V5 Thema 4 DNA B2 DNA-replicatie

• Biologie
• Middelbare school
• vwo
• Leerjaar 5

Thema 4 DNA

B2

DNA-replicatie

Les 1

Leerdoel B2

• Je kunt het proces van DNA-replicatie toelichten en beschrijven hoe DNA-replicatie plaatsvindt. (les 1)

• Je kunt uitleggen op welke manieren de basenvolgorde in het DNA kan worden bepaald en hoe met de verkregen gegevens door DNA-analyse de graad van verwantschap van soorten kan worden vastgesteld. (les 2)

Herhaling Basisstof 2 (2)

DNA-replicatie

DNA begint bij een replicatiestartpunt, de waterstofbruggen tussen de basenparen wordt verbroken door het enzym helicase. Als de twee strengen uit elkaar gaan ontstaat een replicatiebel.

DNA-replicatie (1)

Celdeling vindt plaats om onder andere cellen te vervangen of te kunnen groeien. Het kopiëren van DNA oftewel DNA-replicatie is nodig tijdens de celdeling, specifieker tijdens de S-fase (zie afbeelding hiernaast). 

DNA begint bij een replicatiestartpunt, de waterstofbruggen tussen de basenparen wordt verbroken door het enzym helicase. Als de twee strengen uit elkaar gaan, ontstaat een replicatiebel.

DNA-replicatie (2)

Wanneer helicase de basenparing openbreekt, binden SSBP's (speciale eiwitten) aan de twee strengen. Dit houdt de replicatiebel open. 

Replicatie begint met een primer, waarvan het enzym DNA-polymerase langs de keten kan schuiven en dATP, dTTP, dGTP en dCTP binden. Twee fosfaatgroepen splitsen af en deze geven de energie af voor de binding.

DNA-polymerase heeft een afleesrichting van het 3'-uiteinde naar het 5'-uiteinde. De nieuwe streng wordt dus gemaakt van 5' naar 3'.

DNA-replicatie (3)

De leidende streng (leading strand) is gemaakt. 

Zoals gezegd kan DNA-polymerase alleen van het 3'-5' uiteinde aflezen,  in de andere richting kan DNA-polymerase alleen kleine stukjes DNA (Okazaki fragmenten) synthetiseren.  De RNA primers worden vervangen door DNA-nucleotiden. Het enzym DNA-ligase koppelt ten slotte de Okazaki-fragmenten aan elkaar. Hierdoor wordt de volgende streng (lagging strand) gevormd.

Herhaling Basisstof 2 (3)

DNA-replicatie

Oude keten - nieuwe keten

Paar vragen...

• wat is de functie van de SSBP's?
  
• wat doet primase daar?
  
• hoe heet het enzym dat de Okazaki-fragmenten aan elkaar verbindt? 
• Welke Binas- tabel bevat veel informatie over DNA-replicatie?

71D

Zet de 7 stappen van replicatie in de juiste volgorde 

1

2

3

4

5

6

7

Primase maakt korte RNA primers die functioneren als startpunt van DNA polymerase

Ligase verbindt alle DNA fragmenten aan elkaar.

RNA-primers worden vervangen door DNA-nucleotiden

replicatie start bij een ori (replicatie startpunt)

single strand binding proteins voorkomen dat het dna weer dubbelstrengs wordt.

Helicase verbreekt de waterstofbruggen en maakt van dsDNA ssDNA

DNA polymerase bindt een primer en verlengd deze aan de 3' uiteinde.

DNA-replicatie (4)

Het DNA-molecuul wordt bij elke celdeling korter.

Om te voorkomen dat de genen in het DNA worden beschadigd, hebben de  chromosomen van eukaryoten telomeren: niet-coderend DNA ('5-TTAGGG-3') dat is ingekapseld in beschermende eiwitten.

Na ongeveer 50 celdelingen is de telomeer zo kort dat de cel zich niet meer kan delen en overgaat tot apoptose (geprogrammeerde celdood).

5'-TTAGGG-3'

Maak opdracht 6 t/m 9

https:

Wat was je procentuele score?

Les 2

PCR, sequensen, gelelektroforese, DNA-fingerprinting en restrictie-enzymen

Leerdoel B2

• Je kunt het proces van DNA-replicatie toelichten en beschrijven hoe DNA-replicatie plaatsvindt. (les 1)

• Je kunt uitleggen op welke manieren de basenvolgorde in het DNA kan worden bepaald en hoe met de verkregen gegevens door DNA-analyse de graad van verwantschap van soorten kan worden vastgesteld. (les 2)

Maar eerst even een kort herhalingstestje...

https:

Wat was je procentuele score?

DNA-replicatie (5)

DNA-analyse gebeurt bijvoorbeeld bij de corona-test. Het DNA dat uit de cellen van het virus wordt geïsoleerd is meestal te weinig voor onderzoek. 

Met PCR kunnen een of meer specifieke gedeelten uit het DNA in een PCR-machine worden gekopieerd. 

Vervolgens kun je een DNA-profiel of DNA-fingerprint maken d.m.v. gelelektroforese. Je bepaalt daarmee de nucleotidevolgorde van het DNA (sequensen).

Voor het bepalen van een DNA-profiel worden beide allelen van minimaal tien onafhankelijk overervende loci met repetitief DNA onderzocht (zogenaamde repeats). Repetitief DNA (bijv. CACACACA) bevindt zich in bepaalde loci van niet-coderend DNA. Dit is voor elke persoon zo uniek, waardoor je er iemand mee kunt identificeren.

Animatie PCR

Polymerase Chain Reaction

https:

Binas 71M2

Maak opdracht 10

5 minuten...

Antwoorden opdracht 10

10a: De waterstofbruggen tussen de twee DNA-ketens worden verbroken.

10b: De primer is het startpunt voor DNA-polymerase. Wanneer een primer op meerdere plaatsen aan het DNA kan hechten, begint DNA-polymerase op verschillende plaatsen met DNA-replicatie waardoor verschillende DNA-fragmenten worden gevormd.

10c: bovenste: C-G-G en onderste A-C-T

10d: Wanneer een primer uit drie nucleotiden bestaat, is de kans groot dat de nucleotidevolgorde complementair is aan meerdere delen van het DNA.

10e: Bij PCR wordt Taq-polymerase gebruikt, omdat het werkzaam is bij de hoge temperaturen die voor PCR noodzakelijk zijn. Andere enzymen denatureren bij deze hoge temperaturen en kunnen daardoor niet meer werkzaam zijn.

DNA-sequensen

Techniek waarmee je specifieke nucleotidenvolgorde van een stuk DNA kunt bepalen en op grootte kunt scheiden m.b.v. PCR en gelelectroferese

https:

https:

extra uitlegvideo nodig?

Maak opdracht 11

2 minuten...

Antwoorden opdracht 11

11a: Doordat een didesoxynucleotide een OH-groep mist aan het 3'-uiteinde. Het volgende nucleotide kan daardoor niet binden.

11b: Eén soort primer, want alleen de leidende strengen worden gebruikt bij deze reactie.

DNA-fingerprinting en restrictie-enzymen

DNA-fingerprinting

Restrictie-enzymen

- DNA profielen van organismen vergelijken om zo afkomst te kunnen bepalen of organismen te kunnen identificeren 

- enzymen die specifieke DNA sequentie herkennen en hier op een unieke manier het DNA knippen

DNA-fingerprinting

• Repetitief DNA in niet-coderend DNA, aantal herhalingen verschilt per persoon
• DNA eerst isoleren uit de kern van de cel
• PCR om DNA te vermeerderen
• Restrictie-enzymen knippen loci met repetitief DNA uit DNA
• alle geproduceerde stukjes DNA scheiden, sorteren op grootte en zichtbaar maken/op lengte van elkaar gescheiden d.m.v. gel elektroforese) 

Restrictie-enzymen

2 typen: 

• exonucleasen
• endonucleasen

Exonucleasen knippen aan buitenkant het DNA, endonuclease knipt binnen in het DNA.

Vaak wordt niet exact middendoor geknipt, maar krijg je 'overhangende' delen DNA: sticky ends

Extra informatievideo over 

restrictie-enzymen

Afsluiter Les 2

Zet de 7 stappen van replicatie in de juiste volgorde 

1

2

3

4

5

6

7

Primase maakt korte RNA primers die functioneren als startpunt van DNA polymerase

Ligase verbindt alle DNA fragmenten aan elkaar.

RNA primers worden vervangen door DNA nucleotiden

replicatie start bij een ori (replicatie startpunt)

single strand binding proteins voorkomen dat het dna weer dubbelstrengs wordt.

Helicase verbreekt de waterstofbruggen en maakt dsDNA ssDNA

DNA polymerase bindt een primer en verlengd deze aan de 3' uiteinde.

Primase

RNA Primer

SSBP's

DNA-polymerase

Helicase

Okazaki fragment

DNA-ligase

Wat is een primer?

1. Stukje DNA gemaakt door ligase
2. Stukje RNA gemaakt door primase
3. Stukje RNA gemaakt door polymerase
4. Stukje DNA gemaakt door helicase

Hoe wordt een DNA molecuul altijd afgelezen?

1. Van 5' uiteinde naar 3' uiteinde
2. Van 3' uiteinde naar 5' uiteinde

In DNA vormen de basen A, G, C en T vaste paren.
Welke paren zijn dat?

1. A - G en T - C
2. A - T en G - C

Op internet staan veel plaatjes van DNA. Heeft de tekenaar van dit plaatje de basen goed getekend?

1. Ja
2. Nee

voor replicatie is/zijn benodigd

1. DNA
2. DNA polymerase
3. vrije nucleotiden
4. alle drie

In welk deel van de celcyclus vind DNA replicatie plaats?

1. G1 fase
2. G2 fase
3. S fase
4. M fase

Doelstelling 10, vraag 1
-Bep zegt dat DNA-replicatie plaatsvindt tijdens de interfase.
-Pieter zegt dat na DNA-replicatie een chromosoom uit twee chromatiden bestaat.
Wie heeft (hebben) gelijk?

1. Geen van beiden
2. Alleen Bep
3. Alleen Pieter
4. Beiden

DNA-profiel 

• verwantschap familie
• forensisch onderzoek

Wie is de dader?

DNA fingerprints die gebruikt worden in de rechtszaal lijken een beetje op de streepjescodes zoals je die op produkten in de supermarkten aantreft. Het patroon van de streepjes in een fingerprint komt overeen met

1. de aanwezigheid van DNA-fragmenten van verschillende grootte
2. de volgorde van de genen op bepaalde chromosomen
3. de aanwezigheid van dominante en recessieve allelen voor bepaalde eigenschappen
4. de volgorde van basen in een bepaald gen

Wat is een restrictie-enzym?

1. Is gelabeld nucleotide gebruikt bij sequencen
2. Verbreekt waterstoffenbruggen bij replicatie
3. Kan Okazaki-fragementen aan elkaar koppelen
4. Herkent specifieke nucleotidesequentie en knippen DNA daar door

Organismen van verschillende soorten kunnen veel overeenkomsten vertonen in de samenstelling van stoffen, bijvoorbeeld van DNA. Waarom is deze overeenkomst een argument voor de evolutietheorie?

1. Omdat deze overeenkomst aantoont dat soorten veranderen, doordat mutanten blijven voortbestaan en individuen van de oorspronkelijke vorm uitsterven.
2. Omdat hieruit kan worden afgeleid hoe lang geleden de verschillende soorten zijn ontstaan.
3. Omdat deze overeenkomst het aannemelijk maakt dat verschillende soorten een gemeenschappelijke voorouder hebben.

Maak opdracht 12 t/m 14

Klaar?

Neem de context 'Ion proton sequencing' door

en maak opdracht 15 en 16

Oefen de flitskaarten en controleer de leerdoelen met Test Jezelf