Biologie bovenbouw · Grades 10–12

15Enzymen en het fenotype

Een siamese kat is over het grootste deel van haar lichaam roomkleurig en donkerbruin op oren, snuit, poten en staart — de koude delen. Scheer een plek op haar rug kaal, houd die plek onder een koelelement koel terwijl de vacht teruggroeit, en de nieuwe haren komen donker op. De genen van de kat zijn niet veranderd; haar pigmentmakende enzym werkt eenvoudigweg beneden $35\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ en niet erboven. Tussen een gen en een zichtbaar kenmerk staat vrijwel altijd een enzym; en tussen het enzym en het kenmerk staat de omgeving waarin het werkt. Dit hoofdstuk gaat over die twee tussenschakels.

15.1 Het fenotype op drie schalen

Definitie 15.1 (Genotype en fenotype)

Het genotype van een individu is de verzameling allelen die het draagt; zijn fenotype is de verzameling van zijn waarneembare eigenschappen. Het fenotype kan op drie schalen worden beschreven:

de moleculaire schaal: welke eiwitten aanwezig zijn, in welke vorm, met welke werkzaamheid;
de cellulaire schaal: de vorm, de inhoud en het gedrag van de cellen;
de schaal van het organisme: de zichtbare kenmerken, van oogkleur tot de verschijnselen van een ziekte.

Elke schaal is het gevolg van de schaal eronder.

Voorbeeld 15.2 (Sikkelcelziekte op drie schalen)

Moleculair: één aminozuur van de keten van hemoglobine (glutamaat, het zesde) is door valine vervangen; de veranderde moleculen plakken bij weinig zuurstof aan elkaar tot lange vezels. Cellulair: die vezels vervormen de rode bloedcel tot een stijve sikkel die kleine vaten verstopt en gemakkelijk breekt. Organisme: bloedarmoede, pijnaanvallen wanneer vaten verstopt raken, schade aan milt en nieren. Eén substitutie in één codon van één gen, en drie beschrijvingen van het gevolg ervan.

Van genotype naar fenotype voor de pigmentering. Elke schaal van het fenotype volgt uit de vorige; de omgeving grijpt bij elke stap in, op hoeveel enzym werkt, op hoe de cellen reageren, en op hoe het organisme eruitziet.

Propositie 15.3 (Eiwitten maken het fenotype)

Elk niveau van het fenotype wordt door eiwitten voortgebracht: een allel bepaalt een eiwit (Hoofdstuk 14); de werkzaamheid van het eiwit bepaalt de chemie en de bouw van de cel; de cellen bepalen de kenmerken van het organisme. De meeste van die eiwitten zijn enzymen, en de meeste kenmerken zijn dus de uitkomst van ketens van reacties die door enzymen worden uitgevoerd.

Bewijs. Op dit niveau zonder bewijs aangenomen. ∎

15.2 Enzymen

Definitie 15.4 (Enzym, substraat, actieve plaats)

Een enzym is een eiwit dat één chemische reactie katalyseert: het laat de reactie miljoenen keren sneller verlopen zonder zelf te worden verbruikt. Het molecuul dat het omzet is zijn substraat; de reactie vindt plaats in een holte van het enzym, de actieve plaats, waarvan de vorm en de chemie bij dat ene substraat passen en bij geen ander. Die specificiteit volgt uit de driedimensionale vouwing van het enzym, dus uit zijn aminozuurvolgorde, dus uit zijn gen.

Specificiteit. De actieve plaats is een holte die naar één substraat is gevormd; een molecuul van een andere vorm kan er niet in binden en wordt niet omgezet. Verander de vorm van de holte — door een mutatie — en het enzym verliest zijn substraat, of wisselt het.

Voorbeeld 15.5 (Lactase)

Melksuiker, lactose, wordt door het enzym lactase in de bekleding van de dunne darm in twee enkelvoudige suikers gesplitst; zonder die splitsing gaat zij onverteerd door naar de dikke darm, waar bacteriën haar vergisten, met gas, krampen en diarree als gevolg. Alle zuigelingen maken lactase; bij het grootste deel van de mensheid wordt het gen ervan na het spenen uitgeschakeld, en zijn volwassenen lactose-intolerant. Bij bevolkingen met een lange geschiedenis van veehouderij komt een allel veel voor dat het gen levenslang actief houdt — 90% in Noord-Europa, 10% in Oost-Azië. De lactasedruppels die aan intoleranten worden verkocht, bevatten hetzelfde enzym, gemaakt door schimmels.

Melk, yoghurt en een flesje lactasedruppels. Of een volwassene de melk verteert, hangt van één allel af; de bacteriën van de yoghurt hebben het grootste deel van de lactose al gesplitst; de druppels leveren het enzym dat de darm mist.

Propositie 15.6 (Voorwaarden voor werkzaamheid)

De werkzaamheid van een enzym hangt van zijn omgeving af. Zij stijgt met de temperatuur tot het eiwit zich begint te ontvouwen, en stort dan in — menselijke enzymen werken het best rond $37\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ en worden boven ongeveer $45$ vernield; elk enzym werkt binnen een zuurgraad die bij zijn plaats past (pepsine in het zuur van de maag, trypsine in de neutrale darm); en zijn snelheid stijgt met de concentratie van zijn substraat tot een maximum, wanneer elke actieve plaats bezet is.

Bewijs. Op dit niveau zonder bewijs aangenomen. ∎

Links: de werkzaamheid van een menselijk enzym tegen de temperatuur — een stijging, een top rond 37\, C, en dan vernieling door hitte. Rechts: twee verteringsenzymen, elk alleen werkzaam bij de zuurgraad van hun eigen orgaan. — Links: de werkzaamheid van een menselijk enzym tegen de temperatuur — een stijging, een top rond $37\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ , en dan vernieling door hitte. Rechts: twee verteringsenzymen, elk alleen werkzaam bij de zuurgraad van hun eigen orgaan.

15.3 Reactieketens

Propositie 15.7 (Metabole routes)

Een cel maakt een product zelden in één stap: een beginmolecuul wordt omgezet door een reeks enzymen, die elk op het product van het vorige inwerken, langs een metabole route. Elk enzym wordt door een eigen gen gecodeerd. Een niet werkend allel van welk enzym ook blokkeert de route bij die stap: het product wordt niet gemaakt, en het substraat van het geblokkeerde enzym kan zich ophopen. Twee verschillende genen kunnen zo hetzelfde zichtbare gebrek opleveren, en het gebrek van één gen kan er verscheidene opleveren.

Bewijs. Op dit niveau zonder bewijs aangenomen. ∎

Eén route, twee ziekten. Een blokkade bij enzym 1 laat fenylalanine zich ophopen (fenylketonurie); een blokkade bij enzym 2 neemt het pigment weg (albinisme). Beide zijn recessief: één werkend allel levert genoeg enzym.

Voorbeeld 15.8 (Fenylketonurie, en hoe een dieet een fenotype verandert)

Ongeveer één pasgeborene op tienduizend draagt twee niet werkende allelen van het gen voor enzym 1. Fenylalanine uit voedsel wordt niet omgezet; de concentratie ervan in het bloed stijgt twintigvoudig en zij vergiftigt de zich ontwikkelende hersenen. Onbehandeld loopt het kind een ernstige verstandelijke beperking op. Bij de geboorte opgespoord met een druppel bloed op een kaartje — elke pasgeborene wordt getest — en gevoed met een voeding die vrijwel geen fenylalanine bevat, ontwikkelt datzelfde kind zich normaal. Het genotype is onveranderd; het fenotype is, op elke schaal boven de moleculaire, dat van een gezond mens. De omgeving, hier de voeding, gaf de doorslag.

Een albinopauw naast een gewone. Twee niet werkende allelen van het tyrosinasegen: het enzym ontbreekt, de pigmentcellen zijn leeg, en elke veer is wit — dezelfde drie schalen als bij een menselijke albino.

15.4 Genotype, omgeving, fenotype

Propositie 15.9 (De omgeving vormt het fenotype)

Het fenotype is het resultaat van het genotype én de omgeving. De omgeving grijpt in op de moleculaire schaal (temperatuur en zuurgraad bepalen de werkzaamheid van enzymen, de aanwezigheid van een substraat bepaalt of een route loopt), op de cellulaire schaal (cellen die op signalen, voedingsstoffen en licht reageren) en op de schaal van het organisme (voeding, beweging, ziekte). Individuen met een gelijk genotype — eeneiige tweelingen, stekken van één plant — verschillen in fenotype naar hun voorgeschiedenis; en individuen met verschillende genotypen kunnen onder geschikte omstandigheden bij hetzelfde fenotype uitkomen.

Bewijsmateriaal. De temperatuurgevoelige tyrosinase van de siamese kat: pigment vormt zich alleen in de koele uiteinden, en een gekoelde kaalgeschoren plek groeit donker terug. Fenylketonurie die met voeding onder controle wordt gehouden. Eeneiige tweelingen die apart zijn grootgebracht en enkele centimeters in lengte en nog meer in lichaamsmassa verschillen. Een plant van dezelfde kloon op zeeniveau en op hoogte gekweekt, die tienvoudig in hoogte verschilt en terugkeert wanneer zij wordt verplant. In elk geval staat het genotype vast en beweegt het fenotype mee met de omstandigheden. ∎

Methode 15.10 (Redeneren van gen naar kenmerk)

Stel het eiwit vast: welk enzym, in welke route, en wat het doet.
Stel het gevolg van het allel voor het eiwit vast: normaal, verminderd, afwezig, of veranderd in zijn voorwaarden voor werkzaamheid.
Volg het gevolg langs de schalen omhoog: wat de cel mist of ophoopt, en daarna wat het organisme vertoont.
Vraag je af hoeveel werkende allelen nodig zijn: voor de meeste enzymen volstaat er één, zodat het gebrek pas met twee niet werkende allelen verschijnt (een recessief kenmerk).
Vraag je af wat de omgeving toevoegt: substraat wel of niet aanwezig, temperatuur, een behandeling.

Opmerking 15.11 (Waarom één werkend allel meestal genoeg is)

Enzymen zijn katalysatoren: een kleine hoeveelheid zet een grote hoeveelheid substraat om. De halve normale hoeveelheid tyrosinase maakt nog altijd genoeg melanine, de halve normale hoeveelheid lactase verteert nog altijd een glas melk. Een drager van één niet werkend allel is dus meestal niet van een niet-drager te onderscheiden — het "recessieve" van het deel over de basisschool, nu verklaard — en het kenmerk verschijnt pas wanneer beide allelen falen. Eiwitten die geen enzym zijn en in hoeveelheid of in precieze vorm nodig zijn, vormen vaak de uitzondering: half zoveel hemoglobine maakt wel verschil.

15.5 Oefeningen

Oefening 15.1 ★

Definieer genotype en fenotype, en noem de drie schalen van het fenotype.

Oplossing

Oplossing van Oefening 15.1.

Genotype: de verzameling gedragen allelen. Fenotype: de verzameling waarneembare eigenschappen, op de moleculaire, de cellulaire en de schaal van het organisme.

Oefening 15.2 ★

Wat is de actieve plaats van een enzym, en wat betekent "specificiteit"?

Oplossing

Oplossing van Oefening 15.2.

De holte van het enzym waar het substraat bindt en wordt omgezet. Specificiteit: de plaats past bij één substraat (of één familie substraten) en katalyseert één reactie.

Oefening 15.3 ★

Bij welke temperatuur is het enzym volgens de temperatuurkromme het werkzaamst, en welk deel van die werkzaamheid blijft over bij $45\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ ?

Oplossing

Oplossing van Oefening 15.3.

Rond $37\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ ; bij $45\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ blijft ongeveer een derde over.

Oefening 15.4 ★

Beschrijf albinisme op de drie schalen van het fenotype.

Oplossing

Oplossing van Oefening 15.4.

Moleculair: tyrosinase ontbreekt of werkt niet, er wordt geen melanine gemaakt. Cellulair: pigmentcellen aanwezig maar leeg van melanine. Organisme: wit haar, een heel bleke huid en bleke ogen, gevoeligheid voor licht en zonnebrand.

Oefening 15.5 ★

Waarom is pepsine in de darm niet werkzaam?

Oplossing

Oplossing van Oefening 15.5.

De vouwing van pepsine werkt alleen in sterk zuur (pH 2); de darm is neutraal tot licht basisch, waar de kromme geen werkzaamheid toont.

Oefening 15.6 ★★

Leg met het begrip katalyse uit waarom iemand met één werkend en één niet werkend allel van het tyrosinasegen normaal gepigmenteerd is.

Oplossing

Oplossing van Oefening 15.6.

Eén werkend allel levert de halve normale hoeveelheid enzym, maar een enzymmolecuul werkt duizenden keren per seconde: de halve hoeveelheid zet nog altijd genoeg tyrosine om voor een normaal pigment. Het fenotype is verzadigd; alleen twee falende allelen worden zichtbaar.

Oefening 15.7 ★★

Twee albino-ouders uit verschillende families krijgen een normaal gepigmenteerd kind. Stel met de routefiguur een verklaring voor.

Oplossing

Oplossing van Oefening 15.7.

Hun albinisme komt van blokkades in twee verschillende genen (twee verschillende enzymen van de route, of van het transport van melanine). Het kind erft van elke ouder één werkend allel van het gen waarvan de blokkade elders zit, dus werken beide enzymen en wordt er pigment gemaakt.

Oefening 15.8 ★★

Een kind met fenylketonurie krijgt gewone voeding. Welk molecuul hoopt zich op en welk ontbreekt? Leg uit waarom zulke kinderen ook vaak licht gepigmenteerd zijn.

Oplossing

Oplossing van Oefening 15.8.

Fenylalanine hoopt zich op; tyrosine (en wat daaruit voortkomt) ontbreekt. Omdat melanine uit tyrosine wordt gemaakt, vermindert dat tekort het pigment: licht haar en een lichte huid zijn bij onbehandelde fenylketonurie gewoon.

Oefening 15.9 ★★

Lactose-intolerantie bij volwassenen is de oorspronkelijke menselijke toestand en lactasepersistentie een mutatie. Leg uit in welke zin het gemuteerde fenotype "gezonder" is, en waarom alleen in bepaalde omgevingen.

Oplossing

Oplossing van Oefening 15.9.

Waar melk een basisvoedsel is, levert het verteren ervan energie en calcium zonder ziekte, en is het persistente allel een voordeel. Waar volwassenen geen melk drinken, verandert het allel niets; het is alleen "gezonder" in de omgeving die het substraat levert.

Oefening 15.10 ★★

Een mutatie vervangt in de actieve plaats van een enzym één aminozuur door een ander van heel andere vorm. Voorspel het gevolg op de drie schalen voor een route naar keuze.

Oplossing

Oplossing van Oefening 15.10.

Voor tyrosinase: moleculair past het substraat niet meer, geen melanine; cellulair lege pigmentcellen; op de schaal van het organisme albinisme. Voor lactase: lactose onverteerd; darmcellen die de suiker missen en een dikke darm die haar vergist; intolerantie.

Oefening 15.11 ★★

Een siamees katje wordt in een heel warm huis grootgebracht. Voorspel haar vacht en leg dat uit. Wat gebeurt er als zij later in de winter buiten leeft?

Oplossing

Oplossing van Oefening 15.11.

Haar uiteinden blijven warmer dan $35\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ , het enzym werkt nauwelijks, en het katje is overal bleek. Buiten in de winter koelen de oren en de voeten af, wordt het enzym werkzaam, en komt de vacht die daar teruggroeit donker op.

Oefening 15.12 ★★★

Sikkelcelhemoglobine veroorzaakt ziekte bij dubbele dragers, maar enkele dragers vertonen alleen sikkelvorming bij heel weinig zuurstof (grote hoogte, diep duiken). Bespreek het fenotype van een drager op de drie schalen en de rol van de omgeving.

Oplossing

Oplossing van Oefening 15.12.

Moleculair: de helft van de hemoglobine is de sikkelvorm. Cellulair: bij gewone zuurstofspanning blijven de cellen rond; bij heel weinig zuurstof vormen sommige een sikkel. Organisme: gezond in het gewone leven, met risico op hoogte of bij het duiken — en beschermd tegen malaria. De omgeving (zuurstof, malaria) bepaalt of het fenotype van de drager een last of een voordeel is.

Oefening 15.13 ★★★

Koorts van $41\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ laat een patiënt zich ziek voelen maar is niet rechtstreeks gevaarlijk; $43\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ wel. Leg dat uit met de temperatuurkromme.

Oplossing

Oplossing van Oefening 15.13.

Bij $41\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ houden de enzymen nog het grootste deel van hun werkzaamheid (de kromme zit vlak bij haar top); bij $43\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ zakt de werkzaamheid steil terwijl eiwitten zich beginnen te ontvouwen, en als dat ontvouwen doorzet, is het onomkeerbaar: enzymen worden vernield en niet alleen vertraagd.

Oefening 15.14 ★★★

Eeneiige tweelingen hebben hetzelfde genotype. De een wordt marathonloper, de ander gaat stilzitten. Noem drie fenotypische verschillen op de cellulaire of moleculaire schaal die je tussen hen verwacht, en zeg wat elk over "erfelijke" kenmerken zegt.

Oplossing

Oplossing van Oefening 15.14.

Meer mitochondriën en haarvaten per spiervezel; een groter hart met een groter slagvolume; meer hemoglobine per liter bloed; grotere glycogeenvoorraden. Elk daarvan is een fenotype dat hetzelfde genotype in een andere omgeving voortbrengt: "erfelijke" kenmerken zijn de marge die het genotype toelaat, geen vaste waarde.

Oefening 15.15 ★★★

"Omdat het fenotype van de omgeving afhangt, doet het genotype er niet veel toe." Bespreek dit aan de hand van fenylketonurie, albinisme en de siamese kat: wat legt het genotype in elk geval vast, en wat kan de omgeving wel en niet veranderen?

Oplossing

Oplossing van Oefening 15.15.

Het genotype legt vast welk enzym wordt gemaakt en hoe het zich gedraagt: geen enzym 1 (fenylketonurie), geen tyrosinase (albinisme), een warmtegevoelige tyrosinase (siamees). De omgeving kan de uitkomst alleen veranderen binnen wat het enzym toelaat: een dieet neemt het substraat weg en redt de hersenen, maar kan het ontbrekende enzym niet maken; kou laat het siamese enzym werken, maar geen enkele temperatuur laat dat van de albino werken; en niets in de omgeving geeft de albino zijn pigment. Het genotype bepaalt de marge; de omgeving kiest daarbinnen.

15.6 Probleem: De kat met koude oren

Probleem 15.1

Weekendprobleem — de vacht van een siamese kat enzym voor enzym verklaard: de temperatuurgevoelige tyrosinase, de kaart van lichaamstemperaturen, de kaalgeschoren plek, en een dieet dat een fenotype herschrijft

Het siamese allel van het tyrosinasegen codeert voor een enzym waarvan de werkzaamheid, in het laboratorium gemeten, als volgt is: $100\,\%$ bij $30\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ , $80\,\%$ bij $33\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ , $40\,\%$ bij $35\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ , $5\,\%$ bij $37\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ , $0\,\%$ bij $39\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ . Het enzym van het gewone allel houdt $100\,\%$ tot $40\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ . Huidtemperaturen van een kat: romp $38\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ , poten $36\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ , voeten $33\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ , oren en snuit $31\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ . Melanine is in de vacht zichtbaar wanneer het enzym voor meer dan ongeveer $30\,\%$ werkt.

Deel I — De kaart.

Lees voor elk lichaamsdeel de werkzaamheid van het siamese enzym af en zeg of de vacht gepigmenteerd is.
Teken, of beschrijf, de vacht die daaruit volgt. Klopt zij met een siamees?
Doe hetzelfde voor een kat met het gewone allel.
Een siamees katje wordt overal roomkleurig geboren. Verklaar dat, wetend dat de baarmoeder $38\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ is.
Bij welke huidtemperatuur ligt de grens tussen donkere en bleke vacht? Welk deel van de kromme van het enzym legt haar vast?

Deel II — De proef.

Een plek op de romp wordt kaalgeschoren en onder een koelelement op $30\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ gehouden terwijl de vacht teruggroeit. Voorspel de kleur ervan.
Een plek op een voet wordt kaalgeschoren en met een verband warm gehouden op $38\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ . Voorspel.
Nadat de elementen zijn weggehaald, behoudt de teruggegroeide vacht haar kleur maandenlang en wordt zij dan geleidelijk vervangen. Verklaar beide feiten.
Leg uit waarom deze proeven laten zien dat de omgeving op de moleculaire schaal ingrijpt en niet op het genotype.
Een leerling stelt voor dat de donkere uiteinden aan een ander allel in die cellen te danken zijn. Geef twee tegenargumenten.

Deel III — De drie schalen.

Beschrijf het siamese fenotype op de moleculaire en de cellulaire schaal en op die van het organisme.
Het siamese allel verschilt van het gewone door één substitutie die één aminozuur verandert. Leg uit hoe één aminozuur een enzym temperatuurgevoelig kan maken.
Een kat met één siamees en één gewoon allel is volledig gepigmenteerd. Leg dat uit met Opmerking 15.11.
Een albinokat heeft twee allelen van hetzelfde gen die bij geen enkele temperatuur een werkend enzym opleveren. Vergelijk haar fenotype op de drie schalen met dat van de siamees.
Himalayakonijnen en bepaalde muizen vertonen hetzelfde patroon. Wat suggereert dat over hun tyrosinasegen, en wat zou je van de mutatie verwachten?

Deel IV — Een dieet dat een fenotype herschrijft. Bij een pasgeborene wordt fenylketonurie vastgesteld: fenylalanine in het bloed $1200\,\text{µ}\mathrm{mol}/\mathrm{L}$ in plaats van $60$ . Het veilige niveau voor de hersenontwikkeling ligt onder $360\,\text{µ}\mathrm{mol}/\mathrm{L}$ .

Met welke factor is de fenylalanine verhoogd, en welk enzym uit de routefiguur ontbreekt?
Leg uit waarom juist de hersenen van het kind, en niet bijvoorbeeld zijn huid, het orgaan zijn dat gevaar loopt.
Het dieet brengt de inname van fenylalanine terug tot een vijfde van het gewone; het bloedgehalte daalt evenredig. Is het kind veilig? Wat zegt dat over het verband tussen de aanvoer van substraat en het fenotype wanneer het enzym ontbreekt?
Toch is enige fenylalanine onmisbaar, omdat het lichaam haar niet kan maken. Leg uit waarom de voeding moet worden geregeld en fenylalanine niet eenvoudigweg kan worden weggelaten.
Geef het resultaat: wat het genotype bij de siamese kat en bij het kind vastlegde, wat de omgeving bepaalde, en de ene zin die genotype, omgeving en fenotype met elkaar verbindt.

Oplossing

Oplossing van Probleem 15.1.

1. Romp $38\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ : ongeveer 2%, bleek. Poten $36\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ : ongeveer 20%, bleek. Voeten $33\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ : 80%, donker. Oren en snuit $31\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ : ruim 90%, donker.

2. Bleek lijf en bleke poten, donkere voeten, oren en snuit (en staart): het siamese patroon.

3. Overal 100%: een gelijkmatig gepigmenteerde kat.

4. In de baarmoeder is elk deel van het katje op $38\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ , is het enzym overal onwerkzaam, en wordt er vóór de geboorte geen pigment afgezet; de punten worden donker naarmate de uiteinden na de geboorte afkoelen.

5. Rond $35.5\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ , waar de werkzaamheid door de 30% zakt: het steile dalende stuk van de kromme tussen 33 en $37\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ legt de grens vast.

6. Donker: bij $30\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ is het enzym in de groeiende haren volop werkzaam.

7. Bleek: bij $38\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ is het enzym onwerkzaam.

8. Pigment wordt in het haar afgezet terwijl het groeit en kan er daarna niet meer uit of bij; de kleur verandert pas wanneer de haren uitvallen en worden vervangen door nieuwe die bij de plaatselijke temperatuur zijn gegroeid.

9. Het genotype van de cellen van de plek is vóór en na gelijk, en gelijk aan dat van de rest van de romp; alleen de temperatuur van het enzym veranderde, en daarmee het pigment. De ingreep werkt op de werkzaamheid van het enzym, een moleculaire gebeurtenis.

10. Alle cellen van de kat stammen van één eicel af en dragen dezelfde allelen; en de proeven met de kaalgeschoren plek veranderen de kleur van een streek zonder haar cellen te veranderen — een allel valt niet met een koelelement om te zetten.

11. Moleculair: een tyrosinase die alleen beneden ongeveer $35\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ werkt. Cellulair: pigmentcellen vol melanine in de uiteinden, leeg in de romp. Organisme: een bleke kat met donkere punten.

12. Het aminozuur zit op de plaats waar het de vouwing stabiliseert; de vervanger houdt de vouwing bij lage temperatuur bijeen maar laat haar enkele graden hoger loszitten, zodat de actieve plaats haar vorm eerder verliest dan bij het gewone enzym.

13. Het enzym van het gewone allel is bij lichaamstemperatuur volop werkzaam; de halve normale hoeveelheid is nog altijd ruim genoeg om overal pigment te maken. Het siamese allel is er recessief tegenover.

14. Moleculair: bij geen enkele temperatuur een werkend enzym, tegenover een enzym dat onder voorwaarden werkt. Cellulair: nergens melanine, tegenover melanine in de koele streken. Organisme: een geheel witte kat met roze ogen, tegenover het puntenpatroon. Voor de albino verandert kou niets.

15. Dat zij een temperatuurgevoelig allel van hetzelfde gen dragen; waarschijnlijk een vergelijkbare substitutie die het enzym minder stabiel maakt, in elke soort afzonderlijk ontstaan.

16. Twintigvoudig; enzym 1, dat fenylalanine in tyrosine omzet.

17. Overtollige fenylalanine hindert juist de cellen van de zich ontwikkelende hersenen (hun aanvoer van andere aminozuren en hun rijping); huidcellen verdragen haar. Het moleculaire gebrek is overal hetzelfde; het cellulaire gevolg niet.

18. Een vijfde van $1200$ is $240\,\text{µ}\mathrm{mol}/\mathrm{L}$ , onder $360$ : veilig. Zonder het enzym volgt het bloedgehalte eenvoudigweg de inname, zodat het fenotype door de aanvoer van substraat — de omgeving — wordt bepaald en niet door het ontbrekende enzym alleen.

19. Fenylalanine is nodig om de eiwitten van het lichaam te bouwen en kan niet worden gemaakt; zonder enige fenylalanine stopt de groei. De inname moet genoeg zijn voor de eiwitsynthese en niet meer, en dat vergt meten en bijstellen.

20. Het genotype legde het enzym vast (warmtegevoelig bij de kat, afwezig bij het kind); de omgeving bepaalde de voorwaarden ervoor (huidtemperatuur; fenylalanine in de voeding); het fenotype is het resultaat van het genotype zoals het in een gegeven omgeving tot uiting komt.

Begrippen gedefinieerd in dit hoofdstuk

Bekijk alle 479 begrippen in de begrippenlijst