Genetica, Biotechnologie en Evolutie: Kernbegrippen en Oefeningen

Genetica

1. De eerste twee wetten van Mendel

Eerste wet (uniformiteitswet): Bij kruising van twee homozygote ouders die slechts in één eigenschap verschillen, zijn alle nakomelingen van de eerste generatie (F1) eenvormig. Ze zijn allemaal heterozygoot en vertonen het dominante kenmerk.

Tweede wet (splitsingswet): Bij kruising van twee F1-individuen (heterozygoten) verhouden de nakomelingen van de tweede generatie (F2) zich volgens vaste getallen. Bij dominant-recessieve overerving is dit 3 : 1, en bij intermediaire overerving 1 : 2 : 1.

2. DNA-basesamenstelling (23% guanine)

Oplossingsmethode:

• In DNA geldt de basenparing: A = T en G = C.
• G = 23% → C = 23%
• G + C = 46%
• A + T = 100% – 46% = 54%
• A = 54% / 2 = 27%, T = 27%

Antwoord: A = 27%, T = 27%, C = 23%

3. Thalassemie

Legende:

• N: normaal allel (gezond)
• t: thalassemie-allel
• NN: gezond
• Nt: milde vorm
• tt: ernstige vorm (lethaal op jonge leeftijd)

a) Man met milde vorm (Nt) × gezonde vrouw (NN)

Kruising Nt × NN → 50% Nt (mild), 50% NN (gezond).

Antwoord: De kinderen zijn ofwel gezond, ofwel hebben ze de milde vorm; er is geen kans op de ernstige vorm.

b) Beide ouders milde vorm (Nt × Nt)

Kruising: 25% NN (gezond), 50% Nt (mild), 25% tt (ernstig).

Antwoord: De kans op een gezond kind (NN) is 25% (1/4).

c) Meisje met ernstige vorm (tt)

Antwoord: Beide ouders moeten heterozygoot zijn (Nt) en hebben dus zelf de milde vorm. Ouders met de ernstige vorm (tt) kunnen de voortplantingsleeftijd niet bereiken.

4. Dashonden en Schotse terriërs (achondroplasie)

Legende:

• A: achondroplasie bij dashond (dominant)
• B: achondroplasie bij Schotse terriër (dominant)
• aa en bb: normale beendergroei (recessief)

Kruising: raszuivere dashond (AA bb) × raszuivere terriër (aa BB)

P: AA bb × aa BB → F1: alle Aa Bb (kortbenig, want beide dominante factoren zijn aanwezig).

Kan uit de F1 een langbenige hond (aa bb) gekweekt worden?

F1 × F1: Aa Bb × Aa Bb → Dit resulteert in 16 combinaties, waarvan 1 × aa bb (langbenig).

Antwoord: Ja, de kans is 1/16 (6,25%).

5. Fruitvliegjes (gekoppelde genen)

Legende:

• L: gelobde ogen (dominant), l: ronde ogen (recessief)
• R: rode ogen (dominant), r: bruine ogen (recessief)
• De genen liggen op hetzelfde chromosoom (koppeling).

a) Homozygoot: ronde rode ogen (ll RR) × gelobde bruine ogen (LL rr)

F1: alle Ll Rr, maar in koppeling lR / Lr. Het fenotype is gelobde rode ogen met een frequentie van 100%.

b) Dochter uit (a) × mannetje met ronde bruine ogen (ll rr)

Dochter: lR / Lr, mannetje: lr / lr. Zonder crossing-over ontstaan er twee typen nakomelingen: 50% lR/lr (ronde rode ogen) en 50% Lr/lr (gelobde bruine ogen).

6. Honingbijen (geslachtsgebonden overerving)

Legende:

• Xᴮ: bruine ogen (dominant)
• Xⁱ: ivoorkleurige ogen (recessief)
• Vrouwtjes ontstaan uit bevruchte eicellen (diploïd), mannetjes uit onbevruchte eicellen (haploïd).

Kruising: koningin ivoorkleurig (Xⁱ Xⁱ) × wilde dar (Xᴮ)

• Dochters (bevrucht): Xⁱ Xᴮ → bruine ogen
• Zonen (onbevrucht): Xⁱ → ivoorkleurige ogen

Antwoord: De dochters hebben bruine ogen, de zonen hebben ivoorkleurige ogen.

Biotechnologie

1. PCR (Polymerase Chain Reaction)

a) Wat is PCR?

PCR is een techniek om een specifiek DNA-fragment miljoenen keren te kopiëren (amplificatie).

b) Het proces stap voor stap

1. Denaturatie (95°C): Het DNA wordt verhit, waardoor de dubbele streng uiteenvalt in twee enkelstrengen.
2. Annealing (50-65°C): Primers binden aan de complementaire sequenties op het enkelstrengse DNA.
3. Elongatie (72°C): Taq-polymerase voegt nucleotiden toe en bouwt nieuwe DNA-strengen.

Deze cyclus wordt 30-40 keer herhaald, waardoor het DNA exponentieel vermenigvuldigt.

2. Klonen van politiehonden

a) Hoe werkt reproductief klonen?

• Neem een lichaamscel (bijv. een huidcel) van de te klonen hond.
• Neem een eicel van een donor en verwijder de eigen kern (enucleatie).
• Breng de kern van de lichaamscel over in de lege eicel (celkerntransplantatie).
• Stimuleer de eicel om te delen en plaats het ontstane embryo in een draagmoeder.
• De draagmoeder draagt de puppy uit; deze is genetisch identiek aan de donor van de celkern.

b) Waar gaat de auteur de mist in?

De auteur stelt dat wetenschappers huidcellen namen en het DNA kopieerden. Klonen gebeurt echter niet door simpelweg DNA te kopiëren, maar door celkerntransplantatie, waarbij een volledige kern in een lege eicel wordt geplaatst.

c) Voordeel van klonen bij politiehonden

Een bewezen goede politiehond (met eigenschappen zoals een scherpe reuk, alertheid en sociaal gedrag) kan exact worden gekopieerd zonder de onzekerheid van jarenlang fokken en selecteren.

3. Chromosoomkaart van een kind met een mutatie

a) Genoom- of chromosoommutatie?

Het betreft een chromosoommutatie (specifiek een numerieke afwijking), aangezien er een extra chromosoom aanwezig is en geen volledige verdubbeling van het gehele genoom.

b) Juiste naam

Dit wordt een trisomie (2n+1) genoemd. Bij het syndroom van Down is er sprake van trisomie 21.

c) Jongen of meisje?

Het is een jongen, omdat op de 23e positie (de geslachtschromosomen) de combinatie XY te zien is.

Evolutie

1. Homologie

De afbeelding toont homologe organen: de voorpoten van verschillende zoogdieren hebben dezelfde basisbouw (dezelfde botstructuur), maar vervullen verschillende functies. Dit is een bewijs dat zij afstammen van een gemeenschappelijke voorouder.

2. Micro-evolutie versus macro-evolutie

• Micro-evolutie: Kleinschalige veranderingen binnen een populatie, waarbij genfrequenties veranderen door mutaties, natuurlijke selectie en genetische drift.
• Macro-evolutie: Het ontstaan van nieuwe soorten (soortvorming) over een langere tijdsperiode, vaak door reproductieve isolatie.

3. Gidsfossiel

a) Wat zie je?

Een ammoniet, wat een bekend voorbeeld is van een gidsfossiel.

b) Waarom is dit belangrijk?

Ammonieten hadden een groot verspreidingsgebied en een relatief korte geologische levensduur. Hierdoor kunnen geologen ze gebruiken om de relatieve ouderdom van gesteentelagen nauwkeurig te bepalen.

4. Verschil tussen mannetjes- en vrouwtjeseend

a) Begrip

Dit fenomeen heet seksueel dimorfisme (het uiterlijke verschil tussen mannetjes en vrouwtjes binnen dezelfde soort).

b) Ontstaan

Dit ontstaat door seksuele selectie: vrouwtjes kiezen bij voorkeur mannetjes met opvallende kleuren of kenmerken, omdat deze kenmerken de genetische kracht en gezondheid van het mannetje bewijzen.

5. De evolutie van de olifantenslurf

a) De theorie van Lamarck

Volgens Lamarck werd de slurf langer en sterker door voortdurend gebruik (modificatie). Deze verworven eigenschap werd vervolgens doorgegeven aan de nakomelingen.

b) De fout in Lamarcks redenering

Verworven eigenschappen (zoals grotere spieren door training) zijn niet erfelijk; alleen veranderingen in het DNA van de geslachtscellen worden doorgegeven.

c) De theorie van Darwin

Er was natuurlijke variatie in slurflengte binnen de populatie. Individuen met een iets langere slurf hadden een overlevingsvoordeel (beter drinken, voedsel bereiken, verdediging). Door natuurlijke selectie overleefden deze individuen vaker en gaven zij hun genen door. Na vele generaties werd de gemiddelde slurflengte in de populatie groter.