Thema Enzymen en eiwitsynthese

Intro

Eiwitten en DNA
De kans dat iemand anders precies hetzelfde DNA heeft als jij is verwaarloosbaar klein.
Doordat DNA uniek is voor elk individu, is het vergelijken van DNA monsters een goede methode om mogelijke verwantschap aan te tonen, forensisch onderzoek te doen of de afstamming van soorten na te gaan.

Met DNA onderzoek kan nog veel meer: mutaties in genen opsporen en zo de achtergrond van erfelijke ziekten leren kennen; de gevoeligheid van een patiënt voor een bepaald medicijn bepalen; een gen van de ene soort in de andere overbrengen, om zo bijvoorbeeld een rijstplant te kweken die meer provitamine A bevat.
In bacteriën kan een menselijk gen worden ingebouwd, bijvoorbeeld het gen om insuline te maken, waardoor menselijk insuline in grote reactievaten kan worden geproduceerd. Er zijn zelfs wetenschappers die proberen uitgestorven soorten weer tot leven te wekken.

In de video zie je nog een toepassing: ziekten die door een mutatie in één gen worden veroorzaakt, kunnen mogelijk met gentherapie worden behandeld.

DNA onderzoek geeft dus veel mogelijkheden. Dat veel experimenten omstreden zijn, blijkt uit de volgende video.

In deze module leer je hoe het functioneren van cellen wordt bepaald door het samenspel tussen genen en eiwitten.
Met behulp van deze kennis, ga je een mening vormen over gewenste en ongewenste toepassingen van moleculair biologisch onderzoek.

Wat ga ik leren?

Aan het eind van dit thema:

kan ik de bouw van DNA en RNA beschrijven.
kan ik beschrijven hoe de basenvolgorde van DNA bepaald kan worden.
kan ik toelichten dat de aminozuurvolgorde en de ruimtelijke structuur van een eiwit de bouw en de werking ervan bepaalt.
beschrijf ik hoe DNA fragmenten in ander DNA (van dezelfde soort of andere) op een natuurlijke of kunstmatige manier ingebouwd kunnen worden. Ik beschrijf de gevolgen van deze inbouw.
leg ik in detail de bij transcriptie en translatie betrokken processen uit.
beschrijf ik waar en op welke wijze enzymen reacties katalyseren, en hoe temperatuur en pH die processen beïnvloeden.
licht ik in detail toe hoe DNA-replicatie plaatsvindt, wat er fout kan gaan en welke consequenties dat heeft.
beschrijf ik dat celdifferentiatie tot stand komt door het aan- en/of uitschakelen van genen.
beschrijf ik wat genexpressie is en doet.
beschrijf ik hoe genexpressie gereguleerd wordt en gemanipuleerd kan worden.

Deelconcepten
aminozuur, primaire/secundaire/tertiaire en quaternaire structuur, proteïne, peptidebinding, enzymen, nucleïnezuren, helixstructuur, basenparing, nucleotide, enkelstrengs en dubbelstrengs DNA, chromosomen, nucleosomen, histonen, kernDNA, mtDNA, RNA, genetische code, primer, 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. Chromosoom, gen, DNA, RNA, eiwit, fenotype, genetische code, startcodon, stopcodon, transcriptiefactor, activator, RNA-polymerase, splicing, introns, exons, nucleosomen, niet-coderend DNA, knock-out-gen, genoom, structuurgenen, regulatorgenen, recombinant DNA, proto-oncogenen, virus, iRNA, promotor, operator, repressor, suppressor, epigenetisch.

Wat kan ik al?

Wat weet je al over dit onderwerp?
Lees uit de Kennisbank onderbouw de volgende onderwerpen:

Klassiek veredelen en biotechnologie

Biotechnologie

Klonen van planten

Cellen van planten en dieren

Chromosomen, genen en DNA

Test nu je kennis in de oefening hieronder.

Wat ga ik doen?

Het thema Enzymen en eiwitsynthese bestaat uit de volgende onderdelen.
In de tabel staat per activiteit hoeveel SLU je ongeveer nodig hebt.

Activiteit	Aantal SLU
Inleiding
Wat kan ik straks?	0,5
Wat kan ik al?	2
Wat ga ik doen?	0,5
Modules
Module: Eiwitten in orde	7
Module: Van DNA naar eiwit	10
Module: DNA technologie	7
Afsluiting
Samenvattend	1
Examenvragen	1
Terugkijken	0,5
Totaal:	29 à 30

Modules

Eiwitten in orde

Intro

Onderzoek naar het proteoom
van een cel en de relaties tussen
*de verschillende cellen.*

Eiwitten zijn onmisbaar voor het functioneren van je cellen. Ze zijn betrokken bij bijna alles wat je doet: eiwitten in je spiercellen zorgen dat je kunt bewegen, eiwitten in het netvlies zorgen dat je kunt zien, eiwitten in de celmembranen regelen de opname van stoffen. Zo zijn nog vele voorbeelden te bedenken.

De chemische naam van eiwit is proteïne. De verzameling van alle eiwitten in een cel of in een organisme noem je het proteoom. Proteomics is een tak van wetenschap die volop in ontwikkeling is. Ongeveer 20.000 genen in een mens (het genoom) bevatten de code voor het aanmaken van ongeveer 200.000 eiwitten. Geen wonder dat ook het bestuderen van het genoom (genomics) belangrijk is als je iets wilt weten over de eiwitten die in de cel een rol spelen. In dit thema leer je hoe het genoom en de eiwitten samenwerken. Bovendien bestudeer je de werking van een heel belangrijke groep eiwitten, de enzymen.
Bekijk daarom als introductie de eerste 7 min. van deze lezing.

Wat ga ik leren?

Aan het eind van deze module kan ik:

de structuur van eiwitten beschrijven.
tenminste vijf verschillende functies van eiwitten in cellen noemen.
de verschillen tussen primaire, secundaire, tertiaire en quaternaire structuur beschrijven.
beschrijven waar en op welke wijze enzymen reacties katalyseren.
uitleggen hoe de temperatuur en pH de activiteit van enzymen beïnvloeden.

Deelconcepten
Aminozuur, primaire, secundaire, tertiaire en quaternaire structuur, proteïne, peptidebinding, enzymen.

Wat ga ik doen?

Aan de slag
Stap		Inhoud
Stap 1		Ik leer dat onderzoeken van het proteoom niet eenvoudig is.
Stap 2		Meer dan 50% van de droge stof van een cel bestaat uit eiwitten. De eiwitten in een cel hebben ieder een eigen functie. In deze stap leer ik meer over de bouw en functie.
Stap 3		Enzymen zijn erg geschikt om mee te experimenteren. In deze stap ga ik zelf aan de slag.
Stap 4		Enzymen zijn belangrijk voor een goede werking van de cel. Enzymen kunnen door bepaalde stoffen geremd worden. Dat noemt men inhibitie.
Afronding
Onderdeel
Kennisbank		Alle Kennisbankitems uit deze module.
Eindopdracht		Mijn kennis over deze module wordt getest met behulp van een toets.
Terugkijken		Terugkijken op de opdracht.

Tijd
Voor deze opdracht heb je 7 SLU nodig.

Aan de slag

Stap 1: Proteomics

Stel je doet onderzoek naar de kieming van zaden.
Je weet al dat de zaden kiemen onder invloed van een bepaald hormoon.
Je hebt twee monsters, één met en één zonder hormoon.
Je wilt nu weten of er een eiwit is dat in het eerste monster wel voorkomt en in het tweede niet.
Bespreek met een klasgenoot wat de rol van een eiwit in deze ontkieming is.

Lees nu uit de Kennisbank het volgende onderwerp:

Eiwitten

Onderzoeksmethoden
In de inleiding heb je al geleerd dat het onderzoeken van het proteoom nog niet zo eenvoudig is.
Bekijk de volgende video om een indruk te krijgen van de mogelijkheden en het onderzoek. Beantwoord daarna de vraag. De video is wel in het Engels. Je kunt eventueel gebruik maken van de ondertiteling.

Vervolg van het onderzoek
Als resultaat vind je een bepaald eiwit.
Dat eiwit is al eens beschreven en het blijkt deel uit te maken van het cytoskelet.

Hoe zou je het onderzoek nu vervolgen? Bespreek dat met een klasgenoot.

Nog meer proteomics
In deze tekst vind je nog een heel ander voorbeeld van proteomics.
Lees het artikel Drop versus coke en noteer de onderzoeksvraag, de methode, het resultaat en de conclusie.

Stap 2: Bouw en werking van enzymen

Meer dan 50% van de droge stof van een cel bestaat uit eiwitten.
De eiwitten in een cel hebben ieder een eigen functie. Eiwitten kunnen de cel verstevigen of ervoor zorgen dat een bepaalde chemische reactie plaatsvindt. Ook bij de afweer spelen eiwitten een belangrijke rol; ze kunnen hechten aan de eiwitten van een ziekteverwekker, waardoor deze onschadelijk wordt gemaakt.
Eiwitten in het bloed vervullen ook een functie bij de bloedstolling.
Zie voor een compleet overzicht van de rol van eiwitten de Kennisbank:

Algemene bouw van nucleïnezuren

In de rest van deze module concentreer je je op een bepaalde groep eiwitten, de enzymen.
Bekijk de video en maak daarna de opdrachten:

Video: Enzymen

Lees in nu in de Kennisbank:

Reactiesnelheid en enzymen

Bouw en functies
Werk in tweetallen
De structuur van een enzym is bepalend voor de goede werking ervan.

Op Bioplek vind je belangrijke feiten over de bouw en werking van enzymen.
Bekijk de verschillende pagina's en bespreek ze met een klasgenoot.

Stap 3: Experimenten met enzymen

Met enzymen en een wisselende pH-waarde zijn talloze experimenten te verzinnen. Kijk de volgende twee Engelstalige video's. Bespreek na het kijken met een klasgenoot welke conclusie jullie kunnen trekken uit deze video's. De conclusies worden klassikaal besproken.

Enzymen in de keuken
Experimenten in het echt zijn natuurlijk veel leuker.
Download het werkblad Enzymen in de keuken .
Overleg met je docent welke experimenten je gaat uitvoeren.
Lees de werkwijze op het blad aandachtig door.
Verzamel de benodigde materialen.
Maak een verslag van de proef. Kijk voor eventuele tips in de Gereedschapskist.
Spreek ook af welke verslagen je na afloop moet inleveren en hoe deze beoordeeld worden.

Natuurwetenschappelijk verslag maken

Schrijf je een verslag van een onderzoek voor biologie of NaSk, dan wordt dit een natuurwetenschappelijk verslag genoemd. Het is hierbij vooral belangrijk dat het doel van je onderzoek en de manier waarop je het uitvoert zo duidelijk mogelijk wordt weergegeven. Het schrijven van zo’n verslag gebeurt in verschillende stappen.

Stap 4: Remmen van enzymen

Enzymen zijn belangrijk voor een goede werking van de cel.
Enzymen kunnen door bepaalde stoffen geremd worden. Dat noem je inhibitie.
De celstofwisseling kan dus geregeld worden door enzymen meer of minder te remmen.

Enzymremmers
Werk in viertallen.
Bestudeer ieder één van de volgende bronnen.
Noteer de naam van het enzym uit jouw artikel en de reactie die het katalyseert.
Leg ook uit op welke manier van die kennis gebruik gemaakt wordt. Wissel de gevonden informatie uit.

Bronnen:

Afsluiting

Samenvattend

Eiwitten

Reactiesnelheid en enzymen

Algemene bouw van nucleïnezuren

Eindopdracht

Maak als eindopdracht van deze module de toets.
Zorg dat je minimaal 80% van de vragen juist beantwoord.

Terugkijken

Kan ik wat ik moet kunnen?

Lees de leerdoelen van deze opdracht nog eens door.
Kun je wat je moet kunnen?

Hoe ging het?

Tijd
Ben je ongeveer 7 SLU met deze opdracht bezig geweest.
Heb je in die tijd alle video's helemaal kunnen bekijken?

Inhoud
Eiwitten hebben verschillende functies. Waren er functies die je nog niet kende of die je juist al wel kende. Als je een fanatiek sporter bent moet je ook goed op je eiwitten letten. Herken je dit misschien van jezelf of iemand in je omgeving?

Eindopdracht
De eindopdracht was dit keer een korte toets. Heb je de toets met een voldoende kunnen afsluiten? Zo niet, wat heb je gedaan om de leerdoelen alsnog te beheersen en de toets wel voldoende te scoren?