Oefentoets Biologie: Genetica - ziektes | VWO 4/VWO 5/VWO 6

2/5 Cholesterol.

Leg uit hoe hypercholesterolemie kan ontstaan bij het nauwelijks of niet aanwezig zijn van LDL-receptoren in membranen.

3/5 Cholesterol.

Bij het beantwoorden van de volgende vragen mag je uitgaan van de veronderstelling dat bij de overerving van familiaire hypercholesterolemie slechts één paar autosomale allelen betrokken is.

afbeelding

Welke van de genoemde categorieën van personen is heterozygoot voor de eigenschap hypercholesterolemie?

4/5 Cholesterol.

Hoe groot is de frequentie van het allel voor hypercholesterolemie?

5/5 Cholesterol.

Vier typen eiwitten zijn:

1. bloedplasma-eiwit,
2. enzym,
3. LDL-eiwit en
4. membraaneiwit.

Eén van deze typen eiwitten wordt gecodeerd door het allel dat bij mensen met familiaire hypercholesterolemie ontbreekt. Daardoor ontbreekt bij die mensen dit type eiwit.

Welk van deze typen eiwit ontbreekt bij deze mensen?

1/3 Schizofrenie.
Zie figuur A 851 van de bijlage.

Er wordt al geruime tijd onderzoek gedaan naar de oorzaken van schizofrenie. Steeds meer factoren blijken een rol te spelen bij het ontstaan van deze aandoening.
Het diagram in de afbeelding geeft de relatie aan tussen de kans om in de loop van een mensenleven schizofreen te worden en de mate van genetische verwantschap met een schizofreen persoon.
De kans dat de eeneiige tweelingbroer van een jongen met schizofrenie ook aan schizofrenie lijdt is slechts 48 procent (zie de afbeelding).

Geef een verklaring voor dit gegeven.

2/3 Schizofrenie.
Zie figuur A 851 van de bijlage.

Uit het diagram is het percentage gemeenschappelijke genen af te lezen bij volle neven en nichten. Een volle neef of nicht is de zoon of dochter van een oom of tante.

Hoe groot is de kans dat een volle neef en nicht beide een bepaald allel hebben van hun gemeenschappelijke opa, die heterozygoot is voor de betreffende eigenschap?

3/3 Schizofrenie.
Zie figuur A 852 van de bijlage.

Bij het onderzoek naar schizofrenie wordt gebruikgemaakt van drugs. Omdat een aantal drugs veranderingen van denk- en waarnemingspatronen opwekt die doen denken aan die van schizofrenen, zou inzicht in de effecten daarvan kunnen leiden tot het begrijpen van de oorzaken van schizofrenie.
Het effect van drugs op het gedrag wordt sterk beïnvloed door de wijze van gebruik en de snelheid waarmee ze de hersenen bereiken. Cocaïne is hiervan een goed voorbeeld.
Cocaïne kan oraal opgenomen worden door kauwen op cocabladeren, zoals de Inca's in Peru deden. Zuivere cocaïne kan gesnoven worden, of in oplossing in het bloed gespoten worden. Het roken van crack', een vluchtige vorm van cocaïne, heeft ook effect.

De afbeelding A 852 is een diagram waarin voor de vier verschillende manieren van opnemen het cocaïnegehalte in het bloedplasma is uitgezet tegen het aantal minuten na toediening van een bepaalde dosis.

Welke manier van toedienen hoort bij welke grafiek in het diagram van bovenstaande afbeelding?

afbeelding

1/4 Ziekte van Huntington.
Zie figuur A 999 van de bijlage.

In 1873 beschreef George Huntington een ziektebeeld, waarbij de patiënt door aantasting van de zenuwcellen de controle over bewegingen, spraak en gedrag steeds verder verliest. De naar hem vernoemde ziekte van Huntington is nog niet te behandelen en leidt uiteindelijk tot de dood. Het is een dominant overervende ziekte die zich pas op latere leeftijd openbaart. Jarenlang hebben onderzoekers op een klein stukje van chromosoom 4 gezocht naar het gen dat veranderd is bij de ziekte van Huntington. In 1993 kwam de doorbraak. Ze isoleerden het gen en noemden het eiwit dat erdoor wordt gecodeerd huntingtine. Het eerste deel van het gen bevat een stukje met de basenvolgorde CAG. Dit stukje komt in herhalingen (repeats) voor. Bij gezonde mensen vindt men meestal tussen de 9 tot 30 repeats, bij mensen met de ziekte van Huntington meer dan 35. Hoe groter het aantal herhalingen, hoe jonger de leeftijd waarop de ziekte toeslaat. In de zenuwcellen van de patiënt hoopt zich een klonterende massa huntingtine op, waaraan de cel uiteindelijk te gronde gaat.
Door middel van DNA-diagnostiek kunnen afwijkingen in het aantal repeats worden bepaald. Daartoe wordt DNA uit bloedcellen met de PCR-reactie vermeerderd en met gel-elektroforese onderzocht. Het resultaat van een dergelijk onderzoek binnen een familie is weergegeven in de afbeelding.

Van de grootouders, nummers I-1 en I-2, is geen DNA-analyse bekend. Grootmoeder (nummer I-2) is overleden aan de ziekte van Huntington.

Welke andere personen in deze familie hebben de ziekte van Huntington, of zullen in de toekomst de symptomen van de ziekte kunnen krijgen?

2/4 Ziekte van Huntington.
Zie figuur A 999 van de bijlage.

De vrouw III-4 uit de familie van de afbeelding overweegt of zij zich zal laten testen op de ziekte van Huntington. Samen met een erfelijkheidsadviseur zoekt ze naar medische en ethische argumenten vóór en tegen het onderzoek.

Geef zo'n argument op grond waarvan ze kan besluiten om deze test wèl te doen.
En geef zo'n argument op grond waarvan ze kan besluiten om deze test niet te doen.

3/4 Ziekte van Huntington.
Zie figuur B 4395 van de bijlage.

Behalve de eerder beschreven DNA-test na de geboorte is er ook een prenatale test mogelijk. Bij een vlokkentest wordt met behulp van een echoscoop de plaats bepaald van waaruit, via de buikwand of via de vagina, met een holle naald (katheter) wat chorionweefsel wordt opgezogen. Deze test kan plaatsvinden vanaf de 10e week van de zwangerschap. Bij een vruchtwaterpunctie wordt wat vruchtwater opgezogen via de buikwand of via de vagina. Deze test wordt meestal in de 16e of 17e week van de zwangerschap uitgevoerd.
In afbeelding 2 zijn beide methoden weergegeven.
De prenatale test moet uitgevoerd worden door een arts met voldoende ervaring in deze techniek vanwege het risico op een miskraam: 1 tot 2% van de gevallen bij een vlokkentest en rond 0,5% bij een vruchtwaterpunctie.
Hiermee moet dus rekening worden gehouden bij het beslissen voor een prenatale test.

Noem nog een consequentie waarmee rekening moet worden gehouden bij het nemen van de beslissing over het al of niet uitvoeren van een prenatale test.

4/4 Ziekte van Huntington.

Leg uit waarom een vlokkentest vroeg in de zwangerschap uitgevoerd wordt.
Leg uit waarom de vruchtwaterpunctie pas later toegepast kan worden.

1/7 De ziekte van Huntington.

De ziekte van Huntington is een erfelijke aandoening die vanaf de geboorte bepaalde delen van de hersenen aantast. De eerste symptomen openbaren zich meestal tussen het 35ste en het 45ste levensjaar. De ziekte uit zich onder andere in onwillekeurige bewegingen, die langzamerhand verergeren, en een verscheidenheid aan psychische veranderingen. Uiteindelijk leidt deze ziekte tot de dood van de patiënt, meestal door bijkomende oorzaken: zo kunnen problemen bij de slikreflex leiden tot een levensbedreigende longontsteking.
Het genetische defect leidt geleidelijk tot ophoping van het (gewijzigde) eiwit huntingtine in het cytoplasma van neuronen. Er zijn sterke aanwijzingen dat het normale huntingtine onder andere nodig is voor de opname van glutamaat (= opgelost glutaminezuur) in synaptische blaasjes.
De ziekteverschijnselen worden veroorzaakt door het geleidelijk afsterven van zenuwcellen in delen van de hersenschors. De ziekte is momenteel nog niet te genezen, want de verdwenen zenuwcellen worden niet meer vervangen. Er bestaan medicijnen die de verschijnselen van de ziekte kunnen verminderen en daarmee de levenskwaliteit verbeteren.
De ziekte van Huntington treedt meestal pas na het 35ste levensjaar op.

Geef hiervoor een verklaring.

2/7 De ziekte van Huntington.

Glutamaat is een exciterende neurotransmitter in hersenen en ruggenmerg die kan worden gevormd uit glutamine.
Glutamine wordt onder andere gemaakt door astrocyten. Deze hersencellen hebben vertakkingen die een soort omhulsel om synapsen vormen en die het externe milieu van neuronen onder strikte controle houden.

Op grond waarvan behoort glutamine tot de niet-essentiële aminozuren?

3/7 De ziekte van Huntington.
Zie figuur B 4702 van de bijlage.

Glutamine en glutaminezuur worden opgebouwd uit 2-oxoglutaarzuur, een tussenproduct van de citroenzuurcyclus. Daarbij wordt NH₃ opgenomen.
In de afbeelding zijn zes schema's getekend.

In welk schema van de afbeelding is de vorming van glutamine en glutaminezuur op basis van 2-oxoglutaarzuur (afgekort als Ox) juist weergegeven?

4/7 De ziekte van Huntington.
Zie figuur C 417 van de bijlage.

De manier waarop glutamaat en glutamine worden vervoerd en omgezet in en rond een synaps, is schematisch weergegeven in de afbeelding.

Beschrijf aan de hand van de gegevens in de afbeelding, op welke twee manieren een astrocyt de impulsoverdracht van neuron 1 naar neuron 2 mogelijk maakt.

5/7 De ziekte van Huntington.
Zie figuur B 4703 van de bijlage.

Afwijkend huntingtine heeft een langere aminozuurketen dan normaal huntingtine. Bij de ziekte van Huntington bevinden zich aan één einde van de aminozuurketen geen 9 tot 35 aaneengeschakelde glutaminemoleculen, maar veel meer dan 35.
Dit wordt veroorzaakt door een groot aantal herhalingen (repeats) van een tripletcode in het DNA van de korte arm van chromosoom 4.

In vier tekeningen (zie de afbeelding B 4703) is een stukje DNA schematisch weergegeven.

Welke van deze tekeningen is een juiste weergave van repeats in de korte arm van chromosoom 4?

6/7 De ziekte van Huntington.
Zie figuur B 4704 van de bijlage.

Door middel van DNA-diagnostiek kunnen afwijkingen in het aantal repeats worden bepaald. Daarvoor wordt DNA uit bloedcellen geïsoleerd, met de PCR-techniek vermeerderd en onderzocht met gel-elektroforese. In de afbeelding is het resultaat van dit onderzoek bij een patiënt met de ziekte van Huntington, samen met het resultaat van een gezonde persoon, weergegeven.

Welke van de twee personen is de patiënt?
Is de patiënt homozygoot of heterozygoot voor wat betreft het gen voor huntingtine?

7/7 De ziekte van Huntington.

Bij Europeanen komt (de aanleg voor) de ziekte van Huntington voor bij 0,5 op de 1000 geboortes.

- Leg uit dat het kleine aantal geboortes van baby's met het afwijkende huntingtine-allel waarschijnlijk niet een gevolg is van een langdurig selectienadeel gedurende de laatste eeuwen.
- Leg uit dat er tegenwoordig wel sprake kan zijn van een selecterende werking van het afwijkende allel.

1/3 Man of vrouw?
Zie figuur B 3937 van de bijlage.

Soms is het onduidelijk of iemand een man of een vrouw is. Meestal is er dan ook sprake van onvruchtbaarheid.
Soms groeit een genotypische jongen (genotype XY) fenotypisch uit tot een meisje dat onvruchtbaar is. Oorzaak kan zijn de uiterst zeldzame recessief autosomaal overervende afwijking ADS (5-Alfareductase Deficiëntie Syndroom).
Door het ontbreken van een enzym wordt het geproduceerde testosteron niet omgezet in dihydrotestosteron, dat de vermannelijking van de uitwendige geslachtsorganen stimuleert.
Bij een andere afwijking, het AOS (Androgeen Ongevoeligheid Syndroom), is er sprake van een afwijking van een gen in het X-chromosoom. Kinderen met dit syndroom hebben het genotype XY, maar het receptoreiwit dat door het afwijkende recessieve gen gecodeerd wordt is niet gevoelig voor testosteron en ook niet voor dihydrotestosteron. Daardoor ontwikkelen ook deze kinderen zich fenotypisch tot een (onvruchtbaar) meisje.
In een roman van Eugenides komt een XY-meisje Calliope voor met de afwijking ADS. In de afbeelding is de stamboom van haar familie weergegeven. Twee van haar grootouders (nummer 4 en nummer 5) zijn broer en zus.

Leg uit aan de hand van de stamboom dat Calliope ADS geërfd kan hebben van haar overgrootvader (nummer 2 in de stamboom).

2/3 Man of vrouw?

Leg uit dat Calliope géén AOS geërfd kan hebben van haar overgrootvader (nummer 2 in de stamboom).

3/3 Man of vrouw?

In de VS openbaart zich de aandoening AOS bij 1 op de 13.000 tieners.

Wat is dan de frequentie van het recessieve allel dat verantwoordelijk is voor AOS bij de genotypische volwassen vrouwen in de VS?

1/2 Lorenzo's Oil.
Zie figuur B 5429 van de bijlage.

In de film Lorenzo's Oil blijkt de hoofdpersoon als kleuter volkomen onverwacht te lijden aan de X-chromosomale erfelijke ziekte ALD (AdrenoLeukoDystrofie). Een van de doktoren beweert dat de ziekte via Lorenzo's moeder is overgedragen, haar familie moet verder worden gescreend.

Leg deze bewering van de dokter uit.

2/2 Lorenzo's Oil.
Zie figuur B 5429 van de bijlage.
Zie figuur B 5430 van de bijlage.

Biochemisch wordt ALD gekenmerkt door een ophoping van verzadigde zeer-lang-keten vetzuren (ZLKV). Dit zijn vetzuren die bestaan uit 22, 24, 26 of meer koolstofatomen (C22, C24 en C26). ZLKV maken deel uit van plantaardige en dierlijke vetten en komen voor in ons dagelijks dieet, maar het grootste deel wordt door het lichaam zelf aangemaakt. Normaal gesproken worden deze ZLKV afgebroken in kleine, met een membraan afgesloten, structuren in de cel, de zogenaamde peroxisomen (zie figuur B 5430). Bij ALD is het afbraakproces van de ZLKV ernstig gestoord door gebrek aan een bepaald enzym, waardoor met name C24 en C26 uiteindelijk in allerlei vetten (lipiden), die overal in het lichaam voorkomen, worden ingebouwd. In het zenuwstelsel leidt dit tot ernstige beschadiging van de witte stof, het myeline; dit proces wordt demyelinisatie genoemd. Myeline is als het ware de isolerende laag die om de zenuw heen ligt; zonder myeline kunnen zenuwcellen geen signalen doorgeven en kan het zenuwstelsel niet functioneren.

Leg de relatie tussen een fout op het chromosoom en het gebrek aan een bepaald enzym uit.

2/2 Een afwijking in de Dominicaanse republiek.
Zie figuur B 5459 van de bijlage.

Het gaat bij deze afwijking om een mutatie van een bepaald gen, waardoor dit gen zijn functie verloren heeft.
Dit gen codeert onder normale omstandigheden voor een enzym dat het proces, afgebeeld in de figuur hiernaast, katalyseert.

Welke stof bepaalt uiteindelijk dat een genotypische jongen er ook als een jongen uitziet?

Thalassemie.
Zie figuur B 5464 van de bijlage.

Thalassemie is een erfelijke ziekte die vergelijkbaar is met sikkelcelanemie, waarbij het hemoglobine een abnormale vorm heeft. Individuen die homozygoot zijn voor het gemuteerde gen hebben een verminderde levensverwachting. Individuen die heterozygoot zijn voor dat gen hebben minder last van de effecten van thalassemie. Individuen die het allel voor thalassemie bezitten zijn min of meer beschermd tegen de infectieziekte malaria.
In de figuur hiernaast is de frequentie van het gen voor thalassemie weergegeven in een aantal dorpen op Sardinië. Deze dorpen bevinden zich op verschillende hoogtes.
De populatie van het dorp Carloforte stamt af van voorouders die ongeveer 300 jaar geleden uit Spanje kwamen. De bewoners van de andere dorpen stammen af van voorouders die al meer dan vijf eeuwen daar gevestigd waren.
Carloforte heeft een opmerkelijke positie in het diagram.
Twee beweringen worden gedaan op basis van dit diagram:
1. In Carloforte komt malaria minder vaak voor dan in dorp 1;
2. In Carloforte komt thalassemie minder vaak voor dan in dorp 1.

Welke van deze beweringen is juist?

Ziektes in een populatie.

In een menselijke populatie bestaande uit 50% mannen en 50% vrouwen komen erfelijke ziektes voor.

Welke type ziekte komt in deze populatie het meest frequent voor?

Christ-Siemens-Touraine syndroom.

Een mutatie heeft een tekort aan zweetklieren tot gevolg en veroorzaakt een ziekte die 'hypohidrotische ectodermale dysplasie' of Christ-Siemens-Touraine syndroom wordt genoemd.
Een vrouw die lijdt aan deze ziekte heeft in haar huid een mozaiek aan cellen waar zweetklieren ontbreken.

Waarschijnlijk is deze vrouw

1/2 Een erfelijke ziekte.

Lees het volgende stukje tekst en beantwoord de vragen.

'Een sterk verhoogde bloedcholesterolgehalte kan erfelijk bepaald zijn. Om het risico van een vroege dood door hart- en vaatziekten te verkleinen is het van belang de mensen die hieraan lijden op te sporen. De ziekte komt voor bij de familie V. De oorzaak is een erfelijke afwijking die met 50% kans overerft van ouder op kind'.
In de tekst is sprake van erfelijke eigenschappen.

In welke lichaamscellen van de mens komen de erfelijke eigenschappen voor?

1/2 Kankeronderzoek met de knock-out muis.
Zie figuur E 51 van de bijlage.

Bij het onderzoek naar de genetische basis van ziekten, zoals allerlei vormen van kanker, wordt gebruik gemaakt van knock-out muizen. Dat zijn muizen waarin een bepaald gen, het knock-out gen, geheel uitgeschakeld is. Daardoor kan de functie van dat gen onderzocht worden.
In de afbeelding is weergegeven hoe in 6 stappen 'chimere' muizen worden verkregen. Dat zijn muizen die gedeeltelijk bestaan uit cellen met het knock-out gen en gedeeltelijk uit cellen met het intacte gen.
Het knock-out gen is sterk gekoppeld aan het gen voor vachtkleur. Daardoor zijn in dit experiment de chimere jonge muizen herkenbaar aan hun vacht.
Het jonge embryo dat de stamcellen levert is homozygoot voor het gen dat codeert voor een beige (lichte) vachtkleur. De transgene stamcellen zijn ingebracht in embryo's die homozygoot zijn voor het gen dat codeert voor een agouti (donkere) vachtkleur. De draagmoedermuis is homozygoot voor het gen dat een witte vacht veroorzaakt. Het allel voor een witte vacht is recessief ten opzichte van de allelen die coderen voor de kleuren beige en agouti.

Welke vachtkleur hebben de chimere muizen met een aanzienlijk percentage transgene cellen?

2/2 Kankeronderzoek met de knock-out muis.

Om homozygoot transgene muizen te verkrijgen worden de chimere muizen (stap 6 in de afbeelding) gekruist met witte muizen. De beigegekleurde nakomelingen worden vervolgens onderling gekruist.

Welk deel van hun nakomelingen is naar verwachting homozygoot voor het knock-out gen?

Leukemie.
Zie figuur B 5522 van de bijlage.

Een bepaalde vorm van leukemie is Chronische myeloïde leukemie (CML).
Dit wordt veroorzaakt door een mutatie in de chromosomen. De figuur hiernaast laat een karyogram zien van een CML-patiënt.
Soms is aan een karyogram te zien of er een mutatie opgetreden is en welk type mutatie opgetreden is.

Is er in dit karyogram een afwijking zichtbaar en zo ja, is dit veroorzaakt door een mutatie?