Van DNA naar eiwit
Intro - Wat gaan we doen?
Je hebt geleerd dat eiwitten onmisbaar zijn voor het functioneren van cellen. Afhankelijk van het celtype en de activiteit van de cel, wordt een bepaald deel van de informatie in de chromosomen gebruikt en verschillende eiwitten gemaakt. In deze module gaan we in op hoe deze eiwitten gemaakt worden.
Wat ga je doen?
- Je gaat in tweetallen aan de slag met deze module. Je werkt de stappen 1 t/m 3 uit in een word-document. Je hebt daar drie lessen de tijd voor.
- Je levert de uitwerkingen met je tweetal in op dinsdag 16 februari via Teams.
- De examenopdrachten kun je doen als voorbereiding op de formatieve toets.
- Als bronnen kun je de Kennisbank, je schoolboek en de getoonde animaties gebruiken.
Doelen-Concepten
DNA
Leerdoelen
Aan het eind van deze module
Kun je:
- de bouw van DNA en RNA beschrijven en de verschillen toelichten;
- de functies van DNA en van mRNA, tRNA en rRNA benoemen en het verband beschrijven met de bouw ervan;
- uitleggen op welke manieren de basenvolgorde in het DNA bepaald kan worden.
Deelconcepten
Nucleïnezuren, helixstructuur, basenparing, nucleotide, enkelstrengs en dubbelstrengs DNA, chromosomen, nucleosomen, histonen, kernDNA, mtDNA, RNA, genetische code, primer.
Eiwitsynthese
Leerdoelen
Aan het eind van deze module
Kun je:
- op basis van de relatie tussen tripletcode en aminozuur toelichten hoe eiwitten gevormd worden;
- het proces van transcriptie en translatie beschrijven;
- uitleggen hoe de aminozuurvolgorde (primaire structuur) van een eiwit de bouw en werking van het eiwit bepaalt;
- uitleggen hoe eiwitten de bouw en werking van biologische eenheden bepalen.
Deelconcepten
Aminozuur, primaire, secundaire, tertiaire en quaternaire structuur, proteïne, peptidebinding, transcriptie, translatie, mRNA, tRNA, rRNA, cytoplasma, ribosoom, golgi-systeem, (ruw) endoplasmatisch reticulum, tripletcode, codon, anticodon, coderende streng, afleesrichting, template/matrijsstreng, DNA-polymerase, startcodon, stopcodon, plasmide.
Kennisbank
Verwerking
Stap 1. Van DNA naar eiwit
Van DNA naar eiwit
In een cel verlopen duizenden chemische reacties. Al die reacties worden gekatalyseerd door enzymen.
Daarbij gaat er natuurlijk wel eens iets mis, en de gevolgen daarvan kunnen groot zijn.
Zo komt het voor dat mensen een bepaald enzym niet kunnen maken, waardoor een bepaalde reactie niet kan verlopen.
Dat kan gevolgen hebben voor een hele reactieketen.
Opdracht 1 Wat gaat er mis?
In tweetallen.
Kies elk een van deze onderstaande ziektebeelden. Zoek informatie over de symptomen.
Noteer ook wat er mis gaat op het niveau van het DNA.
Wissel de gegevens uit.
- Sikkelcelanemie
- Familiaire hypercholesterolemie
- Spierdystrofie van Duchenne
- Hemofilie
Opdracht 2 Nucleotiden en aminozuren
De vier ziekten uit opdracht 1 zijn het gevolg van een genmutatie in het DNA.
Blijkbaar is er een verband tussen het DNA en het eiwit dat ontstaat. Een logische veronderstelling is dat de volgorde van de nucleotiden de code bevat voor het maken van de eiwitten.
De duizenden eiwitten die een cel nodig heeft, bestaan uit ongeveer twintig verschillende aminozuren.
In een DNA-molecuul zitten vier verschillende nucleotiden.
Beantwoorden de volgende vragen.
- Hoeveel aminozuren kun je coderen als elke nucleotide de plaats van één aminozuur bepaalt?
- 1
- 2
- 4
- 16
- Hoeveel aminozuren kun je coderen wanneer je per code twee nucleotiden gebruikt?
- 2
- 4
- 16
- 32
De logische volgende stap is naar een code van drie nucleotiden te gaan kijken. Theoretisch kun je 64 codes maken en dat is meer dan voldoende.
In 1965 deed de Japanner Khorana het onderzoek waarmee de juistheid van de veronderstelling, om drie nucleotides als code te gebruiken, werd bewezen. In een eerste experiment gebruikte hij een m-RNA-keten van Uracil en Cysteine aan elkaar. We noemen dat een poly-UC-keten (UCUCUCUCUCUC). Waarom hij mRNA gebruikte en geen DNA zal je in de volgende stap duidelijk worden.
- Beredeneer uit hoeveel verschillende aminozuren het eiwit zal bestaan als uitgaat van een code van 1,2 of 3 letters.
Maak de eerste vraag van oefening "Aminozuren" onderaan deze pagina.
- Uit de experimenten bleek dat er een reeks van twee verschillende aminozuren aan elkaar werden gekoppeld (serine en leucine).
Welke conclusie trek je uit het experiment?
Om zeker te zijn van zijn zaak deed Khorana vervolgens een proef met een poly-AAG-keten (AAGAAGAAG etc).
Welk resultaat verwacht je van dit experiment om aan te tonen dat er inderdaad een triplettencode gebruikt wordt?- Leg uit dat het vinden van een polypeptide met 1 soort aminozuur de mogelijkheid van het gebruik van een 4-letterige code uitsluit.
Opdracht 3 Nucleotiden
In tweetallen.
- Verzin elk een stukje DNA van 12 nucleotiden.
Geef aan wat de streng is die wordt afgelezen en wat het 3´en het 5´eind is.
- Wissel je stukjes uit. Maak nu het bijbehorende mRNA van elkaars stukje DNA.
- Zoek uit voor welke aminozuren het stukje zou coderen.
Gebruik een tabel voor de genetische code (Binas of boek Biologie voor jou).
- Controleer samen de eiwitketens die zouden ontstaan.
Stap 2. Transcriptie in Detail
Transcriptie in detail
Lees in de kennisbank:
KB: Transcriptie in detail
Opdracht 1 Transcriptie
- Bekijk de animatie alleen de transcriptie en de bewerking van het mRNA voordat het de kern verlaat.
- Bekijk daarna deze real time animatie .
- Vat het proces van transcriptie in eigen woorden samen. Gebruik daarin in ieder geval de begrippen DNA, gen, mRNA, RNA-polymerase, splicing, intron, exon.
Opdracht 2 Splicing
Ook bij splicing kunnen er dingen fout gaan.
In het volgende voorbeeld gebeurt splicing van een intron bij een volgorde GT…………………… AG.
- Welk gevolg heeft de mutatie van A naar C?
Opdracht 3 Bèta- thalassemie
Een voorbeeld van een dergelijke mutatie is de bloedziekte bèta- thalassemie.
Zoek uit wat het gevolg is van deze mutatie.
Stap 3. Translatie in Detail
Translatie in detail
Lees de kennisbank:
KB: Translatie in detail
Opdracht 1 Samenvatting
Vul je samenvatting van stap 2 aan met de functies van de verschillende nucleïnezuren (DNA, rRNA, tRNA, mRNA) en de plaats in de cel waar ze actief zijn.
Opdracht 2 Transcriptie en translatie
Bekijk de animaties van transcriptie en translatie:
- Neem de tabel over en kies de juiste woorden.
| |
transcriptie |
translatie |
| matrijs |
□DNA |
□RNA |
□DNA |
□RNA |
| plaats in de cel |
□kern |
□cytoplasma |
□kern |
□cytoplasma |
| product |
□DNA |
□RNA |
□eiwit |
□DNA |
□RNA |
□eiwit |
Opdracht 3 De genetische code
- Bekijk de animatie gencode op Bioplek.
- Test daarna je kennis: gencode.
- Uit welke aminozuren bestaat dit ‘eiwit’?
- Leg uit wat er kan gebeuren als er een puntmutatie in het DNA optreedt.
Gebruik daarvoor evt deze animatie mutaties.
Opdracht 4 Bewerking van het eiwit
Nadat het eiwit is gemaakt moet het nog worden bewerkt.
- Maak een schematische tekening van de cel met celorganellen.
Geef daarin aan waar de processen translatie, transcriptie en eiwitbewerking plaats vinden.
- Noteer onder je tekening de verschillende stappen van drie processen.
Oefenen met transcriptie en translatie.
- Drie stukjes eiwit (P, Q en R) worden met behulp van drie verschillende moleculen mRNA met de volgende basevolgorde gemaakt:
P AGAGAGAGAGAGAGAGAG
Q CAUCAUCAUCAUCAUCAU
R AAUGAAUGGAUGAAUGAAUGGAUG
De stukjes RNA worden van het eerste tot het laatste nucleotide getransleerd.
Welke van de volgende antwoorden toont het juiste aantal verschillende aminozuren waaruit het stukje eiwit is opgebouwd?
- P2 Q1 R4
- P1 Q3 R2
- P3 Q1 R4
- Door radioactieve straling kunnen in DNA genmutaties worden veroorzaakt. Over genmutaties worden de volgende beweringen gedaan:
- een genmutatie kan berusten op vervanging van een molecuul adenine door een molecuul guanine.
- een genmutatie kan berusten op vervanging van een molecuul desoxyribose door een molecuul ribose.
- een genmutatie kan berusten op de afsplitsing van een molecuul fosforzuur van het DNA.
Welke van deze beweringen is of welke zijn juist?
- Hieronder staan enkele gebeurtenissen die optreden tijdens de eiwitsynthese. Noteer de juiste volgorde.
- het ontstaan van peptidebindingen.
- de transcriptie.
- het ontstaan van een codon – anticodonbinding.
- Een stukje mRNA ziet er als volgt uit:
5’ ACUGAGAUGGGGGUA 3’
Hoe zien de eerste twee anticodons eruit die aan dit stuk RNA worden gebonden? Neem als eerste het anticodon dat aan het start codon wordt gekoppeld.
Geef het 5’- en het 3’-uiteinde aan.
- In een bacterieel in vitro eiwitsynthese systeem wordt het volgende kunstmatige mRNA gebruikt:
5'- A A G U C C G G U G G C U C U A G A U G A G U A A G U A -3'
De initiatie van de translatie verloopt in dit systeem slordig: de translatie kan bij willekeurige nucleotiden in het mRNA starten. De terminatie verloopt echter correct, zoals dat in vivo pleegt te gebeuren.
Wat is de aminozuurvolgorde van het langste polypeptide dat in dit eiwitsynthese systeem gesynthetiseerd kan worden? Gebruik voor de namen van de aminozuren de afkortingen die in de tabel van de genetische code wordt gebruikt.
Stap 4. Examenopdrachten
