten uit eigen tuin voldoende

Pr oe

THEMA 01

hoofdstuk 3 - AAN DE SLAG

voeding

en gevarieerde

evenwichtige

voorkomen

infecties

positief

gezonde levensstijl

voeding

ongezonde

ONTWIKKELING VAN HET KIND

ondergewicht/

overgewicht

ongezonde levensstijl

negatief

stress

pesticiden

fv er

roken

alcohol, drugs, medicijnen

listeria

infectieziekten

omgeving

stoffen

hormoonverstorende

maatregelen

preventieve

voldoende

vitamine D

extra foliumzuur

vaccinatie

Pr oe

CMV

toxoplasmose rubella

microplastics

zware metalen

SYNTHESE hoofdstuk 3

THEMA 01

kennisclip

VIDEO

HOOFDSTUKSYNTHESE

THEMA 03

GENEXPRESSIE

Mensen en andere dieren die geen pigment aanmaken, noem je albino’s. Albinisme ontstaat door een genmutatie die resulteert in een witte huid of witte veren, zoals bij deze albinopauw. De aanmaak van pigment gebeurt door enzymen tijdens de eiwitsynthese. De code van die enzymen ligt in het DNA. Het proces waarbij de DNA-code wordt gebruikt voor de synthese van eiwitten, wordt strikt gecontroleerd. Dat

Pr oe

fv er

noem je genregulatie.

` Hoe werkt de genetische code? ` Wat gebeurt er tijdens de eiwitsynthese? ` Hoe wordt de genexpressie gereguleerd? ` Hoe ontstaan genmutaties? We zoeken het uit!

VERKEN JE KUNT AL ...

Phe

Asn Cys

Phe

Gly

Pro

Leu Tyr

Thr

Cys

S Glu Gln Cys Cys Thr S S

Gln Lys

Glu

S Val

Asn Glu

Thr

Leu

Ile

Tyr

Asn Gln His

His Ser

Gly

Val

Gly Cys

Phe

Leu Ser

Cys

Ser

Ile

• uitleggen dat een gen een

• uitleggen dat DNA in de kern kan voorkomen als

voor een eiwit bevat;

heterochromatine of

• uitleggen dat bij eukaryoten het DNA zich in de kern

euchromatine;

en het fenotype van een organisme zijn;

• uitleggen wat epigenetische

• uitleggen wat de rol is

bevindt en de ribosomen

van transcriptiefactoren

vrij in het cytoplasma of

en RNA-polymerase bij de

gebonden aan het RER

modificaties zijn.

aanmaak van pre-mRNA;

• uitleggen dat bij eukaryoten

• uitleggen dat bij

introns uit het pre-mRNA

voorkomen; prokaryoten het DNA en

worden weggeknipt;

de ribosomen vrij in het

• uitleggen hoe mRNA

vertaald wordt naar een

cytoplasma voorkomen.

• uitleggen wat het genotype

stuk DNA is dat de code

Arg

Glu

Leu Ala Glu Tyr Val Leu Leu Val

Pr oe

fv er

JE LEERT NU ...

aminozuursequentie.

• hoe de genetische code werkt;

• dat het proces van de eiwitsynthese bij

• dat bij prokaryoten de genen

• dat zowel genen als

voor functioneel verwante

omgevingsfactoren

eiwitten samen tot expressie

bepalend kunnen zijn voor

worden gebracht;

het fenotype;

eukaryoten verloopt via

• dat bij eukaryoten

transcriptie, splicing en

de genexpressie op

gevolgen kunnen zijn van

translatie;

verschillende niveaus kan

een wijziging in de DNA-

worden geregeld;

sequentie;

• dat het proces van de eiwitsynthese bij

• dat bij eukaryoten één

prokaryoten verloopt via

gen de code bevat voor

transcriptie en translatie.

meerdere polypeptiden.

THEMA 03

verken

• wat de oorzaken en de

• dat sommige epigenetische modificaties erfelijk zijn.

HOOFDSTUK 1

Î Eiwitsynthese

Eiwitten zorgen voor het grootste deel van de taken binnen de cel. Je kunt die biomoleculen gerust

beschouwen als de ‘werkpaarden van de cel’. Het is niet verwonderlijk dat eiwitten zo belangrijk zijn.

Tijdens de eiwitsynthese wordt de informatie die in het DNA ligt opgeslagen, immers door de cel gebruikt om eiwitten aan te maken.

LEERDOELEN M Inzien dat organismen gebruikmaken van de genetische code

M De eiwitsynthese in een eukaryote en prokaryote cel beschrijven

M Uitleggen dat de eiwitsynthese een anabool proces is dat gebruikmaakt van enzymen

Overzicht van de eiwitsynthese bij prokaryoten en eukaryoten

1.1

De stappen in de eiwitsynthese

Bij prokaryoten bestaat de eiwitsynthese uit twee stappen: de transcriptie en de translatie.

• In de eerste stap, de transcriptie, gebeurt de omzetting van een stuk DNA naar een RNA-kopie. De RNA-kopie die de genetische code bevat voor de synthese van een eiwit, is het messengerRNA of mRNA.

• De tweede stap, de translatie, omvat de vertaling van dat mRNA naar een eiwit.

fv er

Het prokaryote chromosoom bestaat uit een cirkelvormige DNA-molecule zonder histonen, die vrij in het cytoplasma ligt. Daardoor kunnen de transcriptie en de translatie elkaar meteen opvolgen. Wanneer RNA-polymerase een stuk mRNA heeft afgeschreven tot mRNA, kan daarop al een ribosoom binden voor translatie.

Pr oe

PROKARYOTEN

celkern

mRNA

DNA

RNA-polymerase 3’

DNA

transcriptie

EUKARYOTEN (dierlijke cel)

5’

3’

transcriptie pre-mRNA splicing mRNA

5’

translatie

eiwit

ribosoom cytoplasma

S Afb. 1 Stappen in de eiwitsynthese bij prokaryoten en eukaryoten

THEMA 03

hoofdstuk 1

Bij eukaryoten is er een extra stap in de eiwitsynthese: splicing. Na de transcriptie vormt er zich eerst het precursor-mRNA of pre-mRNA. Tijdens de splicing worden daar stukken uit weggeknipt, om uiteindelijk mRNA te vormen. Welke stukken weggeknipt worden, kan verschillen en is bijvoorbeeld afhankelijk van het celtype. Er kunnen dus verschillende mRNA’s gevormd worden uit één pre-mRNA. Dat maakt het mogelijk om uit één gen verschillende polypeptiden te vormen. De eerste stappen, transcriptie en splicing, vinden plaats in de celkern. Translatie gebeurt buiten de celkern door vrije ribosomen in het cytoplasma of door ribosomen gebonden aan het ruw

Op basis van de stappen in de eiwitsynthese kun je de cel op drie niveaus bekijken:

• Het genoom bevat alle genetische informatie, alle DNA-sequenties in een cel. Het DNA in de mitochondriën en chloroplasten behoort dus ook tot het genoom van een cel. • Het transcriptoom omvat al het RNA in een cel dat gevormd is via transcriptie.

Naast (pre-)mRNA omvat dat ook andere types RNA-moleculen, zoals tRNA en rRNA. • Het proteoom is het geheel van alle eiwitten die aanwezig zijn in een cel.

Binnen een individueel organisme is het genoom van alle lichaamscellen gelijk. Het transcriptoom

De studie van het genoom, transcriptoom en proteoom noem je respectievelijk genomics, transcriptomics en proteomics.

endoplasmatisch reticulum.

en proteoom zijn wel verschillend bij verschillende celtypes. Het transcriptoom en proteoom dat aanwezig is in een cel, verschilt van moment tot moment.

TRANSCRIPTOOM

GENOOM

Pr oe

fv er

mRNA

S Afb. 2 De begrippen ‘genoom’, ‘transcriptoom’ en ‘proteoom’

THEMA 03

hoofdstuk 1

tRNA

PROTEOOM

1.2

De definitie van een gen

Een gen is een sequentie van DNA-nucleotiden die via transcriptie wordt omgezet naar RNA. Er zijn twee types van genen: • genen die de code bevatten om een eiwit aan te maken. De DNA-sequentie wordt via transcriptie omgezet naar mRNA bij prokaryoten en naar pre-mRNA bij eukaryoten; • genen voor de aanmaak van andere types RNA. Enkele van die types bespreken we verderop.

Je kunt het genoom dus opdelen in coderend DNA, dat de code bevat voor de aanmaak van

eiwitten, en niet-coderend DNA. Niet-coderend DNA omvat, naast de genen voor de aanmaak van

andere types RNA dan (pre-)mRNA, ook al het DNA dat niet via transcriptie wordt omgezet. Dat zijn bijvoorbeeld DNA-sequenties om de eiwitsynthese of de DNA-replicatie te regelen.

Een voorbeeld van niet-coderend DNA dat niet via transcriptie wordt omgezet, is een promotor. Het is de DNA-sequentie die net voor een gen ligt. De promotor dient als startplaats voor

de transcriptie, maar wordt zelf niet overgeschreven.

In prokaryoten vormt niet-coderend DNA maar een klein deel van het totaal. Bij eukaryoten is

meestal het grootste deel van het DNA niet-coderend.

12 %

71 %

Zandraket (Arabidopsis thaliana)

98-99 %

Mens (Homo sapiens)

Bacterie (Escherichia coli)

S Afb. 3 Percentage niet-coderend DNA bij verschillende organismen

In een coderend stuk DNA wordt via transcriptie enkel van de 3’-5’-streng, de template streng, een RNA-kopie gemaakt. Het RNA dat zo ontstaat, is anti-parallel aan de template streng en wordt

fv er

dus opgebouwd van de 5’-kant van het RNA naar de 3’-kant. De RNA-kopie is complementair aan de overgeschreven DNA-streng. De andere DNA-streng, de 5’-3’-streng, is complementair en anti-parallel aan de template streng. Daarom komt de code van die streng overeen met het nieuwgevormde RNA. Alleen bezit het DNA nucleotiden met de base thymine (T), terwijl in RNA de base uracil (U) voorkomt op die plaats. Die streng noem je de coderende streng.

Pr oe

Wanneer men spreekt over de sequentie van een gen, bedoelt men daarmee de sequentie van de coderende streng. De sequentie van een gen lees je dus altijd van 5’ naar 3’.

richting van de transcriptie GEN 1

promotor GEN 1

5’

G C

3’

G G

RNA-transcript gen 1 5’

G A

G G T C

coderende streng A

C 3’ G

G A UA A UC T C T GG C C A G A G U

template streng

G C

G A

U U G A GG

U A A T G T C G A AC T GCU G A

3’ A

C T A C A T

G C

A T

5’

RNA-transcript gen 2 3’ A T

coderende streng

5’ promotor GEN 2

GEN 2 richting van de transcriptie

S Afb. 4 De template en de coderende streng bij de transcriptie van twee genen op hetzelfde chromosoom

THEMA 03

hoofdstuk 1

VERDIEPING

De ontdekking van DNA als drager van informatie Dat DNA de drager is van genetische informatie, is tegenwoordig algemene kennis. Nochtans dacht men in de eerste helft van de twintigste eeuw dat het eiwitten waren die die informatie overdroegen van de ene op de andere generatie. In 1944 toonden Oswald Avery (1877-1955), Colin MacLeod (1909-1972) en Maclyn McCarty (1911-2005) de rol van DNA als informatieoverdrager aan. Voor hun experimenten baseerden ze zich op een eerder experiment,

gepubliceerd in 1928 door Frederick Griffith (1877-1941). In de jaren na de Eerste Wereldoorlog was longontsteking (pneumonie) een belangrijke doodsoorzaak. Er gebeurde toen veel onderzoek om tot een vaccin te komen dat beschermde tegen de bacterie

Streptococcus pneumoniae. Griffith was een van die onderzoekers. Hij werkte met muizen, omdat die ook vatbaar zijn voor de ziekte. Griffith gebruikte voor zijn onderzoek twee stammen van de bacterie: ze zichzelf beter beschermt tegen het immuunsysteem van

• De S-stam maakt een kapsel van polysachariden aan, waardoor

de gastheer. Dat maakt die stam virulent: ze brengt schade aan bij de gastheer. De kolonies van die stam zijn glad (S = smooth).

• Bij de andere stam, de R-stam, ontbreekt het kapsel. Daardoor

2 µm

vernietigt het immuunsysteem die stam snel en is ze dus niet-

S Afb. 5 TEM-beeld van de S-stam van Streptococcus pneumoniae met kapsel

virulent. De kolonies van die stam zijn ruw (R = rough).

Griffith publiceerde in 1928 het resultaat van zijn experimenten. Die zie je samengevat op afbeelding XXX. C

injectie met R-pneumokokken

injectie met gedode S-pneumokokken

injectie met mengsel van R-pneumokokken en gedode S-pneumokokken

fv er

injectie met S-pneumokokken

Pr oe

De muis sterft.

kolonie glad (smooth)

Het bloed bevat S-pneumokokken.

De muis blijft leven.

THEMA 03

hoofdstuk 1

De muis sterft.

Het bloed bevat geen pneumokokken.

Het bloed bevat R-pneumokokken en S-pneumokokken.

kolonie ruw (rough)

Het bloed bevat R-pneumokokken.

S Afb. 6 Overzicht van de experimenten van Griffith (1928)

De muis blijft leven.

Muizen geïnjecteerd met S-pneumokokken stierven aan een longontsteking. Uit het bloed verkreeg Griffith gladde kolonies, wat aantoont dat de S-pneumokokken erin voorkwamen.

B Muizen geïnjecteerd met R-pneumokokken bleven leven. C

Muizen geïnjecteerd met door hitte gedode S-pneumokokken bleven leven. Er kwamen geen pneumokokken voor in het bloed.

D Muizen geïnjecteerd met een mengsel van R-pneumokokken en door hitte gedode S-pneumokokken

stierven aan een longontsteking. Uit het bloed kweekte Griffith pneumokokken van de R-stam en de S-stam.

Griffith besloot dat een bepaalde stof van de door hitte gedode S-pneumokokken een verandering

veroorzaakt in de levende R-pneumokokken. De R-stam vormt een kapsel van polysachariden en verandert

in een S-stam. Dat verschijnsel noemde hij transformatie.

In 1944 konden Avery, MacLeod en McCarty de stof die zorgt voor transformatie, experimenteel aantonen.

De onderzoekers startten met een mengsel van door hitte gedode S-pneumokokken. Daaruit verwijderden ze achtereenvolgens de verschillende groepen biomoleculen (lipiden, sachariden, eiwitten, RNA en DNA).

Enkel zonder DNA in het mengsel trad er geen transformatie op. De R-pneumokokken konden zich dan niet omvormen tot een S-stam. De onderzoekers besloten dat DNA verantwoordelijk is voor transformatie.

ro te as e

RNA

R-pneumokokken en S-pneumokokken

eiwit DNA

fv er

eiwit

uitplaten op groeibodem

mengsel van gedode S-pneumokokken waaruit lipiden en sachariden verwijderd zijn

RNA DNA

toevoegen aan cultuur met R-pneumokokken

+ RNase

DNA

Pr oe

se Na

R-pneumokokken en S-pneumokokken

eiwit RNA

enkel R-pneumokokken (geen transformatie)

S Afb. 7 Overzicht van de experimenten van Avery, MacLeod en McCarty (1944)

Veel bijkomend onderzoek bevestigde dat DNA, en bij uitbreiding nucleïnezuren, de dragers van de genetische informatie zijn. Dat formuleerde Francis Crick in 1957 ook als het centrale dogma van de moleculaire biologie. Vanaf het moment dat de informatie uit het DNA is overgedragen naar een eiwit, kan die niet meer terugkeren naar het DNA. Uit een eiwit kan zich dus geen nucleïnezuur en ook geen ander eiwit vormen.

THEMA 03

hoofdstuk 1

1.3 De genetische code Coderend DNA bevat de code om eiwitten te maken. Eiwitten en DNA hebben nochtans een zeer Op lees je meer over de ontdekking van de genetische code.

verschillende opbouw. Zoals je al weet, is DNA opgebouwd uit vier soorten nucleotiden. Die verschillen enkel in de stikstofbase. DNA kun je beschouwen als een moleculaire taal met vier verschillende letters (A, C, T en G). Je kunt daarmee zestien combinaties maken met twee letters (AA, AC, AT, AG …) en 64 combinaties met drie letters (AAA, AAC, AAT, AAG …).

Cellen gebruiken voor de aanmaak van eiwitten over het algemeen twintig verschillende aminozuren. Er moeten dus minstens twintig codes in het DNA aanwezig zijn om die te

onderscheiden. Het is niet voldoende om combinaties te maken van twee DNA-nucleotiden, want dat levert maar zestien verschillende mogelijkheden op. Daarom maakt de cel gebruik van 64

combinaties van drie letters. Zo’n opeenvolging van drie DNA-nucleotiden op de coderende streng

die overeenstemt met een bepaald aminozuur, heet een DNA-codon.

Vóór de eigenlijke vertaling tot een polypeptide zal een cel eerst een RNA-kopie van de DNA-code

maken. Aangezien de translatie naar aminozuren vanuit RNA vertrekt, bevatten voorstellingen van de genetische code meestal RNA-codons. De RNA-codons zijn gelijk aan de DNA-codons, met uitzondering van het gebruik van U in plaats van T.

3’

G U

Val 3’

Lys

Pr oe

Asn

Thr

Met

Tyr

G U

5’

STA RT

Ser

fv er

Arg

Ser

A G U C A

Leu

C U G A C U G A C U G A

C GU

Asp Ala

Phe

Gly

Glu

C A

A C U G A C U

A G U C A G U C A G U C

OP ST P STO

Cys

STOP Trp

3’

Leu

Pro

His Gln

Arg

Ile 3’

S Afb. 8 Voorstelling van de genetische code in cirkelvorm. Deze afbeelding lees je van binnen naar buiten. Op de buitenste ring kun je de afkorting van het overeenkomstige aminozuur aflezen.

THEMA 03

hoofdstuk 1

tweede base van een codon

CCU CCC

leucine Leu

CUA CUG

GUU GUC

GUA GUG

ACU ACC

CAU CAC CAA CAG

threonine Thr

ACA ACG GCU GCC

valine Val

UAA UAG

proline Pro

CCA CCG

AUU AUC isoleucine Ile AUA methionine AUG Met START

serine Ser

GCA GCG

UGU UGC

tyrosine Tyr

cysteïne Cys STOP UGA tryptofaan UGG Trp

STOP histidine His

CGU CGC

glutamine Gln

CGA CGG AGU AGC

AAA AAG

AGA AGG

GAU asparaginezuur GAC Asp

alanine Ala

GAA glutaminezuur GAG Glu

C A G U

arginine Arg

C A G

AAU asparagine Asn AAC lysine Lys

serine Ser

arginine Arg

A G U

GGU GGC

glycine Gly

GGA GGG

leucine Leu

CUU CUC

UCA UCG

UAU UAC

UUA UUG

derde base van een codon

UUU fenylalanine UCU Phe UUC UCC

U eerste base van een codon (5’-einde)

C A

S Afb. 9 Voorstelling van de genetische code in tabelvorm. De rijen stellen de eerste letter en de kolommen de tweede letter voor. Zo vind je de correcte cel, waar de derde letters en hun overeenkomstige aminozuurcodes staan.

Er zijn drie types van codons:

Je leest een codon altijd van 5’ naar 3’.

• Er zijn 61 aminozuurcodons. Die codons zorgen ervoor dat het overeenkomstige aminozuur wordt ingebouwd in de polypeptide.

• Er zijn drie stopcodons, namelijk UAA, UAG en UGA. Die zorgen ervoor dat de translatie van

de polypeptide wordt stopgezet. Opgeteld zijn dat alle 64 codons. • Het laatste type is het startcodon. Voor de translatie is er een duidelijk startpunt nodig.

Het RNA-codon AUG heeft daarom een dubbele functie. Het codeert namelijk ook voor het inbouwen van het aminozuur methionine. Het eerste AUG in de code is het startcodon. Het overeenkomstige aminozuur, methionine, wordt eerst toegevoegd, maar achteraf vaak

fv er

verwijderd. Bij een volgend AUG in de RNA-sequentie zal het aminozuur methionine altijd deel uitmaken van de polypeptide.

mRNA

U G

START

Pr oe

U U U

5’

peptide

Met

Val

Leu

Trp

A U G

Met

Arg

A A U

3’

P STO

Leu

S Afb. 10 Via de genetische code wordt het mRNA vanaf het startcodon omgezet in een polypeptide.

THEMA 03

hoofdstuk 1

De genetische code bevat 61 aminozuurcodons, die coderen voor 20 aminozuren. De cel Ga naar voor een tabel met voorbeelden van de gedegenereerde code.

gebruikt dus meer codons dan strikt noodzakelijk. Daarom zegt men dat de genetische code gedegenereerd is: er zijn verschillende codons voor hetzelfde aminozuur mogelijk. Sommige aminozuren hebben maar één codon, andere hebben er tot zes verschillende. Als er meerdere codons zijn voor hetzelfde aminozuur, is het vaak het laatste nucleotide dat variabel is. GGG, GGC, GGU en GGA coderen bijvoorbeeld allemaal voor glycine. Als gevolg van de gedegenereerde code zal een mutatie in het DNA niet altijd leiden tot een verandering van het eiwit.

WEETJE De genetische code is gelijk voor bijna alle organismen. De code is dus (bijna) universeel. Dat is een van

de sterkste argumenten om te stellen dat alle levende wezens afstammen van in de biologie zijn er uitzonderingen. Bij bepaalde organismen worden enkele codons anders gebruikt. Daarnaast zijn er ook organismen die een of twee extra aminozuren inbouwen in hun

S Afb. 11 Mitochondriën (links) en chloroplasten (rechts) gebruiken niet helemaal dezelfde code voor de eiwitsynthese als de kern.

eiwitten.

dezelfde vooroudercel. Maar zoals vaak

DNA is de drager van genetische informatie. Voor prokaryoten betekent dat dat er van

een stuk DNA via transcriptie een RNA-kopie wordt gevormd. Vervolgens zal het proces van translatie dat RNA omzetten in een eiwit. Bij eukaryoten is er tussen de transcriptie en

de translatie een extra stap, splicing.

De genetische code bestaat uit codons, drie opeenvolgende DNA- of RNA-nucleotiden. Er zijn

fv er

64 verschillende codons. 61 daarvan zijn aminozuurcodons, die coderen voor een bepaald aminozuur. Verder zijn er drie stopcodons. Het codon AUG heeft een dubbele functie. Het is

Pr oe

zowel een aminozuurcodon als het startcodon.

THEMA 03

hoofdstuk 1

Transcriptie en splicing in de eukaryote cel

2.1

Transcriptie van DNA naar pre-mRNA

De transcriptie gebeurt in de celkern en verloopt in drie stappen: initiatie, elongatie en terminatie. Hieronder bespreken we de transcriptie van DNA naar pre-mRNA. Naast pre-mRNA behoren er nog veel andere types RNA tot het transcriptoom. Verschillende van die RNAde eiwitsynthese en komen verderop aan bod.

Initiatie

De eerste stap van de transcriptie is de initiatie. Meerdere eiwitten, de transcriptiefactoren,

Transcriptiefactoren en RNA-polymerase vormen samen het startcomplex.

binden op de promotor voor het gen. Daarna kan het enzym RNA-polymerase binden.

types hebben een belangrijke regelfunctie. Andere zijn betrokken in het verdere verloop van

transcriptiefactoren

eukaryoot DNA

Pr oe

fv er

RNA-polymerase

transcriptiefactoren

promotor

x ple

m tco tar

S Afb. 12 De initiatie van de transcriptie bij eukaryoten

THEMA 03

hoofdstuk 1

Elongatie

De tweede stap van het transcriptieproces is de elongatie. ATP voorziet de RNA-polymerase van energie door fosfaatgroepen aan te hechten. Vervolgens komt de RNA-polymerase los uit het startcomplex en beweegt ze zich over het DNA, weg van de promotor. Het enzym breekt de H-bruggen binnen de helix en tussen de complementaire basen. Zo opent telkens een kort stuk DNA-dubbelstreng zich in twee enkelstrengen. RNA-polymerase maakt een RNA-kopie van de template streng: het pre-mRNA. Terwijl de RNA-polymerase opschuift, groeit de gevormde

pre-mRNA-streng en sluit het DNA achter de RNA-polymerase zich opnieuw tot een dubbele helix. Bij de aanmaak van pre-mRNA passen enzymen kort na de start van de elongatie het nucleotide aan het 5’-uiteinde aan. Daardoor krijgt het pre-mRNA een herkenbare 5’-kant, de 5’-cap.

5’

Die 5’-cap beschermt het mRNA tegen afbraak en is belangrijk voor transport uit de celkern.

RNA-polymerase

promotor

3’

DNA

coderende streng

5’

3’

fv er

pre-mRNA

template streng

RNA-nucleotiden

richting van de transcriptie

5’

S Afb. 13 De elongatie van de transcriptie bij eukaryoten in de celkern

Pr oe

WEETJE

Er zijn verschillende stoffen die de eiwitsynthese onderdrukken. Bepaalde antibiotica werken bijvoorbeeld in op bacteriële ribosomen, wat translatie onmogelijk maakt. Een ander voorbeeld is de toxine die aangemaakt wordt door amanieten. De toxine bindt op RNA-polymerase en blokkeert zo de elongatie. Dat maakt de groene knolamaniet tot een van de dodelijkste paddenstoelen. Eén rauwe paddenstoel eten kan al dodelijk zijn. Mensen die het overleven, hebben meestal onherstelbare schade aan lever en nieren.

THEMA 03

hoofdstuk 1

S Afb. 14 De groene knolamaniet (Amanita phalloides) is een van de giftigste paddenstoelen ter wereld. Een uitgebleekt exemplaar is gemakkelijk te verwarren met een eetbare champignon.

Terminatie

De laatste stap van de transcriptie is de terminatie. Bij de vorming van het pre-mRNA stopt de transcriptie nadat er een specifieke sequentie (AAUAAA) is ingevuld. Enzymen herkennen die sequentie en maken vervolgens het gevormde pre-mRNA los van het DNA. Daarna voegen enzymen een serie van A-nucleotiden toe. Die vormen de poly-A-staart, die het pre-mRNA

CH3 N+ O

CH2

O O

OH OH

O O

CH2

OH O

stopsequentie voor transcriptie (AAUAAA)

CH3

N H2N

beschermt tegen afbraak.

startcodon voor translatie

A A U A AA A A A A A A A A

5’-cap

RNA-sequenties die niet vertaald worden omdat ze voor het startcodon of na het stopcodon liggen RNA-sequenties die vertaald worden

RNA-sequenties die via splicing weggeknipt worden om uit pre-mRNA mRNA te vormen

VERDIEPING

Transcriptiefabrieken

poly-A-staart (50-250 nucleotiden)

S Afb. 15 Schematische voorstelling van het pre-mRNA

stopcodon voor translatie

Recent onderzoek toont aan dat transcriptie niet zomaar overal voorkomt in de celkern. Het proces is gelinkt aan specifieke plaatsen, de transcriptiefabrieken. Zo’n fabriek bestaat uit een binnenste deel met alle eiwitten

die belangrijk zijn voor onder andere de initiatie van de transcriptie en de splicing. Aan de buitenkant van de fabriek komen RNA-polymerasemoleculen voor. Het aantal RNA-polymerasemoleculen varieert van vier tot dertig en hangt af van hoe actief de cel is. Men vermoedt dat de transcriptie efficiënter kan gebeuren doordat

fv er

alle belangrijke moleculen op één plaats geclusterd zijn. De ontdekking van de transcriptiefabrieken

DNA RNA-polymerase

heeft vraagtekens

mRNA

geplaatst bij hoe RNA-

Pr oe

polymerase precies

werkt. Het zou kunnen

dat RNA-polymerase niet over het DNA loopt zoals hierboven beschreven, maar eerder omgekeerd: RNA-polymerase zou dan op één plaats

blijven en het DNA zou erdoor schuiven. Verder onderzoek zal die nieuwe hypothese moeten bewijzen.

S Afb. 16 Voorstelling van een transcriptiefabriek. RNA-polymerase werkt misschien als een soort moleculaire motor waar het DNA door schuift.

THEMA 03

hoofdstuk 1

2.2 Splicing van pre-mRNA naar mRNA

‘Intron’ is afgeleid van intragenic region. Het is dus een regio binnen het eigenlijke gen. ‘Exon’ staat voor expressed region, het deel van het gen dat uiteindelijk tot expressie komt.

Splicing vindt plaats in de celkern tijdens of net na de transcriptie. Het omvat het wegknippen van stukken uit het pre-mRNA om mRNA te vormen, dat de celkern verlaat voor translatie. Een complex van eiwitten en snRNA, dat je het spliceosoom noemt, knipt sequenties weg, die je introns noemt. Zo blijven enkel de exons over, de sequenties die deel zullen uitmaken van

het RNA en tijdens de translatie vertaald zullen worden tot een eiwit.

pre-mRNA

INTRON 1

EXON 1

INTRON 2 EXON 2

startcodon voor translatie

SPLICING

mRNA

EXON 3

5’-cap

snRNA staat voor small nuclear RNA.

stopcodon voor translatie

AAA

5’-cap

AAA

AA A AA A A A

poly-A-staart

S Afb. 17 Splicing van pre-mRNA met twee introns tussen drie exons

stopcodon voor translatie

startcodon voor translatie

Het transcriptieproces treedt bij eukaryoten op in de celkern. Het maakt een RNA-kopie van een stuk DNA in drie stappen: • Het proces start met de initiatie. Eiwitten, de transcriptiefactoren, binden op

fv er

een promotorsequentie en maken de binding van RNA-polymerase mogelijk. Op die manier ontstaat het startcomplex.

• Bij de elongatie opent RNA-polymerase de DNA-dubbelstreng en maakt het een RNAkopie. De streng die wordt overgeschreven, is de template streng. De andere streng is de coderende streng.

• In de laatste stap, de terminatie, komt RNA-polymerase voorbij een specifieke sequentie.

Pr oe

Daardoor komt het RNA los van het DNA.

Bij eukaryoten gebeurt splicing. Tijdens dat proces wordt pre-mRNA omgevormd tot mRNA. Splicing gebeurt in de celkern tijdens of net na de transcriptie door het spliceosoom. Het spliceosoom knipt de introns weg en hecht de overblijvende exons aan elkaar. Zo ontstaat mRNA, dat de celkern verlaat voor translatie.

THEMA 03

hoofdstuk 1

VERDIEPING

Het verloop van splicing Splicing start wanneer een eerste complex van eiwitten en snRNA bindt aan de 5’-kant van het intron.

Een tweede complex bindt voor het 3’-uiteinde.

5’

INTRON 1

5’ UG

EXON 2

3’

5’

3’

EXON 1

Bijkomende complexen vervolledigen het spliceosoom.

De twee complexen reageren met elkaar en zorgen ervoor dat het intron buigt. Daardoor komen de exons aan weerszijden van het intron dichter bij elkaar te liggen.

fv er U G 5’ A

3’

Pr oe

De 5’-kant van het intron wordt losgeknipt. Dat uiteinde reageert met een nucleotide binnen in het intron. Daardoor krijgt het intron een lassovorm.

U G 5’ A

5’

3’

U G 5’ A

3’

Ook de 3’-kant van het intron wordt losgemaakt. De twee exons worden aan elkaar gehecht.

5’ Het spliceosoom, het intron en het mRNA komen los van elkaar. Het gevormde mRNA verlaat de kern om vertaald te worden ter hoogte van de ribosomen. AG

3’

S Afb. 18 Het verloop van splicing

THEMA 03

hoofdstuk 1

Translatie in de eukaryote cel ribosoom

Bij eukaryoten gebeurt de translatie buiten de celkern. Voor eiwitten die nodig zijn in het cytoplasma, gebeurt de translatie door ribosomen die vrij voorkomen in het cytoplasma. Eiwitten met een andere bestemming

ruw ER

worden aangemaakt door ribosomen die gebonden zijn aan het ruw endoplasmatisch reticulum (RER).

S Afb. 19 Ingekleurd TEM-beeld van het ruw ER (blauw), met errond cytoplasma (lichtgroen) met vrij voorkomende ribosomen (donkergroen)

3.1 tRNA

Voor translatie heb je moleculen nodig die enerzijds kunnen binden op een mRNA-codon en er

anderzijds voor zorgen dat het correcte aminozuur wordt ingebouwd. Transfer-RNA’s of tRNA’s vervullen die functie. Het zijn kleine RNA-moleculen (70-90 nucleotiden) met een specifieke opvouwing. Aan de ene zijde komt een anticodon voor dat bindt op een codon van het mRNA. Het anticodon is complementair en antiparallel in vergelijking met het mRNA-codon. Aan de andere zijde van het tRNA kan het aminozuur binden dat bij datzelfde codon van het mRNA

hoort.

acceptorplaats voor aminozuur 3’

lus 3

5’

Pr oe

fv er

A acceptorplaats voor aminozuur Asp C C 5' G A U G C G C C G G U lus 3 C G lus 1 U A U U A x U A C C C C G A G U U U A G A G G G G G C C U A A G A x x x C A U G G A C G G C tRNA C G G C

mRNA 5'

C C

lus 1

U U

lus 2

anticodon

anticodon G A C codon voor Asp

S Afb. 20 Vlakke en ruimtelijke voorstelling van het transfer-RNA. tRNA’s hechten met hun ene kant aan het mRNA via het juiste anticodon. Aan de andere kant van de molecule is het overeenkomstige aminozuur vastgehecht.

THEMA 03

hoofdstuk 1

Voordat tRNA’s bruikbaar zijn voor translatie, moet het juiste aminozuur dus aanhechten aan het 3’-uiteinde. Dat gebeurt door specifieke enzymen. Een tRNA met het aangehechte aminozuur stelt men bijvoorbeeld voor als tRNAAsp.

aminozuur

tRNAAsp

tRNA tRNA-synthetase

S Afb. 21 De aminozuuractivatie start wanneer het aminozuur reageert met ATP. Twee fosfaatgroepen worden vrijgesteld en het aminozuur bindt aan AMP (adenosinemonofosfaat). Daarna hecht het enzym het aminozuur aan het tRNA en komt AMP opnieuw vrij.

Het mRNA en de tRNA’s moeten met elkaar in contact komen.

op een gestructureerde manier

3.2 rRNA en ribosomen

tot de overeenkomstige sequentie

van aminozuren. Dat is mogelijk door

de ribosomen. Elk ribosoom bestaat uit twee delen, de kleine subeenheid en

P-plaats

A-plaats

anticodon

de grote subeenheid. Beide delen zijn

opgebouwd uit eiwitten en ribosomaal

Pr oe

RNA of rRNA.

5’

De twee subeenheden binden aan elkaar en houden het mRNA ertussen vast. Een ribosoom schuift over

3D-beeld ribosoom VIDEO

codon codon

KLEINE SUBEENHEID

fv er

de juiste volgorde worden vertaald

GROTE SUBEENHEID

De opeenvolging van codons moet in

3’

S Afb. 22 Voorstelling van een ribosoom

het mRNA vanaf het startcodon tot het stopcodon om de code af te lezen. In de grote subeenheid bevinden zich twee plaatsen waar tRNA’s met aangehechte aminozuren met hun anticodon kunnen binden op het mRNA. De plaats aan de 5’-kant van het mRNA is de P-plaats, die aan de 3’-kant de A-plaats.

THEMA 03

hoofdstuk 1

3.3 Verloop van de translatie De stappen van de translatie worden ook initiatie, elongatie en terminatie genoemd. video: translatie

Initiatie

VIDEO

Bij de vorming van het startcomplex zijn verschillende eiwitten, zogenoemde initiatiefactoren, betrokken. Die zorgen voor de binding en stabilisatie van de verschillende onderdelen van

3’

het startcomplex.

initiatiefactor

kleine subeenheid

tRNAMet

5’-cap

Het tRNAMet dat

overeenkomt met

het startcodon AUG, bindt op de kleine subeenheid.

3’

met het gebonden

De kleine subeenheid tRNAMet hecht zich aan de

5’-cap van het mRNA en

schuift over het mRNA tot aan het eerste AUG-

5’

fv er

codon. Dat zorgt voor

basenparing tussen het

anticodon van het tRNAMet

Pr oe

en het startcodon.

3’

Ten slotte bindt de grote subeenheid. Dat vervolledigt het startcomplex. Het tRNAMet bevindt zich nu in de P-plaats van de grote subeenheid. De A-plaats is vrij

P-plaats

A-plaats grote subeenheid

5’

S Afb. 23 De initiatie van de translatie

THEMA 03

hoofdstuk 1

3’

Elongatie

De volgende stap is de elongatie. Tijdens de elogatie wordt een polypeptideketen opgebouwd.

peptidyltransferase

Een tRNA met het juiste anticodon bindt met

Een enzym in de grote subeenheid vormt

het tweede codon van het mRNA en bezet zo

een peptidebinding tussen het aminozuur op

de A-plaats. Voorbeeld: tRNA .

de P-plaats (Met) en dat op de A-plaats (Ala).

Ala

De dipeptide (Met-Ala) is nu gebonden op

fv er

het tRNA op de A-plaats.

Het ribosoom schuift drie nucleotiden op van

Het proces herhaalt zich. Daarbij hecht

5’ naar 3’. Daardoor komt het eerste tRNA los

het enzym de peptideketen die aangehecht

en komt het tRNA met de dipeptide terecht op

is aan het tRNA op de P-plaats, telkens op

de P-plaats. De A-plaats is opnieuw vrij.

het nieuwe aminozuur dat aangehecht is aan het tRNA op de A-plaats.

Pr oe

S Afb. 24 De elongatie van de translatie

THEMA 03

hoofdstuk 1

Terminatie

Op een bepaald moment zal op de A-plaats een stopcodon voorkomen. Een stopcodon bindt niet met tRNA, maar met een eiwit, de release factor. Dat zorgt ervoor dat de gevormde peptide, het mRNA, het tRNA en de kleine en grote subeenheid van het ribosoom loskomen.

release factor

tRNA

GROTE SUBEENHEID

release factor

KLEINE SUBEENHEID

stopcodon

mRNA

S Afb. 25 De terminatie van de translatie

polypeptide

Na de terminatie gebeurt nog de nabewerking en opvouwing van de polypeptide tot

een functioneel eiwit. In het geval van nabewerking zal altijd de eerste methionine,

overeenkomend met het startcodon, worden weggeknipt.

WEETJE

fv er

Meerdere ribosomen kunnen tegelijkertijd hetzelfde mRNA vertalen. Eén mRNA met meerdere aangehechte ribosomen wordt een polysoom genoemd. Telkens wanneer een vorig ribosoom voldoende is doorgeschoven, kan een nieuw ribosoom zich aan de 5’kant van het mRNA aanhechten. Een polysoom vormt dus uit één mRNA tegelijkertijd meerdere kopieën van dezelfde polypeptide. Dat verhoogt de efficiëntie van de translatie.

Pr oe

mRNA

5’

THEMA 03

hoofdstuk 1

ribosoom

polypeptide

3’

S Afb. 26 EM-beeld van een polysoom

WEETJE De ziekte van Huntington is een autosomaal dominante erfelijke aandoening. In België lijdt ongeveer 1 op de 10 000 mensen aan de ziekte. De eerste symptomen treden pas op tussen de 35 en 50 jaar. De patiënt gaat mentaal geleidelijk achteruit, maakt onwillekeurige bewegingen die langzaam

verergeren, en vertoont veranderingen in het gedrag. De oorzaak van de symptomen is het afsterven van zenuwcellen in bepaalde hersengebieden door een mutatie in het huntington-gen. Door de

mutatie is er een allel ontstaan met meer dan 40 herhalingen van het triplet CAG. Bij minder dan 27 CAG-herhalingen. Hoe meer herhalingen in het allel een patiënt met de ziekte heeft, hoe vroeger de eerste

gezonde personen hebben beide allelen

S Afb. 27 Een MRI-scan van de hersenen van een 21 jaar oude patiënt met de ziekte van Huntington. De rode gebieden tonen het afsterven van zenuwweefsel aan.

symptomen optreden. Het codon CAG is de

code voor het aminozuur glutamine. Het huntingtine-eiwit bevat in het geval van de ziekte

dus meer glutamine dan normaal.

Recent onderzoek toont aan dat de mutante vorm van het huntingtine-eiwit de ribosomen vertraagt door te binden met de ribosomale eiwitten. De wetenschappers creëerden drie types zenuwcellen, elk met een ander aantal CAG-herhalingen. Daarbij toonden ze aan

dat hoe meer CAG-herhalingen de cellen hadden, hoe meer de translatie van bepaalde eiwitten vertraagd werd. Wanneer de productie van de mutante vorm van huntingtine

geblokkeerd werd in de cellen, steeg de beweeglijkheid van de ribosomen en dus ook

fv er

de translatiesnelheid weer naar een normaal niveau.

Het proces van translatie verloopt in drie stappen: • Initiatie: een ribosoom, opgebouwd uit rRNA en eiwitten, splitst zich. De kleine subeenheid bindt met tRNAMet. Vervolgens schuift het mRNA vanaf de 5’-kant door de kleine subeenheid, tot het tRNAMet bindt met het startcodon AUG. Ten slotte

Pr oe

vervolledigt de grote subeenheid het startcomplex. tRNAMet bezet de P-plaats.

De A-plaats is vrij.

• Elongatie: een geactiveerd tRNA hecht zich vast op de A-plaats. Een enzym verbindt het aminozuur op de P-plaats met dat van de A-plaats. Het ribosoom schuift op. Het tRNA dat op de P-plaats voorkwam, komt vrij en het andere tRNA bezet nu de P-plaats. Het proces herhaalt zich en de polypeptideketen groeit.

• Terminatie: de release factor bindt op het stopcodon, waardoor de polypeptide, het tRNA en de release factor vrijkomen van het ribosoom.

THEMA 03

hoofdstuk 1

VERDIEPING

Voorbeeld van nabewerking van een polypetide in ruw ER en Golgi-apparaat Veel eiwitten zijn pas werkzaam nadat ze een nabewerking hebben ondergaan. Dat noem je posttranslationele modificatie. Die nabewerkingen zijn essentieel voor de functie van die bepaalde eiwitten. Voorbeelden zijn: • de toevoeging van moleculen (bv. oligosachariden of lipiden) of functionele groepen (bv. methylgroepen of

acetylgroepen) aan het eiwit. Door de toevoeging van functionele groepen aan de restgroep van een aminozuur kan de cel een ander aminozuur vormen. Het functionele eiwit kan dus bestaan uit meer types aminozuren dan de types die oorspronkelijk bij de translatie werden ingebouwd;

• het breken van peptidebindingen, waardoor stukken loskomen en kunnen worden verwijderd;

• de vorming van zwavelbruggen.

Als de nabewerking plaatsvindt in het ruw ER en het Golgi-apparaat, moet het eiwit eerst worden opgenomen door het ruw ER. Dat gebeurt als volgt: polypeptideketen die is aangehecht aan het ribosoom.

• De translatie start door vrije ribosomen in het cytoplasma. Door elongatie ontstaat er een groeiende

• Het begin van die eiwitsequentie vormt een signaalpeptide. Daarop bindt een eiwitcomplex. Dat pauzeert de translatie, omdat het complex de toegang tot de A-plaats blokkeert.

• Het eiwitcomplex, met het mRNA eraan gehecht, bindt vervolgens met een receptor net naast een transporteiwit van het ruw ER. Het complex komt vervolgens los van de receptor, maar het mRNA,

het ribosoom en de polypeptide blijven gebonden aan het transporteiwit ernaast. • Doordat het eiwitcomplex heeft losgelaten, is de A-plaats weer vrij en gaat de translatie voort.

mRNA

3’

• Het gevormde eiwit komt via het transporteiwit terecht in het ruw ER.

groeiende eiwitketen

3’

fv er

5’

CYTOPLASMA

eiwitcomplex

5’

stap 1

Pr oe

stap 2

THEMA 03

hoofdstuk 1

stap 3

stap 4

stap 5

5’

transporteiwit

S Afb. 28 Het transport van een ribosoom naar het ruw ER

3’

receptor

RUW ENDOPLASMATISCH RETICULUM

enzym knipt signaalpeptide

stap 6

Als voorbeeld van een nabewerking van een eiwit bekijken we de polypeptide die aanleiding geeft tot de vorming van insuline en C-peptide. De productie daarvan gebeurt in de bèta-cellen van de eilandjes van Langerhans in de alvleesklier. Een gen op chromosoom 11 bevat de code voor een polypeptide van 110 aminozuren. In het ruw ER gebeurt een eerste modificatie van de polypeptide. De signaalpeptide die de polypeptide vasthechtte aan een ribosoom van het ruw ER, wordt door enzymen verwijderd. Zo ontstaat er pro-insuline, dat zich opvouwt, onder

andere door de aanwezigheid van zwavelbruggen. Daarna komt de pro-insuline via een transportblaasje in

het Golgi-apparaat terecht. Daar knippen enzymen het middenstuk eruit. Dat vormt de C-peptide. Bij de twee

ketens die overblijven, worden nog twee aminozuren aan de N-terminus weggeknipt. Zo ontstaat de functionele

insuline, die samen met de C-peptide via transportblaasjes het celmembraan bereikt. Exocytose stelt de insuline en de C-peptide vrij, waardoor de moleculen in het bloed worden opgenomen. Insuline zorgt als hormoon voor

de verlaging van de bloedsuikerspiegel. De C-peptide is onder andere belangrijk voor een goede zenuwen

s s

insuline

s s

fv er

s s

pro-insuline

pre-pro-insuline

nierfunctie.

Pr oe

s s

signaalpeptide

s s

B-keten A-keten

zwavelbrug s s

s s

C-peptide

S Afb. 29 De nabewerking van pre-pro-insuline tot werkzame insuline

Op lees je meer over de verschillen in de eiwitsynthese tussen prokaryoten en eukaryoten.

THEMA 03

hoofdstuk 1

AAN DE SLAG 1

De volgende moleculen zijn betrokken bij de

Bij een patiënt met een getransplanteerde nier

vorming van een startcomplex. Zet ze in de juiste

worden de eiwitten van de niercellen na enige tijd

volgorde waarin ze binden.

vervangen door nieuwe. Volgens welke DNA-code gebeurt dat, die van de transplantatiepatiënt zelf

kleine subeenheid van het ribosoom –

(acceptor) of die van de donor? Verklaar.

tRNAMet – mRNA

Het tabaksmozaïekvirus (TMV) infecteert de

bladeren van tabaksplanten en veroorzaakt er

Vul de zin aan met de juiste aantallen.

een mozaïek van vergeelde vlekken. Later zullen de bladeren opkrullen. De ziekte vermindert de

mogelijke codons komen

Van de er

opbrengst van de tabaksplanten. Het genoom van

grote subeenheid van het ribosoom –

overeen met aminozuren.

het tabaksmozaïekvirus (TMV) bestaat uit een RNA-

codons stoppen de reactie.

streng van ongeveer 6 000 nucleotiden, omgeven

door een mantel (capside) van 2 150 identieke

Schrijf met behulp van de genetische code

proteïnemoleculen, die elk uit 158 aminozuren

welk mRNA bij deze polypeptide hoort:

bestaan. De vermenigvuldiging van TMV verloopt

Met – Lys – Arg – Glu – Val – Phe – Cys – Pro a

in de cellen van de tabaksplant.

Wat merk je op?

Dit stuk DNA is de code voor mRNA: 5’TACGCACAT3’. De overeenkomstige peptide zal de volgende samenstelling hebben: Cys – Val

a c

Ala – Val

d Met – Ala – Val

b Met – Cys – Val

S Een blad van een tabaksplant geïnfecteerd met TMV

Welk aminozuur zal aanhechten aan een tRNA-

fv er

b Hoe verklaar je dat?

ook in twee stappen, namelijk transcriptie en

molecule met anticodon AAA? a

phenylalanine

translatie? b Hoeveel nucleotiden van het RNA-genoom

b lysine

van TMV zijn codeletters voor de opbouw van

proline

capsideproteïnen (starten stopcodons niet

d glycine

arginine

Pr oe

e 6

Verloopt de synthese van de TMV-proteïnen

meegerekend)? c

Een deel van het RNA-genoom codeert voor enzymen die een rol spelen bij het

Een geneticus isoleert een menselijk gen voor

binnendringen in de cellen van de tabaksplant.

een bepaalde eigenschap. Ze isoleert ook het

Hoeveel nucleotiden kunnen dat zijn? Leg uit.

overeenkomstige mRNA. Bij vergelijking blijkt dat het mRNA duizend basen korter is dan de DNAsequentie. Maakte de geneticus een fout? a

Ja, mRNA wordt gemaakt uit een DNA-template en moet dezelfde lengte hebben.

b Ja, het mRNA zou eigenlijk meer basen moeten hebben, omdat ook stukken naast het eigenlijke gen worden overgeschreven. c

Nee, het finale mRNA bevat enkel exons. De introns worden verwijderd.

d Nee, het mRNA wordt gedeeltelijk afgebroken na transcriptie. 24

THEMA 03

hoofdstuk 1 - AAN DE SLAG

Meer oefenen? Ga naar

VIDEO

kennisclip

HOOFDSTUKSYNTHESE EIWITSYNTHESE 3’

Asp Ala

die overeenstemmen met een bepaald aminozuur • 64 verschillende codons

Val

= genetische code

3’

• drie stopcodons (UAA, UAG en

Arg

UGA) en één startcodon (AUG)

Ser

• gedegenereerd: de meeste

Lys

aminozuren worden door meer

C U G A C U G A C U G A Asn

dan één codon gecodeerd

C A G U C A G G

5’

A C U G A C

OP ST P A STO G Cys U C STOP A Trp G 3’ U C Leu A G U C

Pro

His

Gln

Arg

Ile

3’

RNA-polymerase

promotor DNA

Verloopt in drie stappen: en RNA-polymerase binden op

5’ 3’

de promotor. Het startcomplex

coderende streng

• Initiatie: transcriptiefactoren

wordt gevormd.

STA RT

Met

5’

Tyr

C U

A C

Thr

Transcriptie

Ser UC

drie DNA- of RNA-nucleotiden

Leu

• codon = opeenvolging van

Phe

Gly

Glu

De genetische code

• Elongatie: RNA-polymerase

opent de DNA-dubbelstreng en

fv er

maakt een RNA-kopie.

template streng

• Terminatie: RNA komt los van DNA.

pre-mRNA

RNA-nucleotiden richting van de transcriptie

Pr oe

5’

Splicing (bij eukaryoten) • Introns wordt uitgeknipt en exons worden aan elkaar geplakt.

pre-mRNA

EXON 1

INTRON 1

INTRON 2

EXON 3

EXON 2

AA A AA A A A

5’-cap startcodon voor translatie

stopcodon voor translatie

SPLICING

poly-A-staart

mRNA

• pre-mRNA → mRNA

AAA

5’-cap startcodon voor translatie

AAA

stopcodon voor translatie poly-A-staart

THEMA 03

SYNTHESE hoofdstuk 1

HOOFDSTUKSYNTHESE

5’

Translatie Verloopt in drie stappen: van een ribosoom bindt met rRNA. mRNA schuift door de

P-plaats

kleine subeenheid, tot tRNA

A-plaats

grote subeenheid

bindt met het startcodon. De grote subeenheid bindt aan het startcomplex.

5’

• Elongatie: op elk codon van het mRNA wordt een tRNA

met het juiste anticodon aangebracht. De aminozuren worden met peptidebindingen aaneengeschakeld. Zo wordt een polypeptideketen opgebouwd.

factor. Daardoor komen de polypeptide, het tRNA,

• Terminatie: een stopcodon bindt met een eiwit, de release

het mRNA en de release factor

fv er

los van het ribosoom.

tRNA

release factor

GROTE SUBEENHEID

Pr oe

release factor

KLEINE SUBEENHEID

stopcodon

mRNA polypeptide

THEMA 03

SYNTHESE hoofdstuk 1

• Initiatie: de kleine subeenheid

3’

HOOFDSTUK 2

Î Genregulatie

Genregulatie is het sturen van de expressie van een gen. Als je bijvoorbeeld alcohol hebt gedronken, zullen je levercellen de genen voor alcoholdehydrogenasen tot expressie brengen. Die groep van enzymen zorgt

ervoor dat de toxische alcohol kan worden omgezet tot minder schadelijke stoffen, die uiteindelijk worden uitgescheiden. Detoxificatie is immers een van de functies van de lever. Andere organen hebben andere

functies en zullen andere genen tot expressie brengen. LEERDOELEN

M Uitleggen hoe de genexpressie wordt gereguleerd bij prokaryoten en eukaryoten

M Uitleggen hoe één gen de code bevat voor een of meerdere RNA-moleculen of polypeptiden

Genregulatie bij prokaryoten

Bij bacteriën ligt het erfelijk materiaal op één cirkelvormig chromosoom. De genen die coderen voor functioneel verwante eiwitten, liggen in elkaars buurt. Hun transcriptie wordt gecontroleerd door één promotor. Die organisatie van twee of meer genen onder controle van één promotor

noem je een operon. Een operon maakt het mogelijk om een groep genen als geheel tot expressie te brengen, als de leefomstandigheden daarom vragen.

Het goed afstellen van de genexpressie op de omstandigheden is een manier om zuinig om te springen met energie, nucleotiden en aminozuren. Op het bacteriële chromosoom ligt ook

fv er

een regulatorgen, dat onder controle staat van een eigen promotor. Het regulatorgen codeert voor een regeleiwit dat kan binden op een DNA-sequentie die voor de genen ligt, de operator.

operator (bindingsplaats voor regeleiwitten) genen

Pr oe

promotor (startplaats voor transcriptie)

promotor

regulatorgen operon

S Afb. 30 De organisatie van een operon. Het operon staat onder controle van een regulatorgen met een eigen promotor.

THEMA 03

hoofdstuk 2

Als voorbeeld leggen we de genregulatie uit van het lac-operon, genoemd naar de disacharide lactose, in Escherichia coli (E. coli). VOORBEELD LAC-OPERON In het lac-operon liggen drie genen voor enzymen die nodig zijn bij het lactosemetabolisme, de lac-genen. De eiwitten waarvoor ze coderen, zijn nodig om lactose te kunnen gebruiken als energiebron. LacZ codeert voor een enzym dat lactose afbreekt tot glucose en galactose. Om lactose te kunnen opnemen in de cel, is een ander enzym nodig, dat gecodeerd wordt

door lacY. Het enzym dat gecodeerd wordt door lacA, speelt een rol bij de detoxificatie van schadelijke stoffen die de cel binnenkomen. De drie genen staan onder controle van één

promotor. Vóór de genen ligt een sequentie waarop regeleiwitten binden. Die sequentie is de operator.

De regeling van het lac-operon hangt af van de sachariden die in het milieu van E. coli aanwezig zijn. E. coli kan zowel glucose als lactose gebruiken als energiebron. Glucose geniet

de voorkeur, omdat het een monosacharide is.

• Als er wel glucose, maar geen lactose aanwezig is, dan wordt de transcriptie van de lacgenen bijna volledig onderdrukt. Er is dan maar een laag niveau van genexpressie aanwezig. Dat komt doordat een repressor, een regeleiwit, bindt op de operator die voor de genen ligt. Daardoor wordt de transcriptie van de genen door RNA-polymerase verhinderd. De repressor wordt gecodeerd door lacI, een regulatorgen dat in de buurt van

het lac-operon ligt en onder controle staat van een eigen promotor.

promotor

regulatorgen

lac-operon

promotor

operator

lacI

fv er

lacZ

mRNA

RNA-polymerase

repressor

Pr oe THEMA 03

hoofdstuk 2

lacA

geen transcriptie

De repressor bindt aan de operator en verhindert de transcriptie van de lac-genen.

(regeleiwit)

S Afb. 31 Als er geen lactose aanwezig is in het milieu, dan is er geen expressie van de lac-genen.

lacY

• Als er naast glucose ook lactose voorhanden is, wordt de aanmaak van de enzymen die nodig zijn voor de opname en de afbraak van lactose, opgedreven. Er komt een beetje lactose in de cel. Dat bindt op de repressor. Daardoor komt de repressor los van de operator en krijgt RNA-polymerase vrij spel om te starten met de transcriptie van de genen in het lac-operon. Je zegt dat de transcriptie van de genen geïnduceerd wordt door de lactose. Je noemt lactose een inductor van het lac-operon. lac-operon promotor

operator

lacI

lacZ

repressor

mRNA

lacA

lacY

RNA-polymerase

promotor

regulatorgen

enzym 1 enzym 2 enzym 3

inductor = lactose

S Afb. 32 In aanwezigheid van lactose worden de lac-genen tot expressie gebracht.

• Is er enkel lactose aanwezig, dan moet het lac-operon zeker op volle toeren werken. Om er zeker van te zijn dat dat gebeurt, gebruikt de cel de molecule cyclisch AMP (= cAMP). cAMP is een cyclisch nucleotide, afgeleid van ATP. Bij heel veel biochemische processen in de cel is cAMP belangrijk om informatie door te geven. De aanwezigheid van cAMP is voor E. coli

een ‘hongersignaal’. Het is in grotere hoeveelheden aanwezig wanneer er weinig glucose beschikbaar is. Het bindt aan een activatoreiwit dat in de cel aanwezig is, en het complex

bindt dicht bij de promotor van het lac-operon. Die situatie bevordert de transcriptie van de lac-genen door RNA-polymerase. In een hoog tempo worden de benodigde enzymen aangemaakt, zodat E. coli de aanwezige lactose optimaal kan gebruiken voor haar

fv er

energiebehoefte. ↓glucose

promotor

↑cAMP

regulatorgen

activatoreiwit promotor

lac-operon operator

Pr oe

lacI

mRNA

lacZ

lacY

lacA

RNA-polymerase repressor

inductor = lactose

mRNA enzym 1 enzym 2 enzym 3

S Afb. 33 Als lactose de enige energiebron is, wordt de transcriptie van de lac-genen nog verhoogd.

THEMA 03

hoofdstuk 2

Genregulatie is het sturen van de expressie van genen. Bij prokaryoten liggen de genen voor functioneel verwante eiwitten in elkaars buurt. Hun transcriptie staat onder controle van één promotor. Die organisatie in een operon maakt het mogelijk om een groep genen als geheel tot expressie te brengen, als de leefomstandigheden daarom vragen. Regeleiwitten die op de operator kunnen binden, regelen de expressie van de genen in het operon. Het lac-operon bevat de genen die coderen voor eiwitten die een rol spelen bij het lactosemetabolisme. Een repressoreiwit is een regeleiwit dat de expressie van de genen

Genregulatie bij eukaryoten

onderdrukt. Lactose induceert de expressie.

Genregulatie bij meercellige eukaryoten regelt de concentraties aan eiwitten in een bepaald

celtype op een bepaald moment. Zo moet er bijvoorbeeld in een rode bloedcel een hoge

concentratie aan het eiwit hemoglobine aanwezig zijn, en in een spiercel het eiwit myosine. In huidcellen, zenuwcellen en botcellen komen dan weer andere genen tot expressie, ook al bezitten die cellen hetzelfde genoom. Elk celtype heeft dus zijn eigen expressiepatroon, afhankelijk van de functie die het vervult. Het tot expressie brengen van welbepaalde genen leidt

tot het ontstaan van sterk gedifferentieerde cellen. Dat noem je celdifferentiatie. Tussen het overschrijven van DNA en het bekomen van een afgewerkt functioneel eiwit zitten heel wat stappen. Bij elke stap beschikt de cel over manieren om het proces te reguleren. In het vorige hoofdstuk leerde je al dat er vaak posttranslationele modificaties nodig zijn om een werkzaam

eiwit te bekomen. In dit hoofdstuk bespreken we enkele mogelijkheden waarover de cel beschikt

om de transcriptie en de translatie te reguleren.

2 3 transcriptie- nabewerkingen factoren op RNA

fv er

1 epigenetische modificaties

Pr oe

chromatine

5’-cap

exon gen toegankelijk pre-mRNA voor transcriptie kernporie

transport

translatie

posttranslationele modificaties

poly-A

mRNA

polypeptide functioneel eiwit mRNA-afbraak

4 RNA-interferentie

S Afb. 34 De structuur van de chromatine in de kern kan gewijzigd worden om een gen bereikbaar te maken voor transcriptiefactoren. Na de transcriptie kunnen op het pre-mRNA verschillende nabewerkingen gebeuren. Ook op het niveau van de translatie in het cytosol is er regulatie mogelijk. De laatste stap om een functioneel eiwit te bekomen, zijn posttranslationele modificaties.

THEMA 03

hoofdstuk 2

2.1

Epigenetische modificaties

Hoewel elke lichaamscel hetzelfde genoom bevat, brengen de verschillende cellen van een organisme verschillende genen tot expressie. De cel beschikt over manieren waarmee ze de toegankelijkheid van een gen voor transcriptiefactoren en dus ook de expressie ervan kan beïnvloeden. Je weet al dat chromatine het complex is van DNA

heterochromatine

en histoneiwitten in de kern en dat je twee

euchromatine

soorten chromatine kunt onderscheiden. In de compacte

heterochromatine liggen genen die op dat moment niet tot expressie worden

gebracht. Euchromatine is minder compact. De genen die daar liggen, kunnen wel tot expressie komen. De compactheid van chromatine is dus belangrijk voor de worden wanneer bepaalde

genexpressie. Ze kan gewijzigd

2 µm

S Afb. 35 Euchromatine en heterochromatine in de celkern van een niet-delende cel

groepen op het DNA of de histonen worden gehecht. Die

aanpassingen van het DNA noem je epigenetische modificaties.

gemethyleerde promotorregio

Pr oe

fv er

heterochromatine

euchromatine

transcriptiefactoren

S Afb. 36 De compactheid van chromatine is belangrijk voor de genexpressie.

THEMA 03

hoofdstuk 2

DNA-methylering

Wanneer bijvoorbeeld een methylgroep (-CH3) wordt gebonden op het nucleotide cytosine,

verandert de ruimtelijke structuur van de chromatine naar een compactere vorm. De methylering gebeurt niet zomaar op eender welke cytosine, maar enkel op een cytosine net voor een guanine. Ook in de complementaire streng wordt op de cytosine een methylgroep gehecht. In de promotor van heel wat genen zitten veel van dergelijke cytosines. Methylering zorgt er dan voor dat het gen niet wordt overgeschreven. Is er geen methylering, dan kan het gen worden

NH2 CH3

methyltransferase O

compactere vorm chromatine

N H

NH2

overgeschreven. Het plaatsen of wegnemen van methylgroepen gebeurt door enzymen.

S Afb. 37 Het enzym methyltransferase brengt methylgroepen aan op cytosine. Dat verhindert de expressie van genen.

Modificatie van de histonen

Het DNA zit gewikkeld rond histonen. Op de histonen zitten histonstaarten, aminozuurketens die uitsteken uit het nucleosoom. Enzymen kunnen daarop meerdere verschillende groepen vasthechten. Zo is er een grote variatie in modificaties mogelijk. Afhankelijk van welke groepen

waar zijn aangehecht, wordt de genexpressie verhoogd of verlaagd. Wanneer bijvoorbeeld een acetylgroep (-CO-CH3) aan de histonuiteinden gehecht wordt, zal

de chromatine losser worden, waardoor de genen tot expressie kunnen worden gebracht. CH

CH3

fv er CH

gen

CH3

H CO-C 3

CO-CH3

methylgroep

CO-CH3

histonstaart

histonstaart CO-CH 3

CO-CH3

-CH 3 CO

CH3

Pr oe

CH 3

H3 -C CO

CH3

CH 3

CH3

COCH

CH 3

histon DNA-deel dat niet toegankelijk is voor transcriptiefactoren Het gen is inactief.

CO-CH3

CH3

De methylering CH3 van DNA en histonstaarten zorgt voor een sterkere condensatie van chromatine. Transcriptiefactoren kunnen niet gemakkelijk binden op het DNA en genen kunnen moeilijk tot expressie worden gebracht.

COCH

CH 3 CO-

THEMA 03

hoofdstuk 2

acetylgroep DNA-deel dat wel toegankelijk is voor transcriptiefactoren Het gen is actief.

De acetylering CO-CH3 van histonstaarten zorgt voor lossere chromatine. Transcriptiefactoren kunnen binden op het DNA en genen kunnen tot expressie worden gebracht.

S Afb. 38 DNA-methylering en histonacetylering zijn voorbeelden van epigenetische modificaties.

-CH 3 CO

Chromatine remodeling

Chromatine remodeling complexen zijn eiwitcomplexen die in staat zijn om de structuur van chromatine te herschikken. Zo kunnen ze bijvoorbeeld nucleosomen langs het DNA verplaatsen. Daardoor kunnen de bindingsplaatsen voor transcriptiefactoren en regeleiwitten, zoals activatoren of repressoren, toegankelijk worden gemaakt. Op die manier regelen chromatine

remodeling complexen de transcriptie van DNA.

S Afb. 39 Chromatine remodeling complexen kunnen de structuur van chromatine wijzigen. Daardoor kan de bindingsplaats voor transcriptiefactoren en regeleiwitten toegankelijk worden of net niet.

Het nucleosoom is verplaatst.

2.2 Transcriptiefactoren

Je weet al dat de transcriptiefactoren in het startcomplex belangrijk zijn bij de initiatie van de transcriptie. Transcriptiefactoren spelen ook een rol in de regulatie. Ze binden dan op specifieke sequenties, die vele duizenden nucleotiden verwijderd kunnen liggen van het

gen waarvan ze de transcriptie regelen. Transcriptiefactoren die helpen bij de vorming van het startcomplex, zijn activatoren. Repressoren doen het tegenovergestelde. Opdat die

transcriptiefactoren zouden kunnen interageren met het startcomplex, vormt het DNA een lus.

fv er

transcriptiefactoren voor genregulatie

Pr oe

transcriptiefactoren in het startcomplex

gen promotor

RNA-polymerase

S Afb. 40 Het startcomplex initieert de transcriptie. Het kan interageren met transcriptiefactoren, die de transcriptie reguleren.

THEMA 03

hoofdstuk 2

2.3 Nabewerkingen op RNA A

Alternatieve splicing van het pre-mRNA

De transcriptie van DNA levert pre-mRNA op. In het vorige hoofdstuk leerde je al dat de introns uit het pre-mRNA worden verwijderd door splicing. Ook exons kunnen worden verwijderd, waardoor er alternatieve mRNA’s ontstaan. Je spreekt dan van alternatieve splicing. Omdat dat op verschillende manieren kan gebeuren, kan één pre-mRNA verschillende mRNA-moleculen

opleveren en dus ook verschillende polypeptiden.

pre-mRNA

5’

Een voorbeeld van alternatieve splicing wordt weergegeven op de afbeelding.

3’

alternatieve splicing mRNA's 1

eiwit 2

eiwit 3

eiwit 1

S Afb. 41 Door alternatieve splicing kan een gen coderen voor verschillende eiwitten, afhankelijk van welke introns worden verwijderd uit het pre-mRNA.

B Alternatieve startplaatsen voor de transcriptie van een gen Op verschillende plaatsen in de nucleotidesequentie van een gen kunnen startplaatsen voor

fv er

transcriptie liggen. Afhankelijk van welke startplaats wordt gebruikt, wordt er een ander eiwit gevormd.

Pr oe

startplaats 1

levercel

startplaats 2

neuron transcriptie

startplaats 3

gladde spiercel

eiwit 1

translatie mRNA 1

eiwit 2

mRNA 2 eiwit 3 mRNA 3 S Afb. 42 In een gen kunnen meerdere transcriptiestartplaatsen voorkomen. Er kunnen op basis van één gen dan eiwitten worden gevormd met een verschillende lengte.

THEMA 03

hoofdstuk 2

2.4 RNA-interferentie A

miRNA

Micro-RNA of kortweg miRNA is niet-coderend RNA dat 21 tot 23 nucleotiden lang is. Het beïnvloedt de genexpressie door te binden aan mRNA. In het cytoplasma bindt het miRNA aan een eiwitcomplex. Het miRNA is complementair aan bepaalde mRNA-sequenties. Door erop te zijn in staat om mRNA af te breken of de translatie ervan te blokkeren. Hoewel men lange tijd dacht dat miRNA’s enkel de translatie van mRNA kunnen onderdrukken,

binden, brengt het miRNA het eiwitcomplex in contact met het mRNA. De eiwitten in het complex

zijn er ook miRNA’s beschreven die net het tegenovergestelde effect hebben en dus de translatie activeren. Bovendien kunnen ze ook de transcriptie beïnvloeden. Die invloed kan zowel

een verhoogde als een verlaagde transcriptie zijn.

Op welk niveau het miRNA ook ingrijpt, het resultaat is altijd hetzelfde: door toedoen van een kleine miRNA-molecule wordt de expressie van een gen beïnvloed. Dat noem je

RNA-interferentie.

miRNAeiwitcomplex

miRNA

fv er

mRNA

afbraak mRNA

geen translatie

S Afb. 43 miRNA verlaat de kern. In het cytosol bindt het met een aantal eiwitten. In combinatie met die eiwitten kan miRNA zowel de transcriptie als de translatie van een gen beïnvloeden.

Pr oe

Er bestaan miRNA’s die enkel voorkomen in een bepaald celtype, maar sommige zijn aanwezig in bijna alle celtypes. Wanneer de RNA-interferentie ongecontroleerd verloopt, kunnen de gevolgen groot zijn. Meerdere ziektes worden gelinkt aan mutaties in miRNA’s, zoals leukemie en andere kankers of de ziekte van Alzheimer. Mutaties in de sequenties die coderen voor miRNA’s, zorgen ervoor dat de cel geen normale hoeveelheden van het miRNA bezit. Dat kan leiden tot een abnormale expressie van de genen die normaal gezien door het miRNA worden geregeld.

THEMA 03

hoofdstuk 2

X-inactivatie

Je weet al dat vrouwen in hun lichaamscellen twee X-chromosomen hebben en mannen één X- en één Y-chromosoom. Op het Y-chromosoom liggen een aantal genen die bepalen dat een zygote zich ontwikkelt tot een jongen. Je weet ook al dat een extra kopie van een (deel van een) chromosoom tot een abnormale ontwikkeling kan leiden. Dat is bijvoorbeeld het geval bij trisomie-21. Om ervoor te zorgen dat bij mannen en vrouwen de genen op het X-chromosoom in gelijke mate tot expressie komen, wordt één X-chromosoom in de lichaamscellen van een vrouwelijk embryo geïnactiveerd. Dat wil zeggen dat de genen die erop liggen, niet tot

expressie worden gebracht. Het volledige chromosoom wordt als het ware buitenspel gezet. Dat noem je X-inactivatie. Het geïnactiveerde X-chromosoom is in de cel aanwezig als sterk gecondenseerde

Barr-lichaampje

heterochromatine en vormt het Barrlichaampje. Het is tussen twee celdelingen het kernmembraan ligt. De X-inactivatie gebeurt wanneer het vrouwelijke embryo uit ongeveer honderd cellen bestaat. In een deel van de cellen zal

zichtbaar als een donkere plek die tegen

het X-chromosoom afkomstig van de moeder

geïnactiveerd worden. In de andere cellen zal het X-chromosoom afkomstig van de vader

hetzelfde lot ondergaan. Welk X-chromosoom wordt geïnactiveerd, wordt willekeurig

S Afb. 44 Het geïnactiveerde X-chromosoom (Barr-lichaampje) in de kern van een vrouwelijke cel is zichtbaar als een donker vlekje door de sterke condensatie tot heterochromatine.

gekozen. Hoe de eigenlijke inactivatie

verloopt, is nog niet helemaal opgehelderd,

al staat het wel vast dat RNA-interferentie daar een rol in speelt.

fv er

WEETJE

Bij de mens komt een aandoening voor waarbij de zweetklieren in de huid onvoldoende ontwikkeld zijn. De oorzaak ligt in een mutatie op het X-chromosoom. Mannen met die mutatie bezitten geen goed

Pr oe

functionerende zweetklieren in hun huid. Vrouwen die heterozygoot zijn, hebben

cellen waarbij het X-chromosoom met de mutatie geïnactiveerd is

huidzones met, maar ook huidzones zonder goed functionerende zweetklieren. Het is een voorbeeld waarbij het fenotypisch duidelijk is dat het X-chromosoom met de mutatie in een deel van de cellen geïnactiveerd is en in een ander deel niet.

cellen waarbij het niet-gemuteerde X-chromsoom actief is W Afb. 45 Vrouwen met de aandoening beschikken over huidzones met en zonder functionerende zweetklieren.

THEMA 03

hoofdstuk 2

VERDIEPING Inactivatie van het X-chromosoom is zichtbaar in het fenotype van schildpadkatten. Die benaming wordt gebruikt voor katten die twee kleuren in hun vacht hebben. Dat verschijnsel komt voor bij de meeste kattenrassen en wordt veroorzaakt door X-inactivatie.

Een gen dat de vachtkleur bepaalt, ligt op het X-chromosoom. Er komen twee allelen voor, die ofwel een zwarte, ofwel een oranje vachtkleur opleveren. Katers hebben maar één X-chromosoom, dat overgeërfd is van de moeder, en zij zullen dus één bepaalde vachtkleur

hebben. Kattinnen erven twee X-chromosomen en kunnen

Maar omdat niet in elke cel van de kattin hetzelfde X-chromosoom geïnactiveerd is, zal – bij een heterozygote kattin – in een deel van de cellen het allel voor een oranje kleur tot expressie komen en in de andere cellen het allel voor een zwarte kleur. Het resultaat is een kattin met twee vachtkleuren. In cellen op het topje van de staart is bijvoorbeeld het X-chromosoom van de vader

dus twee verschillende allelen krijgen.

S Afb. 46 Een schildpadkat met twee kleuren in de vacht

geïnactiveerd, terwijl in het midden van de staart

cellen zitten waarin het X-chromosoom van de moeder geïnactiveerd werd. Schildpadkatten zijn dus meestal vrouwtjes. Een mannelijke schildpadkat is zeldzaam. Dat komt voor wanneer de kater twee X-chromosomen heeft,

bijvoorbeeld XXY, en ook in die situatie zal in elke cel één X-chromosoom geïnactiveerd zijn.

fv er

actief X-chromosoom

allel voor oranje kleur

geïnactiveerd X-chromosoom

Pr oe

Barr-lichaampje

allel voor zwarte kleur

twee X-chromosomen in een vrouwelijke zygote

geïnactiveerd X-chromosoom

actief X-chromosoom

S Afb. 47 Kattinnen kunnen van beide ouders twee dezelfde allelen overerven, maar ook twee verschillende. In dat laatste geval zullen beide kleuren in het fenotype aanwezig zijn.

THEMA 03

hoofdstuk 2

Genregulatie bij eukaryoten regelt de concentraties aan eiwitten in een bepaald celtype op een bepaald moment. Tussen het overschrijven van DNA en het bekomen van een afgewerkt eiwit zitten heel wat stappen. Bij elke stap beschikt de cel over manieren om het proces te reguleren. • Epigenetische modificaties beïnvloeden de toegankelijkheid van genen en hun promotor voor transcriptiefactoren. Zo kunnen op het DNA en op de histonstaarten chemische groepen worden gehecht. Ook de structuur van chromatine kan gewijzigd worden door chromatine remodeling complexen, die nucleosomen kunnen verschuiven.

• Transcriptiefactoren maken deel uit van het startcomplex voor transcriptie. Sommige

transcriptiefactoren stimuleren de vorming van het startcomplex, andere verhinderen dat. Je noemt ze activatoren en repressoren.

• Pre-mRNA kan op verschillende manieren splicing ondergaan. mRNA kan verschillende startplaatsen voor transcriptie bevatten voor een gen.

• De translatie van het mRNA kan geregeld worden door miRNA’s. Die regeling noem je

RNA-interferentie.

Om ervoor te zorgen dat bij mannen en vrouwen de genen op het X-chromosoom in gelijke mate tot expressie komen, wordt één X-chromosoom in de lichaamscellen van een vrouwelijk embryo geïnactiveerd. Dat wil zeggen dat het grootste deel van de genen die erop liggen, niet tot expressie wordt gebracht. Dat noem je X-inactivatie. In een deel van de cellen wordt het X-chromosoom afkomstig van de vader geïnactiveerd, en in de andere

Pr oe

fv er

cellen wordt het X-chromosoom afkomstig van de moeder geïnactiveerd.

THEMA 03

hoofdstuk 2

AAN DE SLAG Wanneer worden de lac-genen maximaal

Het aantal eiwitten dat op basis van een bepaalde

tot expressie gebracht?

mRNA-molecule in een cel wordt aangemaakt,

in aanwezigheid van lactose en afwezigheid

hangt vooral af van …

van glucose

de mate waarin het DNA dat codeert voor het eiwit, gemethyleerd is;

b in aanwezigheid van lactose en aanwezigheid van glucose

b het type ribosomen dat in de cel aanwezig is;

in afwezigheid van lactose en afwezigheid

van glucose

d de snelheid waarmee het mRNA wordt

d in afwezigheid van lactose en aanwezigheid

het aantal introns dat in het mRNA aanwezig is; afgebroken;

van glucose

de aanwezigheid van bepaalde

transcriptiefactoren. Welke van deze regeleiwitten van het lac-operon zijn gebonden op het DNA, als E. coli zowel glucose

als lactose ter beschikking heeft?

Een bepaald gen komt bij de mens tot expressie

in celtype A, maar niet in celtype B. Welke mogelijkheden kunnen er aanwezig zijn in celtype A om het gen daar tot expressie te laten komen? a

Activatoren die een rol spelen bij de regulatie

van het gen, worden wel/niet tot expressie gebracht.

b De promotorregio van het gen wordt wel/niet gemethyleerd.

S Een E. coli-bacterie onder de microscoop

zowel het complex cAMP-activatoreiwit als het repressoreiwit

enkel het complex cAMP-activatoreiwit

fv er

d geen van beide 3

b enkel het repressoreiwit

Pr oe alternatieve splicing histon-

acetylering

Via alternatieve splicing kan de genexpressie pretranscriptionele niveau.

b In een bepaald celtype komt een bepaalde splicingvariant voor, terwijl in een ander celtype een andere variant kan voorkomen.

EUKARYOTEN

regulatie door repressoreiwitten

of fout? Verbeter indien nodig. bij eukaryoten worden geregeld op het

Bij welke organismen vind je deze manieren van PROKARYOTEN

Zijn deze uitspraken over alternatieve splicing juist a

genregulatie terug?

De histonstaarten in de promotorregio worden

wel/niet geacetyleerd.

Een mutatie, een wijziging van de DNA-sequentie, in de promotorregio van een gen kan een invloed hebben op de transcriptie. Leg uit.

Meer oefenen? Ga naar

De regulatie van de genexpressie kan gebeuren tijdens meerdere stadia van de eiwitsynthese. Welk van deze processen vindt als eerste plaats? a

de verplaatsing van RNA uit de kern naar het cytoplasma

b RNA-splicing c

translatie

d aanhechting van de 5’-cap aan het pre-mRNA

THEMA 03

hoofdstuk 2 - AAN DE SLAG

HOOFDSTUKSYNTHESE 1 GENREGULATIE BIJ PROKARYOTEN • Een operon is de organisatie van een of meerdere genen die coderen voor functioneel verwante eiwitten onder controle van één promotor. • Een operator is de bindingsplaats voor de regeleiwitten. operator genen

promotor

regulatorgen

operon

promotor

• Regeleiwitten reguleren de expressie van de genen.

Genregulatie bij bijvoorbeeld het lac-operon gebeurt door een repressor en een inductor.

• Wanneer de repressor bindt op de operator, wordt de transcriptie van de lac-genen onderdrukt.

promotor

regulatorgen

promotor

operator

lacZ

lacY

lacA

lacI

lac-operon

fv er

RNA-polymerase

mRNA

repressor

geen transcriptie

De repressor bindt aan de operator en verhindert de transcriptie van de lac-genen.

(regeleiwit)

• Wanneer de inductor, in dit geval lactose, op de repressor bindt, komt de repressor los en kunnen de lac-genen

Pr oe

tot expressie worden gebracht.

promotor

lac-operon regulatorgen

THEMA 03

operator

lacI

lacZ

lacY

lacA

RNA-polymerase repressor

mRNA

promotor

SYNTHESE hoofdstuk 2

inductor = lactose

mRNA

enzym 1 enzym 2 enzym 3

VIDEO

kennisclip

2 GENREGULATIE BIJ EUKARYOTEN

Epigenetische modificaties

Nabewerking op RNA

• De methylering van DNA en histonstaarten

• Door alternatieve splicing kan

zorgt ervoor dat de chromatine compacter

één streng pre-mRNA verschillende

wordt.

mRNA-moleculen opleveren en dus

• De acetylering van histonstaarten zorgt voor

ook verschillende polypeptiden.

• Afhankelijk van welke startplaats voor transcriptie wordt gebruikt,

minder compacte chromatine. • Chromatine remodeling zorgt er op verschillende manieren voor dat DNA

wordt er een ander eiwit gevormd.

toegankelijk wordt voor transcriptiefactoren, bijvoorbeeld door nucleosomen te

1 epigenetische modificaties

2 3 transcriptie- nabewerkingen factoren op RNA

fv er Transcriptie

Transcriptiefactoren binden op

translatie

posttranslationele modificaties

poly-A

mRNA

exon gen toegankelijk pre-mRNA voor transcriptie kernporie

Pr oe

transport

5’-cap

chromatine

verplaatsen langs het DNA.

Eukaryoten beschikken over verschillende manieren om de genexpressie te reguleren.

mRNA

polypeptide functioneel eiwit mRNA-afbraak

4 RNA-interferentie

RNA-interferentie • Micro-RNA is kort, niet-coderend RNA

de promotor voor het gen dat tot

dat in het cytosol bindt met een aantal

expressie wordt gebracht, en maken

eiwitten. Dat complex kan zowel de

zo de binding van RNA-polymerase

transcriptie van een gen als de translatie

mogelijk. Activatoren en repressoren zijn

van mRNA beïnvloeden.

transcriptiefactoren die een regulerende

• In lichaamscellen van een vrouwelijk

rol vervullen. Ze verhogen of

individu wordt één X-chromosoom in

onderdrukken de transcriptie.

de lichaamscellen van een vrouwelijk embryo geïnactiveerd. Het geïnactiveerde X-chromosoom is in de kern aanwezig als sterk gecondenseerde heterochromatine. Dat is het Barr-lichaampje.

THEMA 03

SYNTHESE hoofdstuk 2

HOOFDSTUK 3

Î Mutatie en epigenetische modificatie Het begrip ‘modificatie’ betekent ‘aanpassing’ of ‘wijziging’. In dit hoofdstuk bespreken we wijzigingen van DNA, die we onderverdelen in twee groepen. Wijzigingen in de nucleotidesequentie van het DNA noem

je mutaties. Wijzigingen in het methylatiepatroon op de nucleotiden of de histoneiwitten waarrond DNA

gewikkeld zit, noem je epigenetische modificaties.

LEERDOELEN

M Uitleggen dat zowel genen als omgevingsfactoren de kenmerken van een organisme beïnvloeden M Uitleggen welke effecten mutaties kunnen hebben

M Uitleggen of en hoe epigenetische modificaties worden overgeërfd

M Mutaties en epigenetische modificaties onderscheiden

Genen versus omgeving

Je weet al dat niet alle individuen van dezelfde soort fenotypisch gelijk zijn. Dat komt doordat

zowel genetische verschillen als omgevingsfactoren de kenmerken van organismen beïnvloeden. De discussie over hoe groot het aandeel van beide is in het ontstaan van een bepaald kenmerk, noem je het nature-nurturedebat. Met ‘nature’ bedoelt men het geheel van genetische

fv er

informatie. ‘Nurture’ omvat de invloed van omgevingsfactoren, zoals opvoeding, stress, voeding of milieufactoren.

Er zijn nauwelijks of geen voorbeelden van kenmerken of aandoeningen te vinden waarvoor enkel genetische factoren of enkel omgevingsinvloeden verantwoordelijk zijn. Voor heel wat waarneembare kenmerken spelen zowel genetische als omgevingsfactoren een rol. Bij de ontwikkeling van diabetes type 2 is er bijvoorbeeld een erfelijke aanleg, maar er is ook duidelijk een link met overgewicht, een te vetrijke voeding en te weinig lichaamsbeweging.

Pr oe

Diabetes type 2 wordt gekenmerkt door een verminderde gevoeligheid van je cellen voor insuline.

syndroom van Down hemofilie

klompvoet maagzweer

GENEN / NATURE

diabetes type 2

tuberculose

OMGEVING / NURTURE autisme

fenylketonurie (PKU)

THEMA 03

hoofdstuk 3

hartziekte

W Afb. 48 Voorbeelden van aandoeningen die zich in meer of mindere mate onder invloed van genen en/of de omgeving ontwikkelen

In het vorige hoofdstuk leerde je dat epigenetische modificaties van het DNA of van de histonen de genexpressie kunnen beïnvloeden. Onderzoek wijst uit dat die epigenetische genregulatie onlosmakelijk verbonden is met omgevingsinvloeden.

WEETJE Autisme werd voor het eerst beschreven in de jaren 1940. Lange tijd werd bij kinderen afstandelijk was naar haar kind toe, zou dat leiden tot onvoldoende emotionele en sociale ontwikkeling bij het kind. Bij die zienswijze werd dus een zeer belangrijke rol toebedeeld aan het aspect ‘nurture’. Die theorie werd de ‘koelkastmoedertheorie’ genoemd. Onderzoek wijst echter uit dat autisme een karaktereigenschap is die op zijn minst

met autisme de oorzaak van de aandoening bij de moeder gelegd. Wanneer die kil en

voor een deel erfelijk bepaald is. Waarschijnlijk spelen honderden genen een rol bij

de ontwikkeling van autisme. Toch zijn er ook omgevingsfactoren die mogelijk belangrijk

zijn. Statistisch onderzoek toont aan dat het risisco op autisme toeneemt met de leeftijd

van de vader op het moment van bevruchting. Ook diabetes of een vitamine D-tekort bij de moeder doen het risico toenemen. Of er ook een oorzakelijk verband is, vraagt nog verder onderzoek.

Om te onderzoeken of bij een bepaalde eigenschap eerder een genetische dan wel

een omgevingscomponent bepalend is, voeren wetenschappers onder andere tweelingstudies uit. Eeneiige tweelingen delen hetzelfde genoom. Twee-eiige tweelingen zijn genetisch even verwant

fv er

als gewone broers en zussen.

Pr oe

S Afb. 49 Eeneiige of monozygote tweelingen zijn genetisch identiek, aangezien ze ontstaan uit één bevruchte eicel.

S Afb. 50 Een twee-eiige of dizygote tweeling ontstaat wanneer twee afzonderlijke eicellen bevrucht werden. Twee-eiige tweelingen kunnen een verschillend geslacht hebben.

Bij de tweelingen die bij een tweelingstudie worden onderzocht, groeien beide leden samen op, zodat een groot deel van de omgevingsfactoren hetzelfde is. In de studie gaat men na in hoeverre een bepaalde eigenschap aanwezig is bij de twee leden van een tweeling. Als er een grotere overeenkomst is bij eeneiige dan bij twee-eiige tweelingen, dan heeft de eigenschap mogelijk een belangrijke genetische component.

THEMA 03

hoofdstuk 3

VOORBEELD TWEELINGSTUDIE Op de onderstaande grafieken zie je de resultaten van twee studies. In een eerste studie vergeleek men het intelligentiequotiënt (IQ) van eeneiige en twee-eiige tweelingen. In een andere tweelingstudie vergeleek men het gemiddelde aantal uren slaap. Op de x- en de y-as staan de onderzochte parameters. Elk punt op de grafiek stelt de meetresultaten voor één tweeling voor. Wanneer voor beide leden van de tweeling een identiek resultaat werd bekomen, ligt het punt voor die tweeling op de groene rechte. Als voor de onderzochte eigenschap alle punten op de rechte lagen, zou je kunnen besluiten dat de eigenschap vrijwel

100 % genetisch bepaald wordt.

VA Kind 2 (IQ)

Kind 2 (IQ)

Twee-eiige tweelingen

Kind 1 (IQ)

Eeneiige tweelingen

Twee-eiige tweelingen

Kind 1 (aantal uren slaap)

e si

fv er

Kind 1 (aantal uren slaap)

Eeneiige tweelingen

Kind 2 (aantal uren slaap)

S Afb. 51 Grafiek tweelingstudie

De bovenste grafieken leren je dat het IQ vooral wordt bepaald door erfelijke factoren. Het IQ

Pr oe

van eeneiige tweelingen ligt immers dichter bij elkaar dan dat van twee-eiige tweelingen. De onderste twee grafieken tonen bij beide soorten tweelingen een vergelijkbare spreiding rond de rechte, waaruit je kunt afleiden dat voor het gemiddelde aantal uren slaap genetische factoren een kleinere rol spelen.

Kenmerken van een organisme zijn het resultaat van een interactie tussen genetische factoren en omgevingsfactoren. • Het aandeel van genetische factoren duidt men aan met het begrip ‘nature’.

• De bijdrage van omgevingsfactoren noemt men ‘nurture’. De effecten van genen en omgeving staan niet los van elkaar. Voor heel wat waarneembare kenmerken spelen beide factoren een grote rol. Om te onderzoeken hoe groot die rol is, kunnen er tweelingstudies worden uitgevoerd.

THEMA 03

hoofdstuk 3

Mutatie

Mutaties zijn erfelijke wijzigingen in de basensequentie van het DNA. Ze komen voor in zowel de coderende als de niet-coderende delen van het DNA. De frequentie waarmee mutaties optreden, is heel laag. Bovendien bezit de cel systemen waarmee mutaties kunnen worden hersteld.

2.1

Indeling op basis van oorzaak

Spontane mutaties

Je kunt mutaties indelen op basis van oorzaak, organisatieniveau en effect.

Spontane mutaties zijn wijzigingen in de basensequentie van het DNA die plots ergens willekeurig A1

ontstaan. DNA-polymerase

Wanneer tijdens de DNA-replicatie DNA-polymerase een verkeerd nucleotide aanhecht, verandert de basenvolgorde. DNA-polymerase bezit echter proofreadingactiviteit: ze is in staat om haar eigen werk te controleren, een eventuele fout te detecteren en het verkeerde nucleotide te

vervangen. Als de fout niet wordt opgemerkt, beschikt de cel nog over eiwitten die het verkeerde nucleotide en eventueel een stukje omringend DNA kunnen verwijderen en vervangen door de correcte sequentie. Dat noem je een herstelmechanisme. Noch DNA-polymerase, noch

het herstelmechanisme is onfeilbaar. Wanneer een fout niet hersteld wordt, wordt ze bij de celdeling doorgegeven aan de dochtercellen.

5’

3’

3’ C

Pr oe DNA-polymerase verwijdert het verkeerde nucleotide.

3’

5’

5’ 3’

5’

DNA-polymerase detecteert de fout.

DNA met verkeerd nucleotide vervorming

fv er

5’ DNA-polymerase G bouwt een verkeerd G T nucleotide in: C 3’ C T in plaats van C. A

HERSTELMECHANISME

PROOFREADING

3’ T

Het foute nucleotide wordt samen met G A een reeks omliggende nucleotiden uit de C C T 5’ streng geknipt. 3’

T A

Eiwitten die deel uitmaken van het herstelmechanisme van de cel, detecteren de vervorming in de keten 5’ die ontstaat door de foute basenparing.

3’

vervangen DNA 5’

5’ 3’

T A

G A

A T

3’ 5’

Het ontbrekende stuk wordt aangevuld door DNA-polymerase.

5’

3’

A T

G C

T A

3’ G

5’ C

5’

3’

T A

3’ 5’

DNA-ligase verbindt de fragmenten met elkaar.

S Afb. 52 Door de proofreadingactiviteit van DNA-polymerase (links) of door het herstelmechanisme (rechts) kunnen spontane mutaties worden weggewerkt.

THEMA 03

hoofdstuk 3

Hydrolyse van een base

De nucleotidesequentie van DNA kan ook op een andere manier worden gewijzigd. Door hydrolyse kan de binding tussen een desoxyribose en een base worden verbroken. NH2 O P

CH2

O–

+ H2O

hydrolyse

O–

N O

CH2

O–

adenine (A) OH desoxyribose

S Afb. 53 Door hydrolyse kan de binding tussen een desoxyribose en een base worden verbroken.

Bij de DNA-replicatie kan dat leiden tot een streng waarin een nucleotide ontbreekt. Die mutatie noem je een deletie.

gemuteerd

5’

T T

DNAreplicatie

fv er

3’ template

5’ nieuw DNA

basenpaar verwijderd (deletie)

5’

3’

5’

ontbrekende base

3’

5’

3’ nieuw DNA

5’ template

ongewijzigd

Pr oe

S Afb. 54 De streng waarin de binding tussen een base en een desoxyribose wordt verbroken, kan bij de DNA-replicatie leiden tot strengen waarin een nucleotide ontbreekt.

THEMA 03

hoofdstuk 3

O–

NH2

Deaminering

Een vaak voorkomende spontane mutatie waarbij de structuur van een base verandert, is een deaminering. Daarbij wordt een NH2-groep afgesplitst van een base. Als cytosine deamineert, ontstaat er uracil.

aminegroep NH2

CH2

+ H2O

deaminering

O–

CH2

O + NH 3

O– OH

cytosine

uracil

S Afb. 55 Door deaminering wordt cytosine omgezet naar uracil.

O O–

Omdat uracil sterk op thymine lijkt, zal er bij replicatie adenine in plaats van guanine worden

ingebouwd. In de volgende replicatieronde is er dan een GC-basenpaar vervangen door een ATbasenpaar. Deaminering kan ook gebeuren met adenine. Op een gelijkaardige manier zal er bij replicatie een AT-basenpaar worden vervangen door een GC-basenpaar. Die mutatie noem je

5’

C→U

3’

T A

3’

gemuteerd

DNAreplicatie

5’

Pr oe

3’

5’

fv er

5’

3’

5’

3’

5’

een substitutie.

5’

3’

DNAreplicatie

3’

5’

5’ 5’

gemuteerd

3’

5’

gemuteerd 5’

ongewijzigd

S Afb. 56 Na twee replicatierondes is een GC-basenpaar vervangen door een AT-basenpaar.

Breuken in het DNA

In het DNA kunnen ook breuken optreden in de nucleotidestrengen van de dubbele helix. Wanneer een dubbelstrengige breuk in de helix niet correct wordt hersteld, kan dat leiden tot een recombinatie van genetische informatie. Zo’n mutatie noem je een chromosoommutatie.

THEMA 03

hoofdstuk 3

Geïnduceerde mutaties

Geïnduceerde mutaties worden veroorzaakt door mutagene factoren of mutagenen. Voorbeelden van dergelijke factoren zijn bepaalde soorten straling, zoals ioniserende straling, of moleculen, zoals benzopyreen. B1 Ioniserende straling Ioniserende straling zorgt ervoor dat er in ons lichaam vrije radicalen ontstaan. Dat zijn moleculen met een vrij, ongepaard elektron. Ze gaan bij andere moleculen op zoek naar

een elektron om de lege plaats op te vullen, en kunnen ze zo beschadigen. Bij de DNA-molecule

kan een ontmoeting met een vrij radicaal leiden tot een breuk in de suikerfosfaatruggengraat van het DNA. Ook de basen kunnen door de vrije radicalen worden aangetast, waarbij hun structuur verandert. Een voorbeeld daarvan is een deaminering van cytosine, waarbij een GC-basenpaar

verandert in een AT-basenpaar. WEETJE Bij heel wat metabole processen in ons

lichaam ontstaan er schadelijke zuurstofradicalen. Die kunnen andere moleculen oxideren als ze daarbij een elektron weghalen. Onze cellen beschikken over enzymen die de toegebrachte schade kunnen

herstellen. Ze hebben elementen als

seleen, mangaan, koper of zink nodig om optimaal te kunnen werken. Die

S Afb. 57 Groenten en fruit bevatten veel antioxidanten.

elementen zijn aanwezig in groenten en

fruit. Ook antioxidanten zijn rijkelijk

aanwezig in groenten en fruit. Dat zijn stoffen die reageren met de radicalen. Ze worden

daarbij zelf in een radicaalvorm gebracht, maar eentje die minder schadelijk is dan

fv er

de zuurstofradicalen. Vitaminen A, C en E zijn voorbeelden van dergelijke antioxidanten.

B2 Uv-straling

Uv-straling kan covalente bindingen tussen twee opeenvolgende thyminebasen in een DNA-streng veroorzaken. Op die manier worden er zogenoemde thyminedimeren gevormd. Ze veroorzaken een knik in de DNA-molecule, doordat de basenparing tussen de twee DNA-strengen wordt onderbroken. Daardoor vergroot de kans dat er bij de replicatie een verkeerd nucleotide wordt

5’

3’

thyminedimeer

5’ 3’ uv-straling A C

5’

3’

5’

S Afb. 58 Thyminedimeren veroorzaken een knik in de DNA-molecule, met mutaties tot gevolg.

THEMA 03

hoofdstuk 3

Pr oe

ingebouwd.

VOORBEELD XERODERMA PIGMENTOSUM Xeroderma pigmentosum is een erfelijke aandoening waarbij de DNAschade die wordt veroorzaakt door uv-straling, niet kan worden hersteld. Een mutatie in het gen dat codeert voor het mechanisme dat thyminedimeren verwijdert, zorgt ervoor dat er optreedt. Daardoor lopen patiënten een erg

S Afb. 59 Personen met xeroderma pigmentosum krijgen sproetjes of donkere vlekken op delen van de huid die zijn blootgesteld aan zonlicht.

groot risico om huidkanker te ontwikkelen.

Specifieke moleculen

al op zeer jonge leeftijd schade aan de huid

Bepaalde moleculen kunnen zich invoegen tussen de ringstructuren van de basen in het DNA.

Wanneer dergelijke verbindingen tussen de basen komen te zitten, kunnen er bij de replicatie

verkeerde nucleotiden worden ingebouwd. VOORBEELD BENZOPYREEN Benzopyreen is aanwezig in sigarettenrook en in uitlaatgassen van auto’s. De molecule is niet alleen mutageen, maar ook carcinogeen. De mutatie cellen, waardoor er kanker kan ontstaan.

kan leiden tot ongecontroleerde delingen van de Benzopyreen is ook een van de bestanddelen van

het roet dat zich opstapelt in een schoorsteen. Op

het einde van de achttiende eeuw stelde men vast

dat schoorsteenvegers vaak getroffen werden door

scrotumkanker. In 1933 werd benzopyreen de eerste

stof die geïdentificeerd werd als verantwoordelijk voor een werk-gerelateerde kanker. Vandaag

S Afb. 60 Benzopyreen komt voor in het roet in schoorstenen.

beschikken schoorsteenvegers over persoonlijke

fv er

beschermingsmiddelen, zoals filtrerende maskers, om de gezondheidsrisico’s van de job te beperken.

VOORBEELD AFLATOXINE

Aflatoxines zijn giftige stoffen die worden

aangemaakt door schimmels van het geslacht

Pr oe

Aspergillus. Die schimmels kunnen voorkomen op gewassen, zoals maïs, granen en rijst, maar ook op pindanoten, gedroogd fruit of peulvruchten. Wanneer besmette producten verwerkt worden tot bijvoorbeeld dierenvoeding, kunnen de toxines terechtkomen in melk en zuivelproducten. Aflatoxines zijn mutageen en carcinogeen. Er worden dan ook strenge controles uitgevoerd op producten waarop Aspergillus-soorten kunnen voorkomen.

S Afb. 61 Maïs besmet met de Aspergillus-schimmel

THEMA 03

hoofdstuk 3

VERDIEPING

Ames-test Om te onderzoeken of stoffen mutageen zijn voor bijvoorbeeld de mens, gebruikt men onder meer de Ames-test. De test gaat na hoeveel bacteriën mutaties ondergaan wanneer ze worden blootgesteld aan een bepaalde stof.

Voor die test gebruikt men verschillende stammen van Salmonella typhimurium. Dat zijn bacteriën die door

een mutatie in het his-operon niet meer zelf het aminozuur histidine kunnen aanmaken. De genen in het hisoperon coderen namelijk voor enzymen die belangrijk zijn bij de histidinesynthese. Aangezien de bacteriën

zelf geen histidine kunnen aanmaken, kunnen ze alleen groeien in een voedingsmedium dat histidine bevat.

Na blootstelling aan de te onderzoeken stof brengt men de bacteriën op een voedingsbodem die een zeer kleine hoeveelheid histidine bevat. Dat is nodig om de groei van de bacteriën op te starten. Die kleine

hoeveelheid wordt zeer snel opgebruikt. Na enkele dagen bekijkt men hoeveel kolonies er zijn ontstaan op

de voedingsbodem. Bacteriën die overleven, zijn ‘teruggemuteerden’ die zelf histidine kunnen aanmaken. Dat aantal vergelijkt men met het aantal spontane mutanten dat ontstaat zonder blootstelling aan de stof. Mutagene stoffen zullen in de test leiden tot een groter aantal teruggemuteerde bacteriën die histidine kunnen aanmaken.

Veel stoffen zijn op zich niet mutageen, maar worden door enzymen in de lever omgezet tot stoffen die dat wel zijn. Om dergelijke stoffen te kunnen identificeren, voegt men bij het groeimedium een leverextract van

ratten toe. De enzymen in het extract zullen ervoor zorgen dat een stof die zelf niet mutageen is, maar wordt

omgezet in een mutageen, ook gedetecteerd wordt in de Ames-test.

Pr oe

fv er

leverextract van een rat

voedingsbodem met een kleine hoeveelheid histidine

salmonellastammen met mutatie in het his-operon bacteriecultuur met de te onderzoeken stof eraan toegevoegd

S Afb. 62 Schematische voorstelling van de procedure bij de Ames-test

THEMA 03

hoofdstuk 3

controleplaat met spontaan teruggemuteerde bacteriën

Als de te onderzoeken stof mutageen is, zorgt dat voor een groter aantal teruggemuteerde bacteriën.

2.2 Indeling op basis van organisatieniveau A

Genmutaties

Bij een genmutatie zijn er maar één of enkele nucleotiden in een gen gewijzigd. Er zijn drie types genmutatie: • Deletie: een of meer nucleotiden worden verwijderd. • Insertie: een of meer nucleotiden worden ingevoegd.

• Substitutie: een basenpaar wordt vervangen door een ander basenpaar. Als bij een mutatie maar één basenpaar wordt gewijzigd, noem je dat een puntmutatie.

3’

5’

niet-gemuteerd DNA

3’

T A

5’

3’ 5’ 5’

deletie

3’

5’

3’

3’ 5’

substitutie

5’

insertie

S Afb. 63 Mogelijke vormen van genmutaties

Genmutaties veroorzaken maar een kleine wijziging in de DNA-sequentie, maar de gevolgen

kunnen groot zijn. Een voorbeeld daarvan is sikkelcelanemie.

VOORBEELD SIKKELCELANEMIE

fv er

Sikkelcelanemie wordt

gekenmerkt door vervormde rode bloedcellen en een minder goed zuurstoftransport. De aandoening wordt veroorzaakt door een afwijking in het hemoglobinegen. Dat leidt tot een eiwit waarbij in een van de subeenheden het aminozuur glutaminezuur vervangen is door valine. Door een wijziging van dat ene aminozuur verandert de quaternaire structuur van

Pr oe

hemoglobine en krijgen de moleculen de neiging om ketens te vormen.

NORMALE HEMOGLOBINE

In een normale rode bloedcel komen afzonderlijke hemoglobine-eiwitten voor.

3’

Pro

Glu

3’

Pro

Val

β-keten

3’

α-keten

5’

Glu

Een substitutie in het Hb-gen zorgt voor een wijziging van één aminozuur. 5’

SIKKELCELHEMOGLOBINE

Door de gewijzigde quaternaire structuur vormen de hemoglobineeiwitten ketens in de rode bloedcellen.

normale sequentie

5’

3’ 5’

Glu

S Afb. 64 Vergelijking tussen normale hemoglobine en hemoglobine bij sikkelcelanemie

THEMA 03

hoofdstuk 3

Daardoor krijgen de rode bloedcellen een sikkelvorm en verliezen ze de elasticiteit die nodig is om door de heel fijne haarvaten te kunnen. Ze blijven daar makkelijk steken en klonteren samen, waardoor de doorbloeding van de weefsels wordt verstoord. Dat veroorzaakt pijn en kan leiden tot een zuurstoftekort en zelfs het afsterven van het weefsel. Bij sikkelcelanemie worden de rode bloedcellen ook veel sneller afgebroken in de milt. Ze leven maar ongeveer dertig dagen, terwijl de normale levensduur zo’n honderdtwintig dagen is. Omdat het beenmerg niet snel genoeg nieuwe rode bloedcellen kan aanmaken, ontstaat er bloedarmoede

verstoorde bloeddoorstroming

hemolyse

of anemie.

normale rode bloedcel schade aan de bloedvatwand

sikkelcel

W Afb. 65 Sikkelcellen zijn weinig elastisch, klitten samen en kunnen de bloedstroom hinderen.

witte bloedcel bloedplaatje

Chromosoommutaties

Bij een chromosoommutatie wordt de structuur van een chromosoom gewijzigd. Dat gebeurt wanneer er in het DNA breuken optreden in een of beide strengen en de fragmenten verkeerd aan

elkaar worden gezet.

Er zijn vier belangrijke groepen:

• Bij een deletie wordt een deel uit het chromosoom verwijderd. Het gaat om veel meer dan één

fv er

of enkele nucleotiden zoals bij genmutaties.

• Bij een insertie wordt een nucleotidesequentie uit één chromosoom toegevoegd aan een ander chromosoom.

• Bij een inversie wordt een bepaalde sequentie in het chromosoom in de omgekeerde oriëntatie in het chromosoom aangetroffen.

• Wanneer tussen twee chromosomen een sequentie wordt uitgewisseld, noem je dat

Pr oe

een translocatie.

insertie

S Afb. 66 Vier voorbeelden van chromosoommutaties

THEMA 03

hoofdstuk 3

deletie

inversie

translocatie

VOORBEELD CRI-DU-CHATSYNDROOM Een deletie van een deel van chromosoom 5 kan leiden tot het cri-du-chat-

W Afb. 67 Een meisje met het cri-duchatsyndroom. Kenmerkend zijn de ver uit elkaar staande ogen, de laag ingeplante oren en de brede neusbrug. Alle patiënten vertonen beperkte verstandelijke vermogens.

syndroom. De naam van het syndroom verwijst naar het katachtige geschreeuw dat de kinderen maken door

een slechte ontwikkeling van hun strottenhoofd.

normale chromosomen

VOORBEELD PHILADELPHIASYNDROOM

veranderde chromosomen (translocatie)

gebroken chromosomen

S Afb. 68 De vorming van het Philadelphiachromosoom

chromosoom 22 chromosoom 9

Philadelphiachromosoom

Bij patiënten met een bepaalde chronische vorm van leukemie komt een translocatie voor. Een stuk van chromosoom 9 is van plaats gewisseld met een stuk van chromosoom 22. Dat is voor het eerst beschreven in 1960 door een onderzoeksgroep in Philadelphia. Het gewijzigde

fv er

chromosoom is daarnaar vernoemd en heet nu het Philadelphiachromosoom. Het genproduct van het Philadelphiachromosoom is een eiwit dat zorgt voor een ongecontroleerde deling van de beenmergcellen. Er worden dan te veel witte bloedcellen aangemaakt, waardoor er

Pr oe

leukemie ontstaat.

THEMA 03

hoofdstuk 3

Genoommutaties

Een verandering in het aantal chromosomen noem je een genoommutatie. Dat is het gevolg van een fout tijdens de celdeling. De oorzaak van een genoommutatie is een fout tijdens de meiose bij de vorming van de geslachtscellen of tijdens de mitotische deling. Tijdens de anafase van meiose I worden de homologe chromosomen uit elkaar getrokken. Tijdens de anafase van meiose II worden de zusterchromatiden uit elkaar getrokken. Wanneer de homologe chromosomen of

de zusterchromatiden niet uit elkaar worden getrokken, noem je dat een non-disjunctie.

Er ontstaan dan geslachtscellen met een afwijkend aantal chromosomen. Zowel het aantal autosomen als het aantal geslachtschromosomen kan afwijkend zijn. Ook wanneer tijdens

de anafase van de mitose de zusterchromatiden niet uit elkaar worden getrokken, ontstaan er

cellen met een afwijkend aantal chromosomen.

Als een geslachtscel met een of meerdere chromosomen te veel of te weinig versmelt met

een normale geslachtscel, ontstaat er een zygote met een abnormaal chromosomenaantal. Is er één chromosoom te weinig, dan noem je dat een monosomie. Is er één te veel, dan spreek je van een trisomie.

B Non-disjunctie tijdens de anafase van meiose II

A Non-disjunctie tijdens de anafase van meiose I

meiose I

non-disjunctie

fv er

meiose II

non-disjunctie

Pr oe

gameten

n+1

n-1

n+1

n-1

trisomie

monosomie

trisomie

monosomie

zygote

S Afb. 69 Schematische voorstelling van de gevolgen van non-disjunctie tijdens de meiose (voor cel 2n = 4) A De gameten met één chromosoom te veel (n + 1) leiden na bevruchting tot een trisomie. De gameten met één chromosoom te weinig (n – 1) hebben na bevruchting een monosomie als resultaat. B De helft van de gameten is normaal (n). De gameet met één chromosoom te veel (n + 1) geeft aanleiding tot trisomie. De gameet met één chromosoom te weinig (n – 1) leidt tot monosomie.

THEMA 03

hoofdstuk 3

Genoommutaties geven aanleiding tot een aantal syndromen. We bespreken hieronder een aantal voorbeelden.

VOORBEELD SYNDROOM VAN KLINEFELTER Het syndroom van Klinefelter komt voor bij mannen wanneer zij in hun lichaamscellen een extra X-chromosoom hebben. Het is dus een trisomie van de geslachtschromosomen. een van beide ouders. De aanwezigheid van het extra X-chromosoom wordt genoteerd als 47,XXY. Mannen met het syndroom van Klinefelter zijn groter dan gemiddeld en hebben opvallend lange armen en benen. Ze hebben meestal kleine teelballen en daardoor een laag

De oorzaak is een non-disjunctie van de geslachtschromosomen tijdens de gametogenese bij

testosterongehalte. Dat leidt tot verminderde lichaamsbeharing en baardgroei, en tot

een weinig ontwikkelde spiermassa. Vrijwel al die mannen zijn onvruchtbaar, en bij een aantal leren lezen of schrijven, met spelling of wiskunde.

WEETJE Er wordt gespeculeerd dat George Washington, de eerste

Amerikaanse president, het syndroom van Klinefelter had. Een aantal kenmerken

heel groot van gestalte. Hij had tanden. Het is bekend dat

ook grote handen en grote

wijzen in die richting. Hij was immers onvruchtbaar en was

komt borstontwikkeling voor. Jongens met het syndroom hebben vaak ook moeilijkheden met

de grootte van de tanden onder

fv er

andere wordt bepaald door

het aantal extra X-chromosomen. Washingtons toespraken en

de geschriften die hij achterliet, doen echter vermoeden dat hij geen problemen had met taal.

Pr oe

Dat wijkt af van het fenotype dat

W Afb. 70 Een portret van George Washington (1732-1799)

bij het syndroom van Klinefelter hoort.

THEMA 03

hoofdstuk 3

VOORBEELD SYNDROOM VAN TURNER Het syndroom van Turner is een monosomie van de geslachtschromosomen, die meestal te wijten is aan een non-disjunctie tijdens de gametogenese. Er ontstaan gameten zonder geslachtschromosoom. Bij versmelting met een normale gameet ontstaat er een zygote met maar één geslachtschromosoom. Het aangezien cellen met enkel een

syndroom komt uitsluitend voor bij vrouwen,

S Afb. 71 Een vrouw met het syndroom van Turner

Y-chromosoom niet levensvatbaar zijn.

Uiterlijke kenmerken zijn een kleine gestalte, een brede nek met aan weerszijden een

huidplooi, laag ingeplante oren en een lage haarlijn. Omdat die vrouwen onderontwikkelde

eierstokken hebben, zijn ze onvruchtbaar.

VOORBEELD SYNDROOM VAN DOWN

Je weet al dat mensen die in hun lichaamscellen drie kopieën van chromosoom 21 bezitten, lijden aan het syndroom van Down. De oorzaak is een non-disjunctie van chromosoompaar 21 tijdens meiose I of II van de gametogenese. Er worden dan gameten gevormd met een extra chromosoom 21. Wanneer zo’n gameet versmelt met een normale gameet, ontstaat er een zygote met een extra chromosoom 21.

De non-disjunctie kan zowel bij de

oögenese als bij de spermatogenese plaatsvinden. Er bestaat echter een

verband tussen de leeftijd van de moeder

op het moment van de bevruchting en

de kans op een kind met trisomie-21. Als

de moeder jonger is dan 30, heeft ze een kans van 1 op 1 000 op een kindje met

trisomie-21. Bij een moeder ouder dan

fv er

40 is die kans al 1 op 100. Het risico stijgt aanzienlijk vanaf de leeftijd van 35 jaar.

S Afb. 72 Het verband tussen de leeftijd van de moeder en het risico op een kind met het downsyndroom

Uiterlijke kenmerken van het downsyndroom zijn een vlak achterhoofd, scheefstaande ogen met ronde ooghoeken, een open mond met een te groot lijkende tong en een platte neusbrug. In de handpalmen is er een dwarse doorlopende plooi aanwezig en bij de voeten valt de

Pr oe

grotere afstand tussen de eerste twee tenen op. De verstandelijke vermogens van personen met het downsyndroom zijn beperkt.

WEETJE

Er bestaat ook een mozaïekvorm van trisomie-21. Daarbij bezit maar een deel van de cellen een extra chromosoom 21. Dat kan gebeuren wanneer bij een zygote met trisomie-21 tijdens een van de eerste celdelingen een dochtercel het extra chromosoom kwijtraakt. Ook wanneer een normale zygote zich deelt, kan de mozaïekvorm ontstaan. Tijdens een van de eerste celdelingen kunnen beide kopieën van chromosoom 21 in dezelfde dochtercel terechtkomen. Afhankelijk van het aandeel aan normale cellen dat bij de mozaïekvorm aanwezig is, zullen de typische uiterlijke kenmerken van trisomie-21 in mindere of meerdere mate aanwezig zijn.

THEMA 03

hoofdstuk 3

De ploïdie van een organisme vertelt je hoeveel sets van homologe chromosomen het organisme in zijn cellen bezit. Je weet al dat menselijke eicellen en zaadcellen één set van 23 chromosomen bezitten. Ze zijn haploïd (n). De lichaamscellen bezitten twee sets, in totaal 46 chromosomen, en zijn dus diploïd (2n). Je hebt net gezien dat er bij een monosomie of een trisomie van een bepaald chromosoom een afwijkend aantal voorkomt. Een genoommutatie met een afwijkend aantal chromosomen noem je een aneuploïdie. Wanneer in een cel meer dan twee volledige homologe chromosomensets

aanwezig zijn, noem je de cel polyploïd. Je onderscheidt triploïde (3n), tetraploïde (4n),

haploïd n

diploïd 2n

triploïd 3n

pentaploïde (5n), hexaploïde (6n) … organismen.

tetraploïd 4n

S Afb. 73 De ploïdie duidt aan hoeveel chromosomensets er aanwezig zijn bij een organismen (weergegeven met 2n = 6).

Bij planten komt polyploïdie vaak voor. De meeste varens en grassen bijvoorbeeld zijn polyploïd, en dat is ook zo bij heel wat bloemplanten. Polyploïde planten zijn vaak groter en dragen grotere

vruchten. Om die reden wordt polyploïdie vaak kunstmatig aangebracht. Voorbeelden zijn appelen, peren, aardbeivariëteiten of harde tarwe. Polyploïdie bij dieren is zeldzaam. Voorbeelden

Pr oe

fv er

vind je bij sommige amfibieën, bijvoorbeeld salamanders of kikkers.

S Afb. 74 Diploïde (links) en tetraploïde (rechts) druiven

S Afb. 75 Bij salamanders van het geslacht Ambystoma, zoals deze blauwgevlekte salamander (Ambystoma laterale), komen zowel diploïde, triploïde als tetraploïde exemplaren voor.

THEMA 03

hoofdstuk 3

2.3 Indeling op basis van het effect op het eiwit A

Verliesmutaties

Bij een verliesmutatie resulteert een mutatie in een eiwit dat minder of niet meer functioneert. • Een substitutie kan er bijvoorbeeld toe leiden dat er een verkeerd aminozuur wordt ingebouwd in het eiwit. Dat noem je een missense-mutatie. • Een insertie of deletie van een set van drie nucleotiden kan een aminozuursequentie doen

ontstaan met één aminozuur te veel of te weinig.

• Wanneer er een of twee nucleotiden worden verwijderd, ingevoegd of vervangen, kan dat

leiden tot het ontstaan van een stopcodon. Je spreekt dan van een nonsense-mutatie, waarbij er een te kort eiwit wordt gevormd.

• Bij een deletie of insertie van een of twee nucleotiden kan er een verschuiving van

het leesraam of frameshift ontstaan. Een mutatie in één codon heeft dan gevolgen voor alle

A T

3’

niet-gemuteerd DNA G C

Ser

Val

Thr

G A

Tyr

Missense-mutatie: de mutatie zorgt ervoor dat er een ander aminozuur wordt ingebouwd.

5’

5’ 3’

A T

G C

C G

Pro

Ser

G A

Val

5’

Tyr

3’ G

Pro

G T

5’

3’

C A

Stop

Nonsense-mutatie: de mutatie zorgt ervoor dat er een stopcodon ontstaat.

3’

Val

Ser

5’

3’

5’

codons die erop volgen, en voor de aminozuren die daardoor gecodeerd worden.

5’

3’

G C

Ser

Ala

G A

Leu

3’

Leu

Frameshift-mutatie: de mutatie, hier een deletie van TA, zorgt ervoor dat het leesraam verschuift.

fv er

S Afb. 76 Drie soorten verliesmutaties. De mutatie zorgt voor een eiwit dat minder goed of niet meer functioneert.

We bespraken eerder al het voorbeeld van sikkelcelanemie. Dat is een voorbeeld van een verliesmutatie, aangezien de hemoglobine door de mutatie haar functie niet meer kan

Pr oe

uitvoeren.

VOORBEELD TAAISLIJMZIEKTE

Cystische fibrose, mucoviscidose of taaislijmziekte is een aandoening die door meerdere mutaties kan worden veroorzaakt. Een van de mogelijke oorzaken is een deletie van drie nucleotiden in het gen dat codeert voor een eiwit dat betrokken is bij de vorming van een chloridekanaal in het celmembraan van slijmproducerende cellen. Door de mutatie wordt er een abnormaal eiwit gevormd waarin één fenylalanineaminozuur ontbreekt. Het transport van chloride-ionen kan niet plaatsvinden. De cellen produceren dan een taai slijm.

THEMA 03

hoofdstuk 3

S Afb. 77 De behandeling van muco-patiënten bestaat uit een dagelijkse inhalatietherapie. Via een aerosolapparaat ademen ze slijmverdunnende middelen in.

5’

Neutrale mutaties

Wanneer een mutatie geen effect heeft op de functie van het eiwit, noem je dat een neutrale mutatie. Dat is het geval wanneer een mutatie ervoor zorgt dat er een aminozuur met gelijkaardige eigenschappen als het oorspronkelijke aminozuur wordt ingebouwd. Je weet al dat de genetische code gedegenereerd is. Wanneer een mutatie resulteert in een gewijzigde nucleotidesequentie die nog altijd voor hetzelfde aminozuur codeert, verandert er dus niets aan het eiwit dat door het gen wordt gecodeerd. Zo’n mutatie wordt ook weleens een

stille mutatie genoemd. Een stille mutatie kan wel de snelheid beïnvloeden waarmee het mRNA

wordt vertaald. Die is immers afhankelijk van het codon dat wordt gebruikt voor het in te bouwen

aminozuur. Zo zou bijvoorbeeld een codon waarvoor weinig tRNA in de cel beschikbaar is, kunnen

worden vervangen door een codon waarvoor meer tRNA voorhanden is. Dat zou kunnen resulteren

in een snellere aanmaak van het betrokken eiwit.

C Winstmutaties

Bij een winstmutatie resulteert de wijziging in de nucleotidesequentie van een gen in een eiwit

met een verbeterde functie. Het organisme is daardoor beter aangepast aan de omgeving waarin het leeft. Daardoor bezit het een voordeel ten opzichte van zijn soortgenoten. In thema 05 ga je dieper in op het belang van dergelijke mutaties voor de evolutie van organismen.

Een voorbeeld van een winstmutatie is een mutatie in het lactasegen. Lactase is een enzym dat lactose,

VOORBEELD LACTASE

veel zoogdieren, waaronder de mens, wordt er geen lactase meer stopt. Een mutatie in het

aangemaakt wanneer het zogen

aanwezig in melk, kan afbreken. Bij

lactasegen kan er echter voor

fv er

zorgen dat er ook na het zogen

lactase wordt gemaakt. Daardoor kan de lactose in melk ook op

volwassen leeftijd worden verteerd.

S Afb. 78 Door een winstmutatie kunnen de meeste mensen melk verteren.

In onze westerse populatie is die

voordelige mutatie wijdverspreid

Pr oe

en kunnen de meeste mensen dus lactose afbreken.

Mutaties zijn erfelijke wijzigingen in de basensequentie van het DNA. Je kunt mutaties indelen op basis van oorzaak, organisatieniveau en effect. • Op basis van de oorzaak van de mutatie onderscheid je spontane mutaties en geïnduceerde mutaties.

• Op basis van het organisatieniveau van het erfelijk materiaal onderscheid je genmutaties, chromosoommutaties en genoommutaties.

• Op basis van het effect op het eiwit onderscheid je verliesmutaties, neutrale mutaties en winstmutaties.

THEMA 03

hoofdstuk 3

Epigenetische modificatie

Epigenetische modificaties kunnen erfelijk of niet-erfelijk zijn. De overerving ervan is het onderzoeksdomein van de epigenetica. Wetenschappers bestuderen enerzijds het doorgeven van modificaties van moedercel op dochtercel en anderzijds het doorgeven over meerdere generaties heen.

3.1 Niet-erfelijke epigenetische modificaties

De best onderzochte modificatie is de methylering van DNA. Tijdens de DNA-replicatie

dienen beide ouderlijke DNA-strengen als template voor de aanmaak van een nieuwe streng. De methylering die op de ouderlijke strengen aanwezig is, wordt op de nieuwe strengen

gekopieerd. Die epigenetische modificaties worden dus doorgegeven bij de mitose aan

3’

5’

3’

T A

T C

C G

A G

CH3

fv er

S Afb. 79 Methylering op de ouderlijke streng kan worden doorgegeven aan de dochterstrengen.

In hoofdstuk 2 zag je al dat de expressie van genen onder andere bepaald wordt door het

Pr oe

methyleringspatroon op DNA. Dat patroon kan worden beïnvloed door omgevingsfactoren.

THEMA 03

hoofdstuk 3

3’

5’

CH3

3’

CH3

5’

CH3

3’

5’

3’

5’

CH3

3’

CH3

5’

CH3

de volgende generatie cellen.

5’

3’

VOORBEELD MIERENKOLONIE In een mierenkolonie is de koningin de enige die eitjes legt. Een bevrucht eitje groeit uit tot een werkster, een onbevrucht eitje tot een mannetje. Er heerst een strikte taakverdeling. De verschillende taken worden uitgevoerd door gespecialiseerde een welbepaalde kaste behoren. Mieren die tot een verschillende kaste behoren, kunnen bij sommige soorten grote uiterlijke verschillen vertonen. Zo is

S Afb. 80 Een koningin omringd door werksters en larven

de koningin veel groter dan de werksters.

Een koningin kan bij sommige soorten tientallen jaren overleven, terwijl een werkster een levensduur heeft van

enkele maanden. Nochtans kan elk vrouwelijk embryo zich ontwikkelen tot koningin of voedselverzamelaar, larvenverzorgster, nestbouwer …

het methyleringspatroon van het DNA bij een koningin en een werkster verschillend is. DNA-methylering

bepaalt dus de kaste waartoe mieren

S Afb. 81 In het geslacht Cephalotes hebben sommige mannetjes een groot, afgeplat, concaaf hoofd. Die vorm is perfect om de ingang van hun nest in een boomstam af te schermen voor indringers.

Onderzoekers ontdekten dat

behoren in een mierenpopulatie.

groepen van mieren die tot

De omgevingsfactoren die het verschillende methyleringspatroon veroorzaken, zijn

fv er

feromonen.

vermoedelijk stoffen in de voeding en

Bij mieren komen bij een aantal geslachten opvallende aanpassingen voor naargelang de kaste waartoe een mier behoort, en de

Pr oe

taak die hij heeft in de populatie.

S Afb. 82 In het geslacht Myrmecocystus kunnen de werksters hun achterlijf laten opzwellen, zodat daar voedingsstoffen voor de andere mieren in de kolonie kunnen worden opgeslagen.

THEMA 03

hoofdstuk 3

3.2 Erfelijke epigenetische modificaties Om de overerving van epigenetische modificaties bij zoogdieren te onderzoeken, gebruiken wetenschappers vaak muizen. De gameten – eicellen en zaadcellen – zijn celtypes waarin bepaalde genen tot expressie komen en andere niet. Het expressiepatroon wordt onder meer bepaald door epigenetische modificaties, zoals methylering. Opdat zich uit die zeer gespecialiseerde cellen een embryo zou kunnen ontwikkelen, worden de meeste methyleringen op het DNA tijdens de eerste week van de embryonale ontwikkeling verwijderd. Daardoor kunnen

de embryonale cellen zich ontwikkelen tot alle mogelijke celtypes. Het verwijderen en vervolgens opnieuw aanbrengen van methyleringen tijdens de ontwikkeling van het embryo noem je

epiblast

Eerste golf van herprogrammering: methylgroepen op het DNA van de embryonale cellen worden verwijderd en daarna worden er nieuwe aangebracht.

gameten: gespecialiseerde cellen met veel methylgroepen

hypoblast

zygote

herprogrammering. Dat speelt een belangrijke rol bij de celdifferentiatie.

Tweede golf van herprogrammering: methylgroepen op het DNA van de kiemcellen worden verwijderd en gehermethyleerd tijdens de gametogenese.

gameten: gespecialiseerde cellen met veel methylgroepen

S Afb. 83 De herprogrammering van embryonale cellen en kiemcellen

De embryonale cellen waaruit de kiemcellen zullen ontstaan, ondergaan een tweede golf van

herprogrammering. De kiemcellen zijn de voorlopers van de geslachtscellen. Het grootste deel van de methylgroepen in het genoom van de kiemcellen wordt verwijderd. Het opnieuw methyleren van hun DNA tijdens de gametogenese is een lang proces, dat start in de tweede week van de

fv er

embryonale ontwikkeling en voortloopt tot in de laatste stadia van de eicel- of zaadcelrijping. Het is net door die herprogrammering dat wetenschappers lange tijd twijfelden over de overerving van een methyleringspatroon door opeenvolgende generaties. Bij een experiment met muizen toonde men echter recent aan dat dat wel degelijk mogelijk is.

Pr oe

In een embryonale stamcel van een muis bracht men kunstmatig methyleringen aan in de promotorregio van twee genen die een rol spelen in het metabolisme. Door de aangebrachte methylering werden die genen niet meer tot expressie gebracht. De gemanipuleerde stamcel werd in een muizenembryo gebracht. Men plaatste het embryo in de baarmoeder van een draagmoeder. In de maanden na de geboorte groeide het jong uit tot een obese muis met te hoge cholesterolniveaus in het bloed. Men kweekte vier generaties nakomelingen van die muis, en bij elke generatie zag men hetzelfde fenotype. Daarmee werd aangetoond dat de aangebrachte methylering van DNA overerfbaar is. Hoe dat gebeurt, blijft voorlopig nog onduidelijk.

THEMA 03

hoofdstuk 3

embryonale stamcel met methylering in promotorregio van twee genen

inplanting in een achtcellig muizenembryo en plaatsing van embryo in baarmoeder van draagmoeder

F2 P

Wat wel vaststaat, is dat de omstandigheden tijdens de zwangerschap een invloed kunnen hebben op het kind na de geboorte. Vorig jaar leerde je al dat de kinderen die verwekt werden tijdens de hongerwinter in 1945 in Nederland, daar

W Afb. 84 Zowel de gemanipuleerde muis als haar nageslacht is obees. Dat is te wijten aan de gericht aangebrachte methylering in twee genen bij de P-generatie. Links zie je een niet-gemanipuleerde muis.

Zowel de gemanipuleerde muis (P-generatie) als het kleinkind (F2) draagt de extra methylering. Ze vertonen hetzelfde fenotype.

niet-gemanipuleerde muis

tijdens hun hele verdere leven gevolgen van ondervonden. Dat is te wijten aan een gewijzigd methyleringspatroon bij het kind.

Tijdens het proces van hermethylering van het DNA zijn

de embryonale cellen zeer kwetsbaar. Uit onderzoek blijkt dat bepaalde moleculen die het methylatiepatroon beïnvloeden, ervoor kunnen zorgen dat het embryo afwijkingen oploopt.

Een voorbeeld daarvan is alcohol. Kinderen van wie de moeder tijdens de zwangerschap veelvuldig alcohol gebruikt, kunnen

het foetaal alcoholsyndroom ontwikkelen.

S Afb. 85 Alcohol tijdens de zwangerschap kan leiden tot het foetaal alcoholsyndroom.

Momenteel voert men studies uit om te onderzoeken of epigenetische modificaties bij de mens

fv er

worden doorgegeven aan generaties die nooit werden blootgesteld aan de onderzochte factor. Voor een zwangere vrouw die alcohol gebruikte tijdens haar zwangerschap, zou dat betekenen dat haar achterkleinkind de gevolgen daarvan ondervindt. Dergelijke overerving is bij de mens nog niet bewezen. Bij planten en schimmels is wel aangetoond dat epigenetische modificaties worden

Pr oe

doorgegeven aan de volgende generatie.

WEETJE

Bij mensen is het onderzoek naar epigenetische overerving moeilijker dan bij laboratoriumdieren.

• Mensen hebben een langere generatietijd dan muizen. Het is dus heel tijdrovend om te onderzoeken of een bepaald kenmerk over meerdere generaties wordt doorgegeven.

• De genetische diversiteit tussen mensen is veel groter dan bij laboratoriumdieren. Het is moeilijk om de invloed van die diversiteit uit te sluiten.

• Bovendien is het vanuit ethisch oogpunt onaanvaardbaar om experimenten met mensen op te zetten.

THEMA 03

hoofdstuk 3

VOORBEELD VLASBEKJE

S Afb. 86 Twee varianten van Linaria vulgaris. Links zie je de normale vorm, rechts de bloem met meerdere symmetrieassen.

Bij het vlasbekje is de bloem tweezijdig symmetrisch. Dat wil zeggen dat je een as kunt tekenen die de bloem in twee gelijke helften verdeelt. Er bestaat ook een variant die een bloem bezit met meerdere symmetrieassen. Dat is te wijten aan een epigenetisch verschil. Een gen dat doorgegeven aan de volgende generatie.

VOORBEELD GISTEN

belangrijk is bij de bloemsymmetrie, wordt stilgelegd door een methylering. Dat patroon wordt

Schimmelinfecties worden behandeld met

antimycotica. Schimmels zijn in staat om resistentie te ontwikkelen tegen die middelen. Tot voor kort dacht men dat die resistentie

veroorzaakt werd door mutaties in het DNA. Maar

onderzoek bij de gist Schizosaccharomyces pombe toont aan dat epigenetische modificaties

aan de basis liggen van de resistentie.

Onderzoekers voegden cafeïne toe aan

fv er

het groeimedium van de gist. Cafeïne is toxisch voor de gist, net zoals antimycotica. Sommige gistcellen werden resistent tegen de cafeïne.

S Afb. 87 Men gebruikt Schizosacharomyces pombe als modelorganisme in de celbiologie.

DNA-onderzoek wees uit dat er geen wijziging in de basensequentie was opgetreden. De resistente gisten bleken meer DNA in de vorm van heterochromatine te bezitten dan niet-resistente gisten. Die eigenschap werd doorgegeven aan

Pr oe

de dochtercellen.

Epigenetische modificaties zijn wijzigingen in de methylgroepen op de nucleotiden of de histoneiwitten waarrond DNA gewikkeld zit. Ze kunnen erfelijk of niet-erfelijk zijn. Overerving van epigenetische modificaties over meerdere generaties heen werd al aangetoond voor planten, schimmels en zoogdieren. Bij de mens is er nog geen zekerheid. Wat wel vaststaat, is dat de omstandigheden tijdens de zwangerschap een invloed kunnen hebben op het kind na de geboorte.

THEMA 03

hoofdstuk 3

AAN DE SLAG

Beantwoord de vragen aan de hand van

Puntmutaties resulteren in de wijziging van

de afbeelding.

één basenpaar.

Glu

b Stille mutaties komen niet tot uiting in

Asp

het fenotype. c

Ala

Bij een translocatie wordt een deel van een chromosoom uitgewisseld tussen twee

Val

chromosomen. d Een substitutie resulteert altijd in een gewijzigd

3’ Arg

fenotype. 2

Ser Lys

Welk soort mutatie komt voor bij het hemoglobine-

Phe

C A G U C A G

Leu G U

C G A A

Tyr

A C U G A C

Pro

Gln

Arg

Ile

STA RT

hemoglobine-eiwit een mutatie waarbij er één aminozuur

OP ST P A STO G Cys U C STOP A Trp G 3’ U C Leu A G U C

His

Met

b een mutatie die leidt tot een korter

U 5’

Ser C

Thr

een mutatie die resulteert in één gewijzigd aminozuur

C U G A C U G A C U G A

Asn

eiwit bij sikkelcelanemie? a

3’ Gly

Welke stelling over mutaties is fout?

3’

Welke aminozuursequentie wordt gecodeerd door de volgende sequentie op de template

ontbreekt

streng: AGG CGT CCT GGA?

Wat is een nonsense-mutatie?

Wat is het nut van antioxidanten?

b Een mutatie in de DNA-sequentie leidt tot de volgende aminozuursequentie: serine-glycineglycine-proline. Kan dat te wijten zijn aan

Ze verminderen de schade die zuurstofgas aanbrengt in rode bloedcellen.

een mutatie waarbij er één nucleotide wordt

in de cel.

Een wetenschapper onderzocht het effect van wijzigingen in de aminozuursequentie van een enzym. De wijzigingen zijn allemaal het gevolg van

vrije radicalen.

een substitutie van één base. Het enzym is een

d Ze reageren met vrije radicalen, die daardoor onschadelijk worden gemaakt.

polypeptide van 465 aminozuren. In de tabel zie je het resultaat van drie substituties.

Bij mensen met het Patau-syndroom is het aantal chromosomen gewijzigd. Alle lichaamscellen

POSITIE

bezitten de chromosoommutatie. Op de afbeelding zie je hoe het karyogram van een patiënt met het

Pr oe

Ze herstellen mutaties die ontstaan zijn door

fv er

b Ze zorgen voor de vorming van vrije radicalen

toegevoegd? Hoe?

Patau-syndroom eruitziet.

AMINOZUUR DAT WORDT INGEBOUWD DOOR DE MUTATIE

CORRECTE AMINOZUUR

203

Val

Ala

279

Glu

Lys

300

Glu

Lys

Welke substitutie van één base in het DNA kan ervoor zorgen dat valine wordt vervangen door alanine op positie 203? a

CAA → CGA

b GUU → GCA c a

Welke afwijking zie je in het karyogram?

GUU → GUC

d CAC → CGG

b Hoe kan die afwijking ontstaan zijn? c

Leg uit waarom alle cellen van de patiënt een afwijkend aantal chromosomen bezitten.

Meer oefenen? Ga naar THEMA 03

. hoofdstuk 3 - AAN DE SLAG

HOOFDSTUKSYNTHESE

Spontane mutatie mutatie in de basensequentie van het DNA die plots en willekeurig ontstaat Oorzaak

Geïnduceerde mutatie mutatie die wordt uitgelokt door mutagenen

Genmutatie Slechts één of enkele nucleotiden zijn gewijzigd.

si fv er

Pr oe

Effect op het eiwit

Epigenetische modificaties zijn aanpassingen van het DNA zonder wijzigingen in de sequentie (zowel erfelijk als niet-erfelijk).

THEMA 03

SYNTHESE hoofdstuk 3

Chromosoommutatie De structuur van een chromosoom is gewijzigd.

Organisatieniveau

Mutaties zijn erfelijke wijzigingen in de basensequentie van het DNA.

Genoommutatie Het aantal chromosomen is gewijzigd door een non-disjunctie.

Verliesmutatie mutatie die resulteert in een slechter of niet-functionerend eiwit: missense-, nonsense- en frameshiftmutatie Neutrale mutatie mutatie die resulteert in een nucleotidesequentie die voor hetzelfde aminozuur of een aminozuur met gelijkaardige eigenschappen codeert

Winstmutatie mutatie die resulteert in een eiwit met een verbeterde functie

VIDEO

kennisclip

T A

3’

C G

niet-gemuteerd DNA

3’

T A

5’

3’ 5’ 5’

deletie deletie

3’

5’

C G

3’

5’

substitutie substitutie = puntmutatie

Voorbeeld: sikkelcelanemie

Voorbeeld: cri-du-chat

insertie insertie

B inversie inversie

translocatie translocatie

Pr oe

fv er

deletie deletie

Voorbeelden: sikkelcelanemie, mucoviscidose

T A

5’

insertie insertie

Voorbeeld: trisomie-21

5’

Voorbeelden: ioniserende straling, uv-straling, benzopyreen

5’

Voorbeelden: depurinatie, deaminatie, breuken in het DNA

Voorbeeld nieterfelijke modificatie: kastesysteem bij mieren

THEMA 03

SYNTHESE hoofdstuk 3

fv er

Pr oe © VA

THEMA 04

BIOTECHNOLOGIE

Door klimaatverandering hebben sommige gewassen het moeilijk. Periodes waarin weinig of geen neerslag valt, veroorzaken mislukte oogsten. Met behulp van biotechnologie hebben wetenschappers een droogtebestendige maïssoort ontwikkeld. Net als bij andere planten is er bij maïs een gen gekend dat codeert voor een enzym dat betrokken is bij de synthese van het plantenhormoon ethyleen (etheen). Ethyleen brengt de plant in een soort ‘overlevingsmodus’: het metabolisme werkt op een lager pitje, totdat

Pr oe

fv er

dat enzym, wat leidt tot een betere opbrengst tijdens droogtemaanden.

de plant betere omstandigheden heeft. De genetisch gemodificeerde maïs kent een hogere productie van

` Wat is de oorsprong van biotechnologie? ` Binnen welke domeinen wordt biotechnologie toegepast? ` Welke biotechnologische technieken bestaan er? ` Welke ethische overwegingen zijn er omtrent biotechnologie? We zoeken het uit!

VERKEN

JE KUNT AL ...

• overervingsmechanismen beschrijven en

• de structuur van DNA uitleggen; • het proces van DNA-replicatie, transcriptie en

toepassen; • de functie van micro-organismen in

translatie beschrijven;

bijvoorbeeld de bereiding van voedsel

• beschrijven hoe genmutaties grote veranderingen in de genexpressie kunnen

uitleggen.

veroorzaken, waardoor er bijvoorbeeld

Pr oe

fv er

JE LEERT NU ...

sikkelcelanemie ontstaat.

• wat klassieke en moderne biotechnologie inhouden; • wat genetische gemodificeerde organismen (ggo’s) zijn; • toepassingen van biotechnologie vanuit een ethisch standpunt benaderen.

THEMA 04

verken

H2 • de werking en principes van enkele technieken die DNA bestuderen; • hoe wetenschappers gericht DNA kunnen manipuleren; • hoe biotechnologie aan de basis kan liggen van een therapie.

HOOFDSTUK 1

Î Biotechnologie, een groeiend onderzoeksdomein De kennis over DNA en celprocessen zoals eiwitsynthese en DNA-replicatie heeft geleid tot de ontwikkeling van een nieuw onderzoeksdomein: de biotechnologie. In dit eerste hoofdstuk leer je wat biotechnologie inhoudt, ga je dieper in op de ethische vragen die leven rond biotechnologie.

LEERDOELEN

en bestudeer je enkele toepassingen van biotechnologie binnen verschillende gebieden. In het laatste deel

M Het verschil tussen klassieke en moderne biotechnologie beschrijven M Voorbeelden van toepassingen van biotechnologie kort beschrijven

M Uitleggen wat we verstaan onder genetisch gemodificeerde organismen (ggo’s)

Klassieke en moderne biotechnologie

M Het maatschappelijk debat rond biotechnologie kritisch benaderen

Technieken zoals het kruisen van dieren of planten of het gebruik van micro-organismen om

voedsel te bereiden, worden al eeuwen toegepast. Het zijn voorbeelden van biotechnologie. Biotechnologische toepassingen waarbij de mens niet rechtstreeks sleutelt aan het DNA van het organisme, deelt men in bij de klassieke biotechnologie. Die technieken spelen nog altijd

Pr oe

fv er

een prominente rol in de landbouw en de voedingsindustrie.

S Afb. 47 Het Belgisch witblauw is het resultaat van het jaren gericht kruisen van dieren.

‘Biotechnologie’ komt van de Griekse woorden βιος (bios, ‘leven’) en τεγνικος (technikos, ‘gebruik’). Het betekent dus letterlijk ‘het gebruik van het leven’.

artikel: 3 200 jaar oude kaas VIDEO

S Afb. 48 Een vondst van 3 200 jaar oude kaas in een Egyptische graftombe

Het kruisen van soorten om bepaalde eigenschappen in de soort te verbeteren, noem je ‘veredelen’. Dat kent echter twee beperkingen: • Binnen één soort kan een kweker een specifieke eigenschap selecteren, bijvoorbeeld de spierkracht van een hondensoort of de kleur van een bloem. Twee verschillende soorten kruisen is in principe echter niet mogelijk. Je spreekt van de soortbarrière. • Bij het kruisen van planten en dieren worden niet alleen de gewenste, maar ook andere eigenschappen overgedragen. Daardoor kan het soms generaties lang duren voordat men variëteiten of rassen met enkel de gewenste eigenschappen verkrijgt. THEMA 04

hoofdstuk 1

Sinds de jaren 1970 kunnen wetenschappers gericht ingrijpen in het erfelijk materiaal van een organisme. De technieken die daarvoor gebruikt worden, behoren tot de moderne biotechnologie. Wanneer DNA geanalyseerd of aangepast wordt, spreek je van DNAtechnologie of gentechnologie. DNA-technologie wordt gebruikt in de moleculaire biologie, het onderzoeksdomein dat celprocessen bestudeert op het moleculaire niveau.

WEETJE

Technieken uit de DNA-technologie kunnen ook worden toegepast op het niveau van het RNA. Zo konden wetenschappers met behulp van biotechnologische technieken snel het erfelijk materiaal ontrafelen van

het RNA-virus dat COVID veroorzaakt. Op basis daarvan ontwikkelden ze een informatie om de spike-eiwitten aan te maken die voorkomen op het virus. Het immuunsysteem herkent dat als lichaamsvreemd en zal er antistoffen

LABO XX

S Afb. 49 Het mRNA-vaccin gericht tegen COVID werd ontwikkeld met behulp van biotechnologie.

tegen maken.

mRNA-vaccin. Dat vaccin bevat de

DNA-technologie wordt vaak gebruikt om

gericht genetische aanpassingen uit te voeren. Zo bekomt men een genetisch gemodificeerd

organisme (ggo). Afhankelijk van de oorsprong van de aanpassing spreek je van:

• transgene organismen: het organisme

bezit erfelijk materiaal van een andere soort. Moderne biotechnologie maakt

fv er

het mogelijk om genen over te zetten

tussen soorten die normaal niet kruisen;

• cisgene organismen: het DNA van het organisme zelf wordt aangepast of DNA van een organisme van dezelfde

soort wordt toegevoegd. Cisgenese

S Afb. 50 De katoenplant was een van de eerste transgene ggo’s die ontwikkeld werden in de landbouw. Ze zorgde voor een grotere opbrengst en minder gebruik van pesticiden.

Pr oe

wordt bijvoorbeeld gebruikt tussen appelvariëteiten. Natuurlijke genen voor resistentie tegen schurft worden overgebracht, waardoor er minder bestrijdingsmiddelen nodig zijn.

Toepassingsgebieden van biotechnologie

Men deelt biotechnologie vaak in vier toepassingsgebieden in: de rode, groene, witte en blauwe biotechnologie. Je ontdekt ze op de volgende pagina.

THEMA 04

hoofdstuk 1

RODE BIOTECHNOLOGIE Rode biotechnologie is gericht op de gezondheidszorg en/of biofarmaceutische doelen.

Sommige diabetici zijn niet in staat om insuline aan te maken. Vroeger werden die patiënten behandeld met insuline die geïsoleerd was uit de pancreas van runderen en varkens. Maar één varkenspancreas leverde slechts insuline op voor een behandeling van één week voor één patiënt.

Ontdek nog andere toepassingen.

In 1982 ontwikkelden onderzoekers genetisch gewijzigde bacteriën die menselijke insuline

VIDEO

aanmaken. Die gemodificeerde insuline is nu overal ter wereld te koop.

op de genetische modificatie van planten voor de landbouwen voedingsindustrie.

sterfte van insecten, waardoor de biodiversiteit

Groene biotechnologie is gericht

Intensief gebruik van insecticiden zorgt voor massale daalt. Insecticiden schaden op lange termijn ook

onze gezondheid, bijvoorbeeld door in te werken op

GROENE BIOTECHNOLOGIE

ons hormoonstelsel. De ontwikkeling van transgene

planten kan ervoor zorgen dat er minder insecticiden nodig zijn voor plaagbestrijding. Biotechnologen

Ontdek nog andere toepassingen.

identificeerden een bacterieel gen dat codeert voor enzymen die betrokken zijn bij de synthese van

VIDEO

een natuurlijke toxine die het spijsverteringsstelsel

van insecten verlamt. Door dat succesvol in te brengen in het genoom van een tabaksplant, maakt de plant zelf de toxine aan en is het niet meer nodig

om insecticiden te gebruiken.

WITTE BIOTECHNOLOGIE

aardolie. Witte biotechnologie maakt het mogelijk om aardolie als basisstof te vervangen door bio-

fv er

Witte biotechnologie is gericht op

In de petrochemie synthetiseert men plastic uit

de productie of afbraak van chemische stoffen

op industriële schaal. Ontdek nog andere toepassingen.

Pr oe

VIDEO

BLAUWE BIOTECHNOLOGIE Blauwe biotechnologie is gericht op een efficiënte en duurzame vorm van visserij, aquacultuur en het gebruik van mariene hulpbronnen.

ethanol. Bio-ethanol kan worden geproduceerd uit stro of overschotten uit de landbouw. Dat vereist het gebruik van enzymen die de polysachariden afbreken tot kleinere suikers. Vervolgens worden die sachariden dan via genetisch gemodificeerde micro-organismen omgezet tot bio-ethanol.

Algen zijn potentiële producenten van biobrandstoffen en kunnen dienen als een basisbestanddeel van chemische producten (zoals verf) en voedsel. Biotechnologen onderzoeken daarom hoe algen duurzaam en economisch rendabel kunnen worden gekweekt.

Ontdek nog andere toepassingen. VIDEO

THEMA 04

hoofdstuk 1

Hoewel biotechnologie directe toepassingen belooft en veel verwachtingen schept, is er vaak een lange weg tussen de experimentele fase en de productionele fase. Het duurt vaak enkele jaren tot meerdere decennia voordat een toepassing op grote schaal kan worden uitgerold als therapie of voedingsmiddel. De rol van multinationals in de wereldwijde productie en de bijbehorende hoge kost zijn een bepalende factor. Als voorbeeld bekijken we gouden rijst.

VOORBEELD GOUDEN RIJST een vitamine A-tekort. Dat kan leiden tot blindheid, een verminderde werking van het

immuunsysteem en huidproblemen. Ook leidt het bij kinderen tot groeiachterstand en zelfs

de dood. Gouden rijst is een verzamelnaam voor rijstvariëteiten die na genetische modificatie

hogere gehaltes aan vitamine A bevatten en daarom een gele korrel hebben. Aan de transgene rijstsoorten werden genen uit narcissen en bacteriën toegevoegd. Ook de gouden banaan

Vitamine A is essentieel voor de aanmaak van retinal, het lichtgevoelige pigment in onze ogen.

Door een eenzijdig voedingspatroon kampen veel mensen in ontwikkelingslanden met

werd op die manier ontwikkeld. Gouden rijst en gouden banaan kunnen worden gebruikt om

een vitamine A-tekort te bestrijden.

S Afb. 51 Gouden rijst (links) en gouden banaan (rechts) bevatten na genetische wijziging meer vitamine A.

De volgende tijdlijn toont aan hoelang het duurde vooraleer het transgene voedingsmiddel werd goedgekeurd. Een bijkomend probleem is het feit dat het product moeilijk zijn doelgroep

fv er

bereikt, namelijk ontwikkelingslanden.

start van het onderzoek door wetenschappers Ingo Potrykus en Peter Beyer

1999

prototype gouden rijst klaar

2000

start samenwerking met Syngenta, een biotechbedrijf dat actief is in de landbouw

2001

start van veredelingsprogramma’s met lokale rijstrassen in de Filipijnen

2004

eerste veldproef in de Verenigde Staten

2005

Syngenta ontwikkelt tweede versie met hogere provitamine A-productie

2008

eerste veldproef in de Filipijnen

2013

proefveld in de Filipijnen vernietigd

2015

start proefvelden in Bangladesh

2020

commerciële teelt in de Filipijnen goedgekeurd

Pr oe

1991

De ontwikkeling van gouden rijst als ggo kent voor- en tegenstanders. Zo pleit Greenpeace voor voorzichtigheid, terwijl 109 Nobelprijswinnaars in een open brief alle regeringen wereldwijd opriepen om geen gehoor te geven aan de Greenpeace-campagne.

THEMA 04

hoofdstuk 1

Biotechnologie en ethiek

Fluorescente schapen geboren in Uru

guay

In Uruguay zijn schapen geboren die oplichten onder ultraviolet licht. Het gaat niet om een speling van de natuur: de schapen werden genetisch aangep ast met een gen dat codeert voor een fluorescerend eiwit van een kwal. Naar: demorgen.be

Biotechnologie wordt ook gebruikt om spectaculaire, populistische veranderingen in organismen

tot stand te brengen. Dat leidde bijvoorbeeld tot de geboorte van varkens, fruitvliegen,

zebravissen, muizen, varkens en schapen met fluorescerende eigenschappen. Biotechnologie is

VOORBEELD GENEESKUNDE (RODE BIOTECHNOLOGIE) Toepassingen van biotechnologie in

HOOG IQ

de farmacie en geneeskunde kennen

tijdens de embryonale ontwikkeling op te sporen en te genezen. Aan de andere

PERFECT ZICHT GEEN GENETISCHE ZIEKTES ATLETISCHE VAARDIGHEDEN LAAG RISICO OP ALZHEIMER EN HARTINFARCT

naar eugenetica (rasverbetering).

kant vormt het een potentiële opstap

meestal een breed draagvlak. Zo biedt biotechnologie ons de kans om ziektes al

daarom vaak het onderwerp van een maatschappelijk debat.

fv er

S Afb. 52 De eugenetica streeft ernaar om de genetische samenstelling van een populatie te verbeteren.

VOORBEELD LANDBOUW (GROENE BIOTECHNOLOGIE) Ggo’s uit de groene biotechnologie

zijn erg omstreden. Zo werd in 2011 een proefveld met genetisch

Pr oe

gemodificeerde aardappelen in Wetteren grotendeels vernield door actievoerders van Field Liberation Movement. Met de veldproef wilden wetenschappers een aardappelvariëteit testen die via modificatie resistent werd gemaakt tegen de aardappelziekte Phytophthora.

S Afb. 53 Actievoerders vernietigen een ggo-proefveld in Wetteren.

Parallel met de kansen die de wetenschap biedt, is er een maatschappelijk debat ontstaan over de grenzen waarbinnen ze kunnen worden toegepast. Zo houdt bio-ethiek zich bezig met de ethische aspecten van menselijke ingrepen. De opmaak van een goed wettelijk kader is van belang.

THEMA 04

hoofdstuk 1

WEETJE Het telen van genetisch gemodificeerde gewassen wordt wereldwijd opgevolgd door de lokale wetgeving. Het wordt pas toegelaten als er voldoende bewijs is dat het gewas onschadelijk is voor mens, dier en milieu. De Europese ggo-regelgeving is een van de strengste ter wereld. Daardoor worden er in Europa, in tegenstelling tot in Noord- en Zuid-Amerika, nauwelijks ggo-gewassen geteeld en gegeten. Veelvoorkomende ggo-landbouwgewassen zijn maïs, soja en suikerbiet. Ze worden niet in Europa geteeld, maar wel gebruikt als veevoeding. Ggo’s kunnen daardoor wel aanwezig zijn in geïmporteerd en verwerkt voedsel

dat we in de supermarkt kopen. In Europa moet de aanwezigheid van ggo’s op het etiket worden vermeld als het percentage hoger dan 0,9 % is. Met een groeiende wereldpopulatie en de klimaatverandering valt het te

verwachten dat ggo’s een steeds belangrijkere rol zullen spelen in onze maatschappij.

hectare verbouwing met ggo-gewassen > 10 miljoen > 1 miljoen

≤ 1 miljoen

geen duidelijke gegevens

fv er

S Afb. 54 Kaart met de verspreiding van ggo-gewassen wereldwijd

Biotechnologie wordt opgedeeld in: • klassieke biotechnologie: selectief planten/dieren kruisen en micro-organismen gebruiken om voedsel te bereiden;

Pr oe

• moderne biotechnologie: met behulp van moleculaire technieken gericht DNA van organismen wijzigen, zodat ze kunnen worden benut voor specifieke toepassingen.

Genetisch gemodificeerde organismen (ggo) zijn: • transgeen wanneer ze erfelijk materiaal van een andere soort hebben ontvangen;

• cisgeen wanneer ze erfelijk materiaal van dezelfde soort hebben ontvangen.

Afhankelijk van het toepassingsgebied onderscheidt men: • rode biotechnologie: gezondheidszorg en/of biofarmaceutische doelen; • groene biotechnologie: landbouwen voedingsindustrie;

• witte biotechnologie: industriële productie of afbraak van chemische stoffen; • blauwe biotechnologie: visserij en aquacultuur.

Biotechnologie omvat kansen, maar ook uitdagingen voor de maatschappij. Vanuit de wetenschap én vanuit de maatschappij moet er een duidelijk ethisch en wettelijk kader rond biotechnologie worden opgesteld.

THEMA 04

hoofdstuk 1

AAN DE SLAG Geef een definitie voor de onderstaande begrippen. a

De ontwikkeling van DNA-technologie en

cisgeen organisme

toepassingen ervan worden in de samenleving

b transgeen organisme

voortdurend ter discussie gesteld. Er rijzen ethische

vragen naar mogelijke nadelen voor gezondheid,

ggo

landbouw, voeding en milieu. 2

Het bedrijf Those Vegan Cowboys produceert kaas

Formuleer zelf enkele vragen over

zonder dat er een koe aan te pas komt. Zoek op het

de toepassingen van DNA-technologie en

internet een antwoord op de onderstaande vragen.

de maatschappelijke gevolgen ervan, of kies een van de onderstaande voorbeeldvragen.

Is het toegelaten om baby’s te selecteren

op uiterlijke kenmerken?

Hebben mensen met een handicap niet

evenveel recht om ter wereld te komen?

Willen we diversiteit beknotten door selectie en manipulatie?

Is het een goed idee om het genoom van jezelf en je kinderen te kennen?

Leidt het gebruik van ggo’s tot

milieuvriendelijkere landbouw?

S Veganistische kaas

over ggo’s in voeding?

Tot welk toepassingsgebied van de

aanleggen, bijvoorbeeld voor forensisch

b Welke organismen zijn betrokken?

fv er

Ga op zoek naar drie etiketten van voedingswaren waar ggo’s in verwerkt zijn.

Pr oe

onderzoek?

Welke voordelen biedt de biotechnologische toepassing?

Wordt de privacy voldoende beschermd

wanneer men DNA-databanken wil

biotechnologie behoort het voorbeeld? c

Krijgt de consument voldoende informatie

b Werk met een groepje een of meerdere vragen uit. c

Wissel met andere groepjes vragen, antwoorden en bedenkingen uit. Probeer daarbij een genuanceerde mening te vormen en te verdedigen in een debat met je medeleerlingen.

Meer oefenen? Ga naar

THEMA 04

hoofdstuk 1 - AAN DE SLAG

HOOFDSTUK 2

Î Biotechnologische technieken

In hoofdstuk 1 heb je kennisgemaakt met nieuwe ontwikkelingen binnen de biotechnologie. In dit hoofdstuk bespreken we enkele technieken om DNA te bestuderen of aan te passen. Bij elke techniek lichten we

het specifieke doel en de principes toe, en tonen we hoe ze gebruikt wordt in de geneeskunde, de landbouw of

LEERDOELEN

de industrie.

M Uitleggen wat de werking en de principes zijn van enkele DNA-technologische technieken

M Toepassingen van DNA-technologie weergeven en interpreteren

DNA vermenigvuldigen: de PCR-techniek

enzymatische reacties waarbij in vitro DNA-vermenigvuldiging gebeurt op een manier die vergelijkbaar is met DNA-replicatie in een cel.

De PCR-techniek stelt een onderzoeker in staat om vanuit enkele DNA-moleculen een specifiek gekozen DNA-fragment massaal te vermenigvuldigen. Als de aanwezigheid van een specifiek DNA-fragment kan worden aangetoond, kan dat bijvoorbeeld een identificatiemiddel zijn voor

een bepaalde ziektekiem.

WEETJE

fv er

De polymerase chain reaction (polymerasekettingreactie) of PCR-techniek maakt gebruik van

De PCR-techniek werd in 1983 ontwikkeld door de Amerikaanse biochemicus Kary Banks Mullis (1944-2019). Mullis is niet alleen bekend door die ontdekking, waarvoor hij in 1993 de Nobelprijs voor Scheikunde won, maar kwam ook in

Pr oe

het nieuws door een aantal ideeën die verder door vrijwel geen van zijn vakgenoten en andere collega-wetenschappers worden gedeeld. Zo beweerde hij in een publicatie dat het hiv-virus niet de oorzaak zou zijn van aids.

THEMA 04

hoofdstuk 2

W Afb. 55 Kary Banks Mullis

1.1

Principe van de PCR-techniek

PCR is gebaseerd op het proces van DNA-replicatie. Aan het DNA-staal worden daarom een DNApolymerase en afzonderlijke nucleotiden toegevoegd. • Tijdens de PCR-reactie wordt het staal verwarmd tot 95 °C. Daarom is een hittestabiele DNA-polymerase nodig. Een voorbeeld is de DNA-polymerase geïsoleerd uit de bacterie Park (VS). Men spreekt daarom van Taq-DNA-polymerase. Het enzym heeft een optimale werkingstemperatuur van 72 °C en blijft stabiel tot 95 °C, wat uitzonderlijk is voor een eiwit.

Thermus aquaticus, die onder andere voorkomt in warmwaterbronnen in Yellowstone National

• De vier noodzakelijke nucleotiden worden aangebracht als deoxynucleotiden, de zogenoemde dNTP’s: dATP, dGTP, dTTP en dCTP. De afsplitsing van telkens twee fosfaatgroepen levert

energie voor de aanmaak van de nieuwe DNA-strengen. DNA-polymerase kan alleen een bestaande keten verlengen. Daarom voegt men korte

enkelstrengige DNA-strengen (twintig tot dertig nucleotiden lang) aan het staal toe: de primers. het DNA-fragment dat men wil vermenigvuldigen. • De reverse primer bindt aan de 5’-3’-DNA-streng. • De forward primer bindt aan de 3’-5’-DNA-streng.

Een PCR-toestel bestaat in essentie uit een verwarmingselement dat zeer snel de kamer in het toestel kan

WEETJE

Men voegt twee verschillende primers toe. Elke primer is complementair aan één uiteinde van

duurt maar enkele minuten.

opwarmen of afkoelen. Eén cyclus In de kamer brengt men de stalen aan

in kleine buisjes (eppendorfbuisjes). Tijdens een PCR-test werkt men

fv er

immers met kleine volumes, in de orde van enkele µL.

S Afb. 56 Een wetenschapper plaatst eppendorfbuisjes met DNA-stalen in een PCR-toestel.

Het totale reactiemengsel moet maar één keer worden gemaakt, waarna het proces

Pr oe

geautomatiseerd verloopt. De PCR-techniek omvat in totaal twintig tot dertig temperatuurcycli, die telkens uit dezelfde drie stappen bestaan. Daarom spreek je van een kettingreactie.

THEMA 04

hoofdstuk 2

1.2

Opbouw van één PCR-cyclus

• Denaturatie

te vermenigvuldigen DNA-fragment

5’

Tijdens de denaturatie openen de DNAdubbelstrengen. Door de DNA-oplossing

3’

5’

tot 95 °C op te warmen, worden de waterstofbruggen tussen de stikstofbasen de nucleotiden van de ruggengraat van

nucleotiden (A, C, G, T) Taq-DNA-polymerase 95 °C – 30 s primers

verbroken. De covalente bindingen tussen de DNA-enkelstrengen zelf worden daarbij

denaturatie (scheiden van DNA-strengen)

niet verbroken. 5’

3’

Annealing is het aanhechten van de twee primers op de verkregen DNAhet enkelstrengige DNA op de unieke sequentie waarmee ze complementair zijn. Ze moeten oordeelkundig gekozen worden afhankelijk van het DNA-stuk dat men wil vermenigvuldigen. Het gewenste

40-60 °C – 1 min

enkelstrengen. De primers binden aan

5’

• Annealing

DNA-fragment wordt dus afgelijnd door de een lagere temperatuur dan de denaturatie,

3’

5’

3’ 5’

3’

forward primer

primers. De aanhechting vindt plaats bij

annealing (aanhechten van de twee primers)

5’

reverse primer 3’

5’

meestal tussen de 40 en 60 °C, afhankelijk

72 °C – 2 min

• Elongatie

van de gebruikte primer.

elongatie (ketenverlenging vanaf primer)

Als de twee primers hun plaats hebben

5’

ingenomen, kan de aanhechting van

3’

fv er

complementaire nucleotiden starten. Dat is de elongatie. Bij een temperatuur van 72 °C zal Taq-DNA-polymerase op de DNA-

3’

5’

enkelstrengen vrije nucleotiden aanhechten vanaf de gebonden primers. Omdat DNApolymerasen alleen kunnen werken in

Pr oe

de 5’-3’-richting, zullen ze de primers verlengen vanaf hun 3’-uiteinde.

overtollig DNA

gewenst DNA-fragment

overtollig DNA

S Afb. 57 Schematische voorstelling van de drie stappen in een PCR-cyclus

WEETJE

Wanneer onderzoekers een RNA-staal met een gekende sequentie willen opsporen of amplificeren, maken ze gebruik van een aangepaste PCR-techniek. Om dat mogelijk te maken, moet het RNA eerst worden omgezet naar DNA, dat je dan copyDNA (cDNA) noemt. Dat proces wordt in vitro gekatalyseerd door het enzym reverse-transcriptase (RT). Je spreekt bij RNA-stalen daarom van de RT-PCR-test. Hiv is een RNA-virus. Vroeger zocht men in het bloed van het slachtoffer naar antistoffen tegen hiv, maar dan kon de besmetting pas in een later stadium worden vastgesteld. De RT-PCR-test maakt het mogelijk om na te gaan of een patiënt besmet is met het virus. Met behulp van RT-PCR kan men ook nagaan of antivirale chemotherapie aanslaat of niet.

THEMA 04

hoofdstuk 2

1.3 Exponentiële toename van het gewenste DNA-fragment Na de eerste cyclus zijn de twee verkregen DNA-dubbelstrengen langs beide zijden nog te lang. Dat komt doordat de primer alleen het begin en de richting van de replicatie vastlegt, maar niet het eindpunt van de nieuw te maken DNA-enkelstreng. Na de tweede cyclus zijn er twee DNA-dubbelstrengen gevormd die langs één einde al correct zijn afgelijnd. De eerste gewenste DNA-dubbelstrengen duiken pas op in de derde cyclus.

Dat zijn op dat moment twee van de in totaal acht gevormde strengen. Ze zijn dus nog in de minderheid (25 %). Vanaf de vierde cyclus stijgt het percentage gewenst DNA-materiaal exponentieel (zie tabel XX). vierde PCR-cyclus

derde PCR-cyclus

tweede PCR-cyclus

fv er

eerste PCR-cyclus

forward primer

W Afb. 58 Schematische voorstelling van vier PCR-cycli. Pas na de derde cyclus worden er gewenste DNAdubbelstrengen gevormd, zonder overtollig DNA.

reverse primer

Pr oe

gewenste DNA-dubbelstreng

CYCLUS

AANTAL GEWENSTE DNA-FRAGMENTEN

TOTALE AANTAL STRENGEN

GEWENST/TOTAAL

25 %

50 %

68,75 %

32 738

32 768

99,908 %

S Tabel 1 Het aantal gevormde DNA-dubbelstrengen na drie tot vijftien PCR-cycli

Na de PCR-analyse wordt het gewenste DNA-fragment uit het reactiemengsel gehaald. Het wordt van de andere fragmenten gescheiden met behulp van gelelektroforese (zie paragraaf 2, ‘DNA zichtbaar maken: DNA-gelelektroforese’) en vervolgens gebruikt voor verder onderzoek. THEMA 04

hoofdstuk 2

1.4 Kwantitatieve PCR Kwantitatieve PCR (of afgekort qPCR) combineert de klassieke PCR-techniek met een directe detectie en concentratiebepaling van het DNA-staal. Een verdere analyse met gelelektroforese is niet meer vereist. Tijdens een qPCR-test kunnen ook verschillende gewenste DNA-fragmenten tegelijk gedetecteerd worden.

De detectie van de DNA-fragmenten kan bijvoorbeeld plaatsvinden door gebruik te maken van fluorescentie.

Aan het staal wordt een probe toegevoegd. Dat is een korte DNA-enkelstreng die aan één zijde een fluorescerende reporter (R) bevat en aan

Annealing

R: ﬂuorescerend agens (reporter) Q: absorbeert ﬂuorescentie van R (quencher)

de andere zijde een quencher (Q). In de probe

VOORBEELD qPCR

staan de reporter en de quencher dicht bij

elkaar. Daardoor dooft de quencher het signaal van de reporter en is er geen fluorescentie. Tijdens de annealingfase bindt de probe

complementair op verschillende plaatsen in

5’

primer

3’

R 5’

probe

Q 3’

3’

5’

het DNA, binnen en buiten het gewenste DNAfragment. 2

Op het moment dat de Taq-DNA-polymerase

Loskomen van de probe DNA-polymerase verlengt van 5’ naar 3’

vanuit de forward of reverse primer

nieuwe DNA-streng: probe komt los

een complementaire streng aanmaakt en

aankomt ter hoogte van de probe, komt

fv er

de probe los van het DNA.

Pr oe 82

THEMA 04

5’

Afbraak van de probe

Daardoor dooft de quencher het fluorescente signaal van de reporter niet meer. primer

De gedetecteerde fluorescentie is een maat

hoofdstuk 2

De probe wordt afgebroken. De reporter komt los van de quencher. Vrijgave van ﬂuorescentie.

de reporter en de quencher ervan loskomen.

gemaakt wordt.

3’

De probe wordt afgebroken, waardoor

voor de hoeveelheid gewenst DNA die er

prob

primer

3’ S Afb. 59 Schematische voorstelling van de stappen in een qPCR

5’

1.5

Toepassingen van de PCR-techniek

Ontdek nog meer toepassingen op .

TOEPASSING PRENATALE AFWIJKINGEN OPSPOREN De niet-invasieve prenatale test (NIPT) wordt gebruikt om prenatale afwijkingen, zoals het syndroom van Down, op te

sporen. Uit een bloedmonster van de moeder worden stukjes foetaal DNA gehaald. Via PCR kan men die zeldzame DNAfragmenten vermeerderen. Van

elk van die fragmenten wordt bepaald tot welk chromosoom DNA te veel fragmenten van

S Afb. 60 Het gebruik van de NIPT om het syndroom van Down bij een foetus te diagnosticeren, is deel van het ethisch debat rond biotechnologie.

een bepaald chromosoom

het behoort. Als het foetaal

bevat, is er een verhoogd risico dat de foetus een chromosomale afwijking heeft.

TOEPASSING IDENTIFICATIE VAN MICRO-ORGANISMEN De PCR-techniek laat toe om

snel en met grote zekerheid micro-organismen te identificeren. PCR wordt de aanwezigheid van microorganismen in de bodem, te tonen. Door het DNA in

het water of de atmosfeer aan

bijvoorbeeld gebruikt om

een bodemstaal te analyseren,

fv er

kun je het bodemleven in kaart brengen. Via die analyse kun je een goed beeld krijgen van de verhouding tussen

S Afb. 61 Zwamvlok (Mycorrhizae) in de bodem

schimmels en bacteriën. In voedselrijke graslanden en in verstoorde milieus, zoals in landbouwgronden, vind je vaak veel bacteriën en relatief weinig schimmels, terwijl het in oude

Pr oe

bossen juist de schimmels zijn die domineren.

PCR is een DNA-technologie waarbij een specifiek gekozen DNA-sequentie kan worden vermenigvuldigd. Tijdens PCR maakt men onder andere gebruik van: • een reverse en een forward primer die complementair zijn aan de sequenties die een bepaald gewenst DNA-fragment begrenzen;

• Taq-DNA-polymerase: een enzym dat bij hoge temperaturen DNA-strengen aanmaakt.

PCR omvat twintig tot dertig cycli, waarbij telkens drie fasen worden doorlopen: denaturatie, annealing en elongatie. PCR kent verschillende toepassingen binnen de biologie en de geneeskunde, zoals de screening van prenatale afwijkingen en de identificatie van micro-organismen.

THEMA 04

hoofdstuk 2

DNA zichtbaar maken: DNA-gelelektroforese

Na een PCR maakt men het DNA zichtbaar via gelelektroforese. Gelelektroforese laat toe om

LABO XX

die DNA-fragmenten van elkaar te scheiden. Op die manier kan men nagaan of de PCR gelukt is.

2.1

Principe van DNA-gelelektroforese

Tijdens een DNA-gelelektroforese brengt men PCR-stalen aan op een gel. Op basis van hun

lengte (molecuulmassa) worden de DNA-fragmenten van elkaar gescheiden. Afbeelding XXX geeft het verloop van een DNA-gelelektroforese weer.

3 migratie van DNA-stalen

agaroseoplossing

DNA-stalen met gekleurde oplossing elektroforesekamer

kam

slotje

gietbakje De stalen in de gel worden geladen in de elektroforesekamer.

De DNA-stalen migreren naar de positieve pool. Alleen de kleurstof is zichtbaar.

gieten van de agaroseoplossing

Na kleuring van de gel verschijnt er een bandjespatroon.

In een bakje giet men een agaroseoplossing. Aan één kant plaatst men een kam. Na

S Afb. 62 Schematische voorstelling van het verloop van een DNA-gelelektroforese

het stollen verwijdert men de kam en ontstaan er uitsparingen, die je welletjes of slotjes

fv er

noemt en waarin men een kleine hoeveelheid DNA-staal doet. 2 Men plaatst het bakje in de elektroforesekamer, die

vervolgens gevuld wordt met een buffer. In het eerste slotje brengt men een DNA-ladder aan: een oplossing die DNA-fragmenten met een gekende lengte bevat en die wordt gebruikt als referentie. Aan elk staal wordt

Pr oe

een kleurstof toegevoegd, waardoor het verloop van de gelelektroforese kan worden gevolgd.

3 Over de buffer brengt men een spanningsverschil aan.

Door de aanwezigheid van de fosfaatgroepen is DNA negatief geladen en zal het doorheen de gel migreren naar de positieve pool van het spanningsveld. Kleinere

S Afb. 63 Stalen laden tijdens een gelelektroforese

fragmenten ondervinden minder weerstand in de poriën van de gel en migreren sneller. Grotere fragmenten zullen het lastiger hebben om zich door de gel te bewegen. Op die manier worden de DNA-fragmenten – nog niet zichtbaar – gescheiden op basis van hun grootte. De aangebrachte kleurstof migreert het snelst doorheen de gel, zodat men kan controleren dat de DNA-stalen niet uit de gel migreren.

4 Na een kleuring worden de DNA-fragmenten zichtbaar: een karakteristiek bandjespatroon

wordt duidelijk. Door de bandjes te vergelijken met de gekende massa’s van de DNA-ladder, schat men de lengte van elk DNA-fragment. 84

THEMA 04

hoofdstuk 2

2.2 Toepassingen van DNA-gelelektroforese

Ontdek nog meer toepassingen op .

TOEPASSING OUDERSCHAPSBEPALING De combinatie PCR-gelelektroforese wordt toegepast bij een ouderschapsbepaling. Bij alle betrokken personen neemt men bloedstalen en vermeerdert men specifieke DNA-fragmenten. Die kunnen aan- of afwezig zijn of verschillen in lengte of sequentie. Na gelelektroforese van de DNA-stalen ontstaat er een uniek bandenpatroon, dat je kunt vergelijken met de unieke

De DNA-bandjes van de moeder worden geïdentificeerd in de vingerafdruk van het kind. De overblijvende bandjes van het kind moeten afkomstig zijn van de vader.

De resterende bandjes van het kind komen overeen met bandjes in de genetische vingerafdruk van de werkelijke vader. Zijn vaderschap is daarmee bewezen.

Dezelfde resterende bandjes van het kind komen niet overeen met bandjes in de genetische vingerafdruk van een vermoedelijke vader. Het vaderschap is daarmee weerlegd.

Men maakt de genetische vingerafdruk van een moeder (groen), een kind (rood) en twee mogelijke vaders (lichtblauw en donkerblauw).

vingerafdruk van elke mens. Vandaar ook de term ‘genetische vingerafdruk’ of DNA fingerprint.

S Afb. 64 Schematische voorstelling van de genetische vingerafdrukken van een moeder (groen), een kind (rood) en twee mogelijke vaders

TOEPASSING DADERIDENTIFICATIE BIJ MISDRIJVEN

Het zoeken naar de oorsprong van specifieke

DNA-fragmenten wordt gebruikt in de forensische geneeskunde. Het laat toe om een verdachte als

fv er

dader te identificeren als bijvoorbeeld zijn bandenpatroon overeenkomt met

het bandenpatroon dat is opgemaakt met DNA van biologische misdaadsporen (sperma, bloed, haar, speeksel).

Pr oe

Wetenschappers kunnen tegenwoordig ook

vanuit een DNA-profiel uitwendige kenmerken van een persoon achterhalen. Zo lokaliseerden

S Afb. 65 Men gebruikt DNA-gelelektroforese om een daderprofiel op te stellen bij misdaden.

wetenschappers dertien merkers op elf verschillende genen die gelinkt zijn aan de haarkleur van een persoon. Door die dertien merkers met elkaar te combineren, kan men tot 90 % juist de haarkleur van een persoon voorspellen.

Tijdens DNA-gelelektroforese worden DNA-strengen in een elektrisch veld gescheiden op basis van hun grootte. Gelelektroforese stelt een onderzoeker in staat om met behulp van een DNA-ladder de lengte van een DNA-streng te bepalen. Men gebruikt gelelektroforese onder andere bij ouderschapsbepaling en forensisch onderzoek. Daarbij bekomt men een persoonsunieke DNA fingerprint.

THEMA 04

hoofdstuk 2

DNA-sequentie bepalen: DNA-sequencing

De volgorde van de nucleotiden in een DNA-streng noem je de DNA-sequentie. Met behulp van

LABO XX

de techniek DNA-sequencing kunnen wetenschappers de sequentie bepalen van genen, nietcoderende DNA-fragmenten en zelfs het totale genoom van organismen.

3.1 Principe van DNA-sequencing

De eerste DNA-sequencingtechnieken lieten enkel toe om de DNA-sequentie van één DNA-staal tegelijk te bepalen. De klassieke methode van DNA-sequencing is de ketenterminatiemethode. Die werd ontwikkeld door Frederik Sanger (1918-2013). Bij die methode wordt het DNA-staal in vitro vermenigvuldigd in aanwezigheid van gewone en licht gewijzigde nucleotiden,

de dideoxynucleotiden (ddNTP’s: ddATP, ddCTP, ddGTP en ddTTP). Een dideoxynucleotide is

een molecule die lijkt op een normaal nucleotide, maar waarbij aan het 3’-uiteinde een OHgroep ontbreekt. DNA-polymerase kan aan een ddNTP geen nucleotide toevoegen, waardoor de synthese stopt. Dideoxynucleotiden worden daarom ook ‘stopnucleotiden’ genoemd. De

DNA-synthese gebeurt in vier verschillende reacties. Bij elke reactie wordt er één bepaald ddNTP toegevoegd. DNA-polymerase gebruikt willekeurig de vier basisnucleotiden of het aangebrachte ddNTP, waardoor er fragmenten met een verschillende lengte ontstaan.

Met gelelektroforese worden de bekomen DNA-fragmenten gescheiden. Op basis van het laatst toegevoegde ddNTP kan de eindbase van elk fragment worden bepaald. Analyse van elk fragment

levert de totale DNA-sequentie op.

THEMA 04

hoofdstuk 2

5’

T G C

aﬂeesrichting basensequentie

T ? C T G T A C G C

DNA-polymerase nucleotiden

C G T C

? G A C A T G C G

ddTTP

A A

DNA-polymerase nucleotiden

C A

C A G

ddCTP

G T

G A

DNA-polymerase nucleotiden

A T G C G T C A

A C A

G C G

C A

ddATP

S Afb. 66 Schematische voorstelling van het verloop van DNA-sequencing volgens de ketenterminatiemethode

= ddTTP

= ddCTP

= ddATP

bewegingsrichting DNA-enkelstrengen

= ddGTP

3’

G G C

T C A

DNA-polymerase nucleotiden

T C A

fv er

G A C A A

T G A C A

G C

T C

ddGTP

Pr oe A

5’

primer

3’

Het dubbelstrengige DNA wordt via PCR in veel kopieën aangemaakt en er worden vier reacties uitgevoerd. Per reactie worden DNA-polymerase, primers en losse nucleotiden aangebracht. Daarnaast wordt een van de vier stopnucleotiden toegevoegd.

In het staal met bijvoorbeeld stopnucleotide G (ddGTP) zal DNA-polymerase complementair aan een C-nucleotide een G of een ddGTP inbouwen. De keuze gebeurt bij toeval. Telkens als ddGTP wordt ingebouwd, zal de ketenverlenging stilvallen. Het resultaat is dat de nieuwgevormde DNA-strengen een verschillende lengte hebben en eindigen op een ddGTP. Een

Met gelelektroforese worden alle fragmenten van de vier aparte reacties op basis van hun

lengte van elkaar gescheiden.

gelijkaardig resultaat wordt verkregen bij de drie andere reacties met ddATP, ddCTP en ddTTP.

Met next generation sequencing (NGS) verwijst men naar een volgende generatie van de technologie, waarbij meerdere DNA-fragmenten tegelijkertijd worden gesequencet.

Het belangrijkste verschil is dat men bij NGS de DNA-sequentie rechtstreeks bepaalt en geen

gelelektroforese meer toepast. Daardoor wordt DNA-sequencing steeds sneller en goedkoper, en

is het nu zelfs mogelijk om je eigen DNA-sequentie te laten bepalen door een commercieel bedrijf. Bij NGS knipt men het DNA-staal in kleine fragmenten. Die DNA-fragmenten brengt men samen met vrije nucleotiden en DNA-polymerase in een DNA-sequencer. De DNA-fragmenten worden complementair overgeschreven. Per nucleotidetype (A, C, T, G) is een unieke fluorescerende kleurgroep gehecht. Die fluorofoor verhindert de binding van een volgend nucleotide. Door

het fluorescentiesignaal te meten, weet men op basis van de unieke kleur welk van de vier mogelijke nucleotiden als laatste is ingebouwd. Vervolgens verwijdert men de fluorofoor en kan men de reactie opnieuw uitvoeren en het volgende nucleotide bepalen (zie afbeelding XXX).

3’

5’

fv er

5’

Een computer vertaalt de fluorescentiesignalen naar een DNA-sequentie.

De primer bindt aan de enkelvoudige DNA-streng (gebonden aan een oppervlak).

5’

3’

T A

Men verwijdert de fluorofoor. Daarmee wordt ook de blokkade opgeheven. De volgende base kan worden bepaald.

5’

OH T

3’

5’

DNA-polymerase voegt de complementaire base met een specifieke fluorofoor in. Nadat de niet-ingebouwde nucleotiden weggewassen zijn, meet men het fluorescentiesignaal. 5’

3’

Pr oe

3’

5’

3’

OH T

3’

5’

De volgende base kan worden bepaald.

S Afb. 67 Next generation sequencing

THEMA 04

hoofdstuk 2

Nadat het fluorescentiesignaal gemeten is, worden de data verwerkt door een computer en bekomt men een elektroferogram.

primer intensiteit van het ﬂuorescentiesignaal

5'- Label - CTAGGCTC