In de vorige module heb je gezien dat eiwitten onmisbaar zijn voor het functioneren van cellen. Je weet ook dat alle cellen van een organisme in principe dezelfde set chromosomen bevatten, ook al verschillen hun functies. 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.
Heel lang is gedacht dat elk gen verantwoordelijk is voor de vorming van één bepaald eiwit en dat het gen ‘aangezet’ wordt op het moment dat de cel het betreffende eiwit nodig heeft. Recent onderzoek laat zien dat het niet zo eenvoudig is.
Genen kunnen blijkbaar ‘aan’ of ‘uit’ staan en het patroon van in- en uitgeschakelde genen kan ook worden doorgegeven aan de nakomelingen.
Het overerven van dit patroon wordt onderzocht bij een snel groeiend vakgebied, de epigenetica. Daarover gaat de volgende video. Overleg met je docent of je de hele video moet bekijken.
Hoe wordt een gen aangezet? En wat gebeurt er als aan gen aan staat? Daarover gaat deze module.
Eindproduct
Je rondt de module af met het maken van een informatieve poster over de oorzaak en de behandeling van de aandoening Cystic Fibrose (CF).
Je werkt hierbij in viertallen.
Wat ga ik leren?
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.
De structuur van DNA is ontdekt in de jaren vijftig van de vorige eeuw. Je bekijkt de eerste onderzoeken.
Stap 3
In een cel verlopen duizenden chemische reacties. Al die reacties worden gekatalyseerd door enzymen. Soms gaat dit niet goed. Daarover gaat deze stap.
Stap 4
Met behulp van bioplek.org bestudeer je de transcriptie en de bewerking van mRNA.
Stap 5
Met behulp van bioplek.org bestudeer je de translatie in detail.
Stap 6
Je geeft aan op welke plaatsen genexpressie kan worden gereguleerd.
Afronding
Onderdeel
Kennisbank
Alle Kennisbankitems uit deze module.
Eindopdracht
Je maakt een poster over Cystic Fibrosis
Terugkijken
Terugkijken op de opdracht.
Tijd
Voor deze opdracht heb je 10 SLU nodig.
Aan de slag
Stap 1: Bouw van DNA
DNA molecuul
Druk het werkblad Bouw van DNA af.
Knip de 12 nucleotiden stuk voor stuk uit. Kijk goed waar je moet knippen.
Knip bij elke nucleotide het gearceerde vakje weg. Leg de stukjes zo tegen elkaar op je tafel dat er een DNA molecuul ontstaat. Wat valt je op? Bespreek het met een klasgenoot.
Maak een samenvatting van alle kennis die je nu hebt over de bouw van nucleïnezuren. Maak het schema zo dat je aan het eind van deze module ook de functies kunt toevoegen en de plaats in de cel waar ze actief zijn.
Maak je samenvatting in een document en vul het waar nodig tijdens deze module aan. De samenvatting bewaar je daarna in je portfolio.
Practicum
Je kunt DNA vrij gemakkelijk isoleren uit plantenweefsel, bv uit een ui of uit een kiwi.
Download het werkbladen voer het practicum uit. Overleg met je docent of je hiervan een verslag maakt.
Stap 2: De eerste experimenten
Hershey
De structuur van DNA is ontdekt in de jaren vijftig van de vorige eeuw.
Deze ontdekking is het begin van veel onderzoek.
In deze opdracht leer je iets over de eerste experimenten.
Experiment van Hershey en Chase
In 1952, dus nog voordat de structuur van DNA helemaal was opgehelderd, was konden Hershey en Chase en antwoord geven op de vraag of eiwitten dan wel DNA de drager van de erfelijke eigenschappen zou zijn.
Ze werkten daarvoor met speciale virussen, die bacteriën aanvallen en hun eigen erfelijk materiaal in de bacterie spuiten. Deze bacteriën worden bacteriofagen genoemd.
De bacteriën maken dan in een aantal gevallen zelf nieuwe bacteriofagen.
De onderzoekers werkten met radioactief zwavel en fosfor.
Bespreek met een klasgenoot waarom er, gelet op de bouw van eiwitten en DNA gekozen is voor radioactief fosfor en zwavel. Het antwoord wordt klassikaal besproken.
J.D. Watson en F. Crick publiceerden hun model van het DNA in 1953.
In de laatste alinea merkten ze op, dat ze een idee hadden hoe het DNA voorafgaande aan elke celdeling zou kunnen worden verdubbeld.
Arthur Kornberg toonde in 1956 aan, dat DNA zelf de matrijs is voor de eigen verdubbeling van het molecuul. Er waren echter drie mogelijke manieren waarop een DNA-molecuul zichzelf zou kunnen verdubbelen:
J.D. Watson
conservatief: in het nieuwe molecuul vind je niets van het oude molecuul;
semi-conservatief: in het nieuwe molecuul vind je de helft van het oude molecuul;
dispersief: het oude en nieuwe molecuul zitten willekeurig door elkaar.
Meselson en Stahl voerden in 1957 een experiment uit om te achterhalen welk van deze hypotheses juist is.
Zoals je weet, zit er in het DNA-molecuul vrij veel stikstof.
Dat element komt in een lichte vorm 14N en in een zware vorm 15N voor.
Ze kweekten bacteriën van E.coli in een medium met de zware isotoop net zolang tot alle gewone stikstof was vervangen door zware.
Daarna brachten ze de bacteriën weer in een medium met gewone stikstof.
Met een ultracentrifuge is het mogelijk om DNA-spiralen waar 14N of 15N in zit, van elkaar te scheiden.
Stap 3: Van DNA naar eiwit
Sikkelcelanemie
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.
Wat gaat er mis?
Werk in viertallen.
Verdeel de volgende aandoeningen over de groep. Zoek informatie over de symptomen. Noteer ze in een (gedeeld) document.
Noteer ook wat er mis gaat op het niveau van het DNA.
Wissel de gegevens uit. Je kunt ze gebruiken voor je eindopdracht.
Sikkelcelanemie
Familiaire hypercholesterolemie
Spierdystrofie van Duchenne
Hemofilie
Algemene structuur van
α-aminozuren. De R staat
voor residu-groep
Nucleotiden en aminozuren
De vier ziekten die jullie hierboven hebben uitgezocht, 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.
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.
Nucleotiden
Werk 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).
Controleer samen de eiwitketens die zouden ontstaan.
Bekijk op Bioplek alleen de transcriptie en de bewerking van het mRNA voordat het de kern verlaat.
Vat het proces van translatie in eigen woorden samen. Gebruik daarin in ieder geval de begrippen DNA, gen, mRNA, RNA-polymerase, splicing, intron, exon. Bespreek dit met een klasgenoot.
Bèta- thalassemie
Een voorbeeld van een dergelijke mutatie is de bloedziekte bèta- thalassemie.
Zoek uit wat het gevolg is van deze mutatie en bespreek het met een klasgenoot.
De mutatie wordt ook klassikaal besproken.
Nadat het eiwit is gemaakt moet het nog worden bewerkt. Dat zie je in de volgende video. Voer na het kijken de volgende opdracht uit. Laat je tekening controleren door je docent.
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.
Laat je tekening controleren door je docent. Je docent let op de juistheid van de tekening en de juistheid van de verschillende stappen.
De onderstaande antwoorden moet je zelf nakijken; vergelijk jouw antwoorden met de goede
antwoorden, en geef aan in welke mate jouw antwoorden correct zijn.
Genexpressie
Neem de figuur van uit het werkblad.
Geef in deze figuur aan op welke plaatsen genexpressie kan worden gereguleerd.
Noteer naast de figuur hoe dit gebeurt.
Vergelijk je tekening met die van een klasgenoot.
Van genotype naar fenotype
In alle cellen van een organisme zit dezelfde genetische informatie. Dat betekent dat in de cellen die je teennagel vormen, ook alle informatie zit om een geslachtscel te worden. Slechts een deel van die informatie wordt gebruikt.
Inmiddels heb je verschillende factoren leren kennen die kunnen bepalen of een eiwit wel of niet gevormd wordt.
Welke stoffen kunnen een gen activeren en hoe doen ze dat?
Bespreek met een klasgenoot hoe het mogelijk is dat de erfelijke informatie in cellen verschillend gebruikt kan worden.
Zoek zoveel mogelijk manieren waarop de genexpressie geregeld kan worden op verschillende organisatie niveaus:
cel,
chromosoom,
transcriptie,
splicing,
translatie,
bewerking van het eiwit.
Bestudeer daarvoor de bronnen hieronder.
Vat alles samen in een schematische tekening. Laat de tekening controleren door je docent.
Taaislijmziekte
Je rondt deze module af door in groepjes (3-4 leerlingen) de oorzaken en gevolgen van de meest voorkomende erfelijke ziekte in ons land te bestuderen: Taaislijmziekte of Cystische fibrose (CF).
Eén op de 3600 kinderen die geboren worden, heeft deze aandoening.
Gezamenlijk zoek je antwoorden op de volgende vragen. Je presenteert de antwoorden in een informatieve poster. De doelgroep van de poster zijn ouders van een kind met CF.
Wat betekent het om CF te hebben? Op welke leeftijd ontstaan de klachten?
Wat is de prognose van de ziekte? Hoe wordt de ziekte vastgesteld?
Waardoor worden die klachten veroorzaakt:
op orgaan niveau
op celniveau
op molecuulniveau
Hoe komt het dat alleen bepaalde cellen en bepaalde organen afwijkingen vertonen?
Welke chromosomen en genen zijn er bij betrokken? Hoe groot is/zijn die genen?
Wat is de frequentie van die genen in de Nederlandse bevolking?
Hoe zien het bijbehorende pre-mRNA, mRNA en eiwit eruit?
Hoe komen bij gezonde mensen de juiste eiwitten in de membranen terecht?
Hoe is dat bij iemand met CF?
Welke behandelingen zijn er of zijn er in ontwikkeling? Wat kan een patiënt met CF doen om zo weinig mogelijk last te hebben van de ziekte?
Ben je klaar? Kijk dan nog eens naar de leerdoelen van deze module.
Welke aspecten daarvan heb je in je poster verwerkt? Mogelijk kun je de poster nog aanvullen met relevante informatie.
Als je poster klaar zijn worden ze opgehangen en vergeleken.
Beoordeel de posters van je klasgenoten met het beoordelingsformulier.
Op een informatieve poster kun je laten zien wat de belangrijkste delen van de lesstof zijn. Ook kun je weergeven hoe bepaalde delen zich tot elkaar verhouden.
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 10 SLU met deze opdracht bezig geweest.
Heb je in die tijd alle video's helemaal kunnen bekijken?
Inhoud
Voor mensen die niet weten wat hun afkomst is, kan een DNA test heel interessant zijn. Wist je voor deze module van deze mogelijkheid? Ken je iemand die ook vragen heeft over zijn/haar achtergrond of misschien ben je dat wel zelf. Zou je zelf kiezen voor zo'n test? Misschien ook wel om iets te weten te komen over een eventuele erfelijke aandoening.
Examenopgaven
Heb je alle examenopgaven die in stap 5 stonden gemaakt? Ging het goed? Denk je dat je op deze manier op de juiste manier hebt kunnen controleren of je de leerdoelen beheerst?
Het arrangement Module: Van DNA naar eiwit - v456 is gemaakt met
Wikiwijs van
Kennisnet. Wikiwijs is hét onderwijsplatform waar je leermiddelen zoekt,
maakt en deelt.
Dit lesmateriaal is gepubliceerd onder de Creative Commons Naamsvermelding-GelijkDelen 4.0 Internationale licentie. Dit houdt in dat je onder de voorwaarde van naamsvermelding en publicatie onder dezelfde licentie vrij bent om:
het werk te delen - te kopiëren, te verspreiden en door te geven via elk medium of bestandsformaat
het werk te bewerken - te remixen, te veranderen en afgeleide werken te maken
voor alle doeleinden, inclusief commerciële doeleinden.
Van dit lesmateriaal is de volgende aanvullende informatie beschikbaar:
Toelichting
Deze les valt onder de arrangeerbare leerlijn van de Stercollectie voor biologie voor vwo leerjaar 4/5/6. Dit is thema ’Enzymen en eiwitsynthese'. Het onderwerp van deze les is: van DNA naar eiwit.
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.
Leerniveau
VWO 6;
VWO 4;
VWO 5;
Leerinhoud en doelen
Biologische eenheid;
Biologie;
Bouw eiwitten;
DNA;
DNA als universele drager van genetische informatie;
Bepalen basenvolgorde;
Deze les valt onder de arrangeerbare leerlijn van de Stercollectie voor biologie voor vwo leerjaar 4/5/6. Dit is thema ’Enzymen en eiwitsynthese'. Het onderwerp van deze les is: van DNA naar eiwit.
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.
In de vorige module heb je gezien dat eiwitten onmisbaar zijn voor het functioneren van cellen. Je weet ook dat alle cellen van een organisme in principe dezelfde set chromosomen bevatten, ook al verschillen hun functies. 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.
Practicum
Translatie in detail
Lees uit de Kennisbank:
Kan ik wat ik moet kunnen?
