Biochemie, genetica, histologie en moleculaire celbiologie

Cellen
DNA
DNA bestaat uit verschillene elementen: de deoxyribose (ruggengraat) met daaraan de 4 verschillende nucleotiden (ledematen) cytosine (C), guanine (G), adenine (A) en thymine (T). C en G zijn complementair en A en T zijn complementair en vullen elkaar aan door middel van waterstofbindingen. Het DNA bevat genen (genotype) met verschillende uitingen in het individu (fenotype). Ook is in het DNA introns en exons: introns zijn junk materiaal die dienen ter vulling en exons zijn de stukken die tot expressie komen in het individu. Het genoom is de gehele genetische samenstelling van een persoon, onderverdeeld in 23 chromosomen, elk omvat in 1 lange streng van DNA.
Om tot uiting te komen wordt een gen omgetoverd tot een eiwit. Dit gebeurt als volgt:

  1. Een RNA-polymerase 'leest' (transcriptie) het DNA van de gen en vormt een pre-messenger-RNA (pre-mRNA). Het pre-mRNA is precies complementair aan DNA, alleen bevat het in plaats van T tegenover A een uracil nucleotide (U).
    1. VGT-vraag: aan welke zijde wordt de streng gelezen en verlengd? Gelezen van 5' naar 3' en verlengd aan 3' (OH)-groep.
  2. Het pre-mRNA bevat nog junk materiaal, de introns. Deze worden eruit gesplicet en de exons worden aan elkaar geplakt, je hebt nu mRNA.
  3. Het mRNA wordt vervolgens in ribosomen getransleerd tot aminozuren op basis van een codon (3 nucleotides; triplet). Hierdoor vormt er een eiwit.
  4. Het gevormde eiwit wordt in het Golgi-apparatus ingepakt in een vesikel, een fosfolipide-pakking. Deze wordt vervolgens naar de cytosol of celmembraan in de cel getransporteerd om vervolgens zijn functie uit te oefenen.

Chromosomen
Cellen bestaan uit chromosomen. In een somatische cel zijn er 46 chromosomen verdeeld in 23 paren. Hiervan zijn 22 autosomale chromosomenparen en is er 1 chromosoompaar die het geslachtschromosomenpaar is, de XX of XY. De paren zijn elkaars zusterchromatiden en zijn aan elkaar verbonden middels een middenpunt, de centromeer. In gameetcellen (spermacellen en oöcyten) zijn er 23 chromosomen en dus niet in paren.

  • Somatische cel = 46 chromosomen (2n) = diploïd.
  • Gameetcel = 23 chromosomen (n) = haploïd.

Celdeling
Cellen kunnen zich delen middels mitose en meiose (figuur 1). Tijdens mitose ontstaat er een enkele diploïde cel, 2n, twee diploïde cellen, 2  keer 2n. De deling wordt ook wel genoemd van een 2n moedercel naar 2 2n dochtercellen. Meiose kan onderverdeeld worden in 2 fases: meiose-I en meiose-II. Alvorens meiose-I begint, ondergaat een cel kernverdubbeling tijdens de S-fase. Hierbij ontstaat er in 1 cel 92 chromosomen uit de bestaande 46 chromosomen, oftewel 4n. Tijdens de meiose ontstaan er dan 4 haploïde dochtercellen uit een 2n moedercel: een 2n cel resulteert in 4maal een n cel.

Figuur 1: verschillen tussen meiose en mitose.


Mitose en meiose kan zich nog verdelen in bepaalde fases van de deling-cyclus. Deze cyclus (figuur 2) kan men onthouden op de volgende manier: Peter Maakt Appel Taart (PMAT). Aan het eind van de T-fase, of voor de P-fase is de Interfase.

  • P: profase
  • M: metafase
  • A: anafase
  • T: telofase

Celcyclus
Een cel bevindt ook in een cyclus met de volgende fases (figuur 2): G0, de interfase (onderverdeeld in G1, S en G2) en de M-fase. Tijdens de G0 fase is de cel in rust. Eenmaal geïnitieerd voor celdeling, gaat de cel in interfase hierin groeit de cel (G1), vindt er DNA-replicatie plaats (S) en groeit de cel verder tot de M-fase (G2). Tijdens de M-fase wordt vervolgens mitose gestart.

Figuur 2: gehele celcyclus.

 

Mutaties
Een verandering in het DNA, een mutatie, kan voorkomen bij <1% van de bevolking. Wanneer dit >1% van de bevolking is, spreken we van een polymorfisme.Er zijn verschillende soorten mutaties:

  • Substitutie: vervanging van een nucleotide, bijvoorbeeld een A door een T.
  • Deletie: verwijdering van een nucleotide.
  • Insertie: toevoeging van een nucleotide.
  • Frameshift: door deletie of insertie verandert de gehele sequence waardoor er andere triplets vormen
    • Voorbeeld: ATG-CCC-TAT..; deletie van een C-nucleotide leidt dan tot: ATG-CCT-AT..
  • Nonsense-mutatie: een mutatie van een nucleotide leidt ertoe dat een triplet nu een stopcodon is, de transcriptie wordt vroegtijdig gestopt.
  • Missense-mutatie: een mutatie van een nucleotide leidt ertoe dat een geheel ander aminozuur wordt getransleerd.


ABO-bloedgroepen en rhesus-factor
Bloedgroep
Rode bloedcellen, erytrocyten, kunnen A-antigenen, B-antigenen, A-B-antigenen of geen antigenen op zich hebben op basis van het genotype. Het lichaam vormt vervolgens antilichamen tegen het 'tegenovergestelde' wat zich niet in het lichaam bevindt. Er zijn 2 bijzondere situaties:

  • Een patiënt met bloedgroep-O heeft geen antigenen op de erytrocyten, hierom vormt het lichaam wel antilichamen tegen A (anti-A) en B (anti-B). Hierom kunnen patiënten met bloedgroep O aan iedereen donoren, immers hebben zij geen antigenen op de erytrocyten waarop de ontvanger kan reageren. Er is nog verschil in rhesusfactor, maar kortom is het bloedgroep O een universele donor.
  • Een patiënt met bloedgroep-AB heeft 2 antigenen op de erytrocyten: A en B. Het lichaam vormt hierdoor geen enkele antilichamen tegen A of B, per slot van rekening zou het lichaam zichzelf dan moeten aanvallen. Ondanks dat er nog verschil is in rhesusfactor, worden patiënten met AB-bloedgroep beschouwd als universele acceptors.

Figuur 2: het ABO-bloedgroepensysteem.


Rhesusfactor
De rhesusfactor (Rh) is net als A- en B-antigenen een antigen dat zich bevindt op de rode bloedcellen. Het werkt hetzelfde als de bloedgroepen: een Rh+-patiënt heeft Rh-antigenen en dus geen antilichamen ertegen, daarentegen hebben Rh--patiënten geen Rh-antigenen en welk antilichamen tegen Rh-antigenen. Hierom kunnen patiënten die positief zijn van Rh+ en Rh- negatief, maar een patiënt die negatief is, alleen van een negatieve patiënt. Hiermee kan je concluderen dat mensen met bloedgroep O- de universele donors zijn en mensen met bloedgroep AB+ de universele ontvangers.

Zwangerschap
Zwangere vrouwen met Rh- zullen na hun eerste zwangerschap Rh-antilichamen produceren indien het kindje Rh+ is. Dit gebeurt door contact tijdens de baring met de placenta. Om dit te voorkomen worden moeders met Rh- tijdens de zwangerschap op 30 weken en tijdens de baring ingeënt met de rhesusprik: antilichamen tegen de Rh van de baby. Hiermee wordt voorkomen dat de moeder zelf antilichamen gaat produceren door het alvorens te binden. Een moeder met Rh+-bloedgroep waarbij het kind Rh- is zal niet leiden tot problemen.

 

Bohr- en Haldane-effect
Een veelvuldig terugkomend aspect in de toets is de Bohr- en Haldane effect (figuur 3): de omgekeerde verandering in affiniteit van hemoglobine voor zuurstof (O2) en koolstofdioxide (CO2) onder specifieke condities. De Bohr-effect slaat op zuurstof, waar het Haldane-effect slaat op koolstofdioxide.

  • Bohr-effect
    Een verhoogde temperatuur, lage pH, verhoogde CO2-gehalte en/of hoge 2,3-DPG leidt tot minder affiniteit voor O2 van de hemoglobine, oftewel zuurstof wordt afgegeven.
  • Haldane-effect
    Een verlaagde temperatuur, hoge pH, verlaagde CO2-gehalte, lage 2,3-DPG of foetaal hemoglobine leidt tot minder affiniteit van CO2 en zorgt voor afgifte van koolstofdioxide.

Figuur 3: de Bohr- en Haldane-effect.