Welke functies hebben de chromosomen?
Het chromosoom, de organisatorische eenheid van ons genetisch materiaal, dient in de eerste plaats om tijdens de celdeling een gelijkmatige verdeling van het gedupliceerde genetisch materiaal naar de dochtercellen te verzekeren. Voor dit doel is het de moeite waard om de mechanismen van celdeling of de celcyclus nader te bekijken: de cel brengt het grootste deel van de celcyclus door in interfase, dat wil zeggen de hele periode waarin de cel niet bezig is met delen. . Dit is op zijn beurt verdeeld in G1-, S- en G2-fase.
De G1-fase (G als in gap) volgt direct na de celdeling. Hier neemt de cel weer in omvang toe en voert algemene metabolische functies uit. Vanaf hier kan het ook overgaan in de G0-fase.
Dit betekent dat het overgaat in een stadium dat niet meer kan worden gedeeld en normaal gesproken ook grote veranderingen ondergaat om een heel specifieke functie te vervullen (celdifferentiatie). Om deze taken te vervullen, worden bepaalde genen intensiever uitgelezen, terwijl andere minder of helemaal niet worden gelezen. Als een stuk DNA lange tijd niet nodig is, bevindt het zich vaak in die delen van het chromosomen die lange tijd dicht opeengepakt zijn geweest (zie chromatine).
Dit bespaart enerzijds ruimte, maar is naast de andere mechanismen van genregulatie ook een extra bescherming tegen onbedoeld lezen. Er is echter ook waargenomen dat onder zeer specifieke omstandigheden gedifferentieerde cellen uit de GO-fase opnieuw in de cyclus kunnen komen. De G0-fase wordt gevolgd door de S-fase, de fase waarin nieuw DNA wordt gesynthetiseerd (DNA-replicatie).
Hier moet al het DNA in zijn meest losse vorm aanwezig zijn, dwz alles chromosomen zijn volledig ontlucht (zie structuur). Aan het einde van de synthesefase is het gehele erfelijk materiaal tweemaal in de cel aanwezig. Echter, aangezien de kopie via de centromeer (zie structuur) nog aan het originele chromosoom vastzit, spreekt men niet van een duplicatie van chromosomen.
Elk chromosoom bestaat nu uit twee chromatiden in plaats van één, zodat het later bij mitose de karakteristieke X-vorm kan aannemen (X-vorm geldt strikt genomen alleen voor metacentrische chromosomen). In de volgende G2-fase vindt de onmiddellijke voorbereiding op celdeling plaats. Dit omvat ook een gedetailleerde controle op replicatiefouten en draadbreuken, die indien nodig kunnen worden gerepareerd.
Er zijn in principe twee soorten celdeling: mitose en meiosis Alle cellen van een organisme, met uitzondering van kiemcellen, worden gecreëerd door mitose, waarvan het enige doel is de vorming van twee genetisch identieke dochtercellen. MeiosisAan de andere kant heeft het juist het doel genetisch verschillende cellen te produceren: in een eerste stap worden de chromosomen die met elkaar overeenkomen (homoloog) maar niet identiek zijn, verdeeld.
Pas in de volgende stap worden de chromosomen, die uit twee identieke chromatiden bestaan, gescheiden en verdeeld over elk twee dochtercellen, zodat uit een precursorcel uiteindelijk vier kiemcellen met elk een ander genetisch materiaal ontstaan. De vorm en structuur van de chromosomen zijn essentieel voor beide mechanismen: speciale 'eiwitdraden', het zogenaamde spilapparaat, hechten zich vast aan de sterk gecondenseerde chromosomen en trekken de chromosomen in een fijn gereguleerd proces van het middenvlak (equatoriaal vlak) naar de tegenovergestelde polen van de cel om een gelijkmatige verdeling te garanderen. Zelfs kleine veranderingen in de microstructuur van de chromosomen kunnen hier ernstige gevolgen hebben.
Bij alle zoogdieren bepaalt de verhouding tussen de geslachtschromosomen X en Y ook het geslacht van de nakomelingen. In feite hangt het er alleen van af of de sperma, dat zich verenigt met de eicel, draagt een X- of een Y-chromosoom. Omdat beide vormen van sperma worden altijd in exact dezelfde mate gevormd, de kans is altijd gelijk voor beide geslachten.
Dit willekeurige systeem garandeert dus een gelijkmatiger sekse-verdeling dan bijvoorbeeld het geval zou zijn bij omgevingsfactoren zoals temperatuur. Inmiddels is bekend dat de overerving van eigenschappen plaatsvindt via genen, die in de vorm van DNA in de cellen worden opgeslagen. Deze zijn op hun beurt verdeeld in 46 chromosomen, waarop de 25000-30000 menselijke genen zijn verdeeld.
Naast de eigenschap zelf, die fenotype wordt genoemd, is er ook het genetische equivalent, dat genotype wordt genoemd. De plaats waar een gen zich op een chromosoom bevindt, wordt locus genoemd. Omdat mensen elk chromosoom twee keer hebben, komt elk gen ook twee keer voor.
De enige uitzondering hierop zijn de X-chromosomale genen bij mannen, aangezien het Y-chromosoom slechts een fractie van de genetische informatie bevat die op het X-chromosoom wordt aangetroffen. Verschillende genen die zich op dezelfde locus bevinden, worden allelen genoemd. Vaak zijn er meer dan twee verschillende allelen op één locus.
Dit heet polymorfisme. Zo'n allel kan simpelweg een onschadelijke variant zijn (standaard variant), maar ook pathologische mutaties die aanleiding kunnen zijn voor een erfelijke ziekte. Als de mutatie van een enkel gen voldoende is om het fenotype te veranderen, wordt dit monogene of Mendeliaanse overerving genoemd.
Veel erfelijke eigenschappen worden echter overgeërfd via verschillende op elkaar inwerkende genen en zijn daarom veel moeilijker te bestuderen. Omdat bij een Mendeliaanse erfenis de moeder en vader elk een van hun twee genen doorgeven aan het kind, zijn er in de volgende generatie altijd vier mogelijke combinaties, hoewel deze ook in relatie tot één kenmerk hetzelfde kunnen zijn. Als beide allelen van een individu hetzelfde effect hebben op het fenotype, is het individu homozygoot met betrekking tot deze eigenschap en is de eigenschap daarom volledig ontwikkeld.
Heterozygoten hebben twee verschillende allelen die op verschillende manieren met elkaar kunnen interageren: als het ene allel dominant is over het andere, onderdrukt het de expressie van het laatste volledig en wordt de dominante eigenschap zichtbaar in het fenotype. Het onderdrukte allel wordt recessief genoemd. In een codominante overerving kunnen beide allelen zich niet door elkaar beïnvloeden, terwijl bij een tussenliggende overerving een mengsel van beide eigenschappen aanwezig is. Een goed voorbeeld hiervan is de AB0 bloed groepssysteem, waarin A en B onderling codominant zijn, maar 0 dominant over elkaar.
