DNA, mutatie en variatie (Biologie havo), les 1: Uitleg
EVOLUTIE · DNA EN VARIATIE
DNA, mutatie en variatie
Examenstof biologie havo
Lesson duration is: 45 minIntroduction
Items in this lesson
EVOLUTIE · DNA EN VARIATIE
DNA, mutatie en variatie
Examenstof biologie havo
Les 1 van 3: uitleg. Les 2 is de examentraining, les 3 de terugblik met quiz. Syllabus: M8.1 t/m M8.4 (F1). Image credit: Gebruiker آرمین / Wikimedia Commons, CC0
EVOLUTIE · DNA EN VARIATIE
Wat ga je kunnen?
Ik kan uitleggen hoe DNA, mutatie, recombinatie en genetische modificatie de variatie in een populatie bepalen.
This item has no instructions
Waar denk je aan bij het woord mutatie?
Verwacht: X-men, kanker, straling, Tsjernobyl, verandering in het DNA, ziekte. Koppel aan de begrippen van de les: puntmutatie, genoommutatie, mutagene stof en straling. Veelgemaakte misvatting: een mutatie is altijd schadelijk of levert een superheld op. Mutaties zijn toevallig en hebben meestal geen of een klein effect.
EVOLUTIE · DNA EN VARIATIE
DNA draagt genetische informatie
DNA zit in elke cel en bevat de genetische informatie van een organisme.
De genetische informatie is de volgorde van de basen in het DNA, verdeeld over genen.
De genetische code is bij alle organismen hetzelfde: elk drietal basen staat voor hetzelfde aminozuur.
DNA is daarom een universele drager van genetische informatie.
Hoe de code in een eiwit wordt omgezet, staat in de les Genexpressie en celdifferentiatie.
Syllabus M8.1 punt 1: DNA, genetische informatie, genetische code. Het overschrijven en vertalen van de code is behandeld in de les Genexpressie en celdifferentiatie (M3.1 en M3.2): niet herhalen, alleen koppelen. Veelgemaakte fout: denken dat elke diersoort of plantensoort een eigen code heeft. De code is universeel, alleen de volgorde van de basen verschilt.
Schilderij van een jonge chimpansee
EVOLUTIE · DNA EN VARIATIE
Dezelfde informatie in andere organismen
Veel genen komen in verschillende organismen voor, ook bij soorten die ver van elkaar af staan.
Het gen voor een eiwit uit de dissimilatie is bij bijna alle organismen aanwezig, ook bij mens en gist.
Doordat de code universeel is, werkt een gen ook in een ander organisme.
Mens en chimpansee hebben veel dezelfde genen, met kleine verschillen in de basenvolgorde.
Syllabus M8.1 punt 2: dezelfde genetische informatie kan in verschillende organismen voorkomen. Voorbeelden uit eerdere lessen: dissimilatie (enzymen), insuline uit bacterien in de les Enzymen en biotechnologie. Veelgemaakte fout: denken dat een gen alleen werkt in het organisme waar het vandaan komt. Image credit: Jos Schippers / Wikimedia Commons, publiek domein
Overeenkomst in DNA van gen X tussen vier soorten
EVOLUTIE · DNA EN VARIATIE
DNA-analyse en verwantschap
Met DNA-analyse vergelijk je de basenvolgorde van hetzelfde gen bij verschillende soorten.
Hoe meer de basenvolgorde overeenkomt, hoe nauwer de verwantschap: er is een recentere gemeenschappelijke voorouder.
Elke soort heeft sinds de splitsing eigen mutaties gekregen: dat zijn de verschillen.
Lees de tabel zo: zoek het hoogste percentage buiten de diagonaal.
Syllabus M8.1 punt 3: met DNA-analyse de graad van verwantschap bepalen. De getallen in de tabel zijn verzonnen om te oefenen: P en Q zijn het nauwst verwant (98%), S staat het verst van P (84%). Veelgemaakte fout: de diagonaal (100%, een soort met zichzelf) als hoogste waarde aanwijzen, of denken dat een lagere overeenkomst een nauwere verwantschap betekent. Image credit: Eigen afbeelding, Examenstof biologie, verzonnen getallen
Wat is genetische informatie?
Het aantal chromosomen van een soort
De vorm van een chromosoom in de kern
Het aantal genen op één chromosoom
De volgorde van de basen in het DNA
De genetische informatie zit in de volgorde van de basen in het DNA. Verwachte fout: het aantal of de vorm van chromosomen kiezen, dat is de bouw van het erfelijk materiaal en niet de informatie zelf.
Vul in
Met DNA-analyse bepaal je de graad van verwantschap tussen soorten, want nauw verwante soorten hebben veel gelijk DNA.
DNA-analyse vergelijkt de basenvolgorde, de verwantschap volgt uit de overeenkomst. Verwachte fout: mutatie invullen, dat is een oorzaak van verschillen en niet de methode.
Een puntmutatie: één base verandert, één aminozuur verandert
EVOLUTIE · DNA EN VARIATIE
Mutatie: puntmutatie
Een mutatie is een verandering in het erfelijk materiaal.
Bij een puntmutatie verandert één of een paar basen in een gen: er ontstaat een nieuw allel.
Het eiwit dat bij het gen hoort kan daardoor veranderen, bijvoorbeeld één ander aminozuur.
Een gen ligt op een chromosoom; een base is een bouwsteen van het DNA.
Syllabus M8.2 punt 1: typen mutatie, puntmutatie, gen, allel, chromosoom. Het voorbeeld is de mutatie die sikkelcelziekte veroorzaakt (GAG wordt GTG, glutaminezuur wordt valine). De code in het schema is die van het gen, zoals in de les Genexpressie. Veelgemaakte fout: denken dat een puntmutatie het hele chromosoom verandert. Image credit: Eigen afbeelding, Examenstof biologie
Karyogram bij trisomie 21: drie chromosomen 21
EVOLUTIE · DNA EN VARIATIE
Mutatie: genoommutatie
Bij een genoommutatie verandert het aantal chromosomen.
Voorbeeld: bij trisomie 21 (het syndroom van Down) heeft een mens drie chromosomen 21.
Een lichaamscel heeft dan 47 chromosomen in plaats van 46.
Een genoommutatie raakt veel genen tegelijk, een puntmutatie meestal één gen.
Syllabus M8.2 punt 1: genoommutatie. Een mens heeft normaal 46 chromosomen (zie Erfelijkheid en kruisingen). Trisomie 21 ontstaat meestal doordat chromosoom 21 niet goed verdeeld wordt bij de vorming van een geslachtscel. Veelgemaakte fout: genoommutatie en puntmutatie verwarren: het gaat om het aantal chromosomen, niet om de basen. Image credit: U.S. Department of Energy Human Genome Program / Wikimedia Commons, publiek domein
EVOLUTIE · DNA EN VARIATIE
Oorzaken en toeval
Mutagene stoffen veroorzaken mutaties, bijvoorbeeld bepaalde stoffen in tabaksrook.
Mutagene straling veroorzaakt mutaties: UV-straling van de zon, röntgenstraling en radioactieve straling.
Een mutatie kan ook ontstaan zonder stof of straling, bijvoorbeeld door een fout bij het kopiëren van DNA.
Mutaties ontstaan per toeval: het DNA verandert niet omdat het organisme het nodig heeft.
Een mutagene stof of straling vergroot alleen de kans op mutaties.
Syllabus M8.2 punt 2 en 4: factoren die mutaties veroorzaken, toeval. Het kopieren van DNA is behandeld bij de celcyclus (M5). Veelgemaakte fout: denken dat mutaties gericht ontstaan, bijvoorbeeld dat een giraffe een langere nek krijgt omdat hij die nodig heeft. De omgeving verhoogt alleen de kans op een mutatie, de mutatie zelf is niet gericht.
In een gen is één base vervangen door een andere base. Welk type mutatie is dit?
Genoommutatie
Recombinatie
Mutagene straling
Puntmutatie
Eén base veranderd in één gen: puntmutatie. Een genoommutatie gaat over het aantal chromosomen. Verwachte fout: mutagene straling kiezen, dat is een oorzaak van mutaties en geen type.
Bloeduitstrijkje bij sikkelcelziekte met sikkelvormige rode bloedcellen
EVOLUTIE · DNA EN VARIATIE
Mutatie en fenotype
Een mutatie verandert het genotype en kan het eiwit en het fenotype veranderen.
Sikkelcelziekte: één base is anders, hemoglobine werkt slechter en rode bloedcellen krijgen een sikkelvorm.
De meeste mutaties hebben geen of een nadelig effect; een enkele mutatie is gunstig.
In gebieden met malaria hebben mensen met één sikkelcel-allel een grotere overlevingskans.
Syllabus M8.2 punt 3 en 4: mutatie kan het fenotype beinvloeden, overlevingskans. Alleen wie twee sikkelcel-allelen heeft, krijgt de ziekte (autosomaal recessief, zie Erfelijkheid en kruisingen). Wie een sikkelcel-allel heeft, is beter beschermd tegen malaria. Veelgemaakte fout: denken dat elke mutatie schadelijk is. Image credit: Keith Chambers / Wikimedia Commons, CC BY-SA 3.0
Recombinatie: elke geslachtscel krijgt een andere combinatie
EVOLUTIE · DNA EN VARIATIE
Recombinatie bij meiose
Bij geslachtelijke voortplanting maken ouders geslachtscellen via meiose.
Homologe chromosomen zijn paren: één van vader, één van moeder. Bij meiose gaat uit elk paar één naar een geslachtscel.
Dit heet recombinatie: elke geslachtscel krijgt een unieke combinatie van genen.
Bij 2 paren zijn er 2 x 2 = 4 combinaties; de mens heeft 23 paren.
Syllabus M8.3 punt 1: geslachtelijke voortplanting, meiose, homologe chromosomen, recombinatie. Autosomen, geslachtschromosomen en genoom komen uit de les Erfelijkheid en kruisingen. Het aantal combinaties is 2 tot de macht het aantal paren. Veelgemaakte fout: denken dat alle geslachtscellen van een ouder hetzelfde zijn, of dat een geslachtscel alle chromosomen van een paar krijgt. Image credit: Eigen afbeelding, Examenstof biologie
EVOLUTIE · DNA EN VARIATIE
Gekoppelde genen
Gekoppelde genen liggen op hetzelfde chromosoom.
Ze gaan meestal samen naar dezelfde geslachtscel.
In het schema liggen A en B op één chromosoom: er ontstaan vooral geslachtscellen met AB of met ab.
Genen op verschillende chromosomen worden wel onafhankelijk van elkaar verdeeld.
Syllabus M8.3 punt 1: gekoppelde genen. Het schema van de vorige dia is hier het uitgangspunt: de genen A en B zitten op het ene chromosoom van het paar en a en b op het andere. Veelgemaakte fout: denken dat alle genen van een organisme samen worden doorgegeven, of dat gekoppelde genen op verschillende chromosomen liggen.
Vul in
Door recombinatie bij de meiose heeft elke geslachtscel een unieke combinatie van genen.
Bij meiose worden homologe chromosomen willekeurig verdeeld: recombinatie. Verwachte fout: mutatie invullen. Een mutatie verandert een gen, recombinatie maakt een nieuwe combinatie van bestaande genen.
EVOLUTIE · DNA EN VARIATIE
Genetische variatie en genenpool
Genetische variatie is het verschil in genen tussen de organismen van een populatie.
Alle allelen van alle organismen van een populatie samen vormen de genenpool.
Mutatie maakt nieuwe allelen. Recombinatie maakt nieuwe combinaties van allelen.
Door mutatie en recombinatie wordt de genetische variatie in een populatie groter.
Syllabus M8.4 punt 1: genetische variatie, genenpool, mutatie, recombinatie. Een mutatie levert een nieuw allel, recombinatie schudt bestaande allelen door elkaar. Alleen mutaties in geslachtscellen worden aan nakomelingen doorgegeven. Veelgemaakte fout: denken dat recombinatie nieuwe allelen maakt.
Genetische modificatie: een gen wordt in een ander organisme ingebracht
EVOLUTIE · DNA EN VARIATIE
Genetische modificatie
Bij genetische modificatie brengt de mens een gewenst gen in het DNA van een ander organisme.
Een organisme met een gen uit een andere soort heet transgeen.
Stappen: het gen zoeken, uit het DNA knippen, in het DNA van de gastheer brengen.
Voorbeeld: Golden Rice, transgene rijst die provitamine A maakt, met genen uit onder andere maïs en een bacterie.
Syllabus M8.4 punt 2: genetische modificatie, transgeen. Golden Rice is ontwikkeld om vitamine-A-tekort tegen te gaan. De werking met bacterien en recombinant-DNA is behandeld in de les Enzymen en biotechnologie: hier gaat het om het doel, een gewenste genencombinatie, ook bij planten en dieren. Veelgemaakte fout: genetische modificatie verwarren met kruisen: bij kruisen blijft de combinatie binnen de soort. Image credit: Eigen afbeelding, Examenstof biologie
Wat is een transgeen organisme?
Een organisme met een extra chromosoom 21
Een organisme met een gen uit een andere soort
Een organisme dat uit een kruising is ontstaan
Een organisme zonder mutaties in zijn DNA
Transgeen: bevat een gen uit een andere soort. Verwachte fout: een kruising kiezen, bij een kruising blijven de genen binnen de soort.
Zet op volgorde: een transgene plant maken
Eerst zoeken, dan knippen, dan inbrengen, dan werkt het gen. Verwachte fout: inbrengen voor knippen zetten.
Wat vond je vandaag het lastigst?
DNA-analyse en verwantschap
Puntmutatie en genoommutatie
Recombinatie en gekoppelde genen
Genetische modificatie
Gebruik de uitslag om te bepalen welk onderdeel je de volgende les nog eens met een voorbeeld doorloopt.
Hoe geven mutatie en recombinatie variatie?
Een goed antwoord: mutatie maakt nieuwe allelen, recombinatie maakt nieuwe combinaties van allelen in geslachtscellen; samen vergroten ze de genetische variatie in de genenpool. Verwachte fout: alleen mutatie noemen of zeggen dat recombinatie nieuwe allelen maakt.
EVOLUTIE · DNA EN VARIATIE
Begrippen (1/2)
DNA en genetische informatie: DNA is de universele drager van genetische informatie: de volgorde van de basen.
DNA-analyse en verwantschap: Vergelijken van DNA: hoe meer overeenkomst, hoe nauwer de verwantschap.
puntmutatie: Een mutatie waarbij één of een paar basen in een gen veranderen.
genoommutatie: Een mutatie waarbij het aantal chromosomen verandert, zoals bij trisomie 21.
mutagene stof en straling: Stoffen of straling die de kans op mutaties vergroten, zoals tabaksrook en UV-straling.
This item has no instructions
EVOLUTIE · DNA EN VARIATIE
Begrippen (2/2)
meiose en recombinatie: Bij meiose worden homologe chromosomen willekeurig over geslachtscellen verdeeld.
homologe chromosomen: Een paar chromosomen met dezelfde genen: één van de vader, één van de moeder.
gekoppelde genen: Genen op hetzelfde chromosoom, die meestal samen worden doorgegeven.
genetische variatie en genenpool: Variatie in genen binnen een populatie; de genenpool is alle allelen samen.
genetische modificatie en transgeen: De mens brengt een gewenst gen in een ander organisme; dat heet transgeen.
This item has no instructions
