10.2 DNA-replicatie

• Biologie
• Middelbare school
• vwo
• Leerjaar 5

Thema 4 DNA

4.2 DNA-replicatie

6 Top Learning Strategies

A= ask questions, explain, connect (elaborate)
N= no cramming (spaced practice)
S= switch topics (interleaving)
W= words and visuals (dual coding)
E= examples (real life examples)

R= recall what you know (retrieval practice)

(https://www.learningscientists.org/videos)

Oefening Dual Coding (Praatje bij een plaatje)

Maak een bijschrift bij BiNaS tabel 70A, 71B, 71C, 

1. Beschrijf zonder boek wat je in het plaatje ziet, leg het in eigen woorden uit en gebruik alle onderstaande begrippen. 

genoom, kernDNA, mitochondriaal DNA, plasmiden, nucleïnezuur, nucleotide, desoxyribose, adenine (A), thymine (T), cytosine (C), guanine (G), enkelstrengs DNA, 5’-uiteinde, 3’-uiteinde, basenparing, dubbelstrengs DNA, helixstructuur, histonen, nucleosoom, sequentie, niet-coderend DNA, repetitief DNA

Oefening Dual Coding (Praatje bij een plaatje)

Maak een bijschrift bij BiNaS tabel 70A, 71B, 71C, 

2. Check nu met je boek en aantekeningen of je bijschrift volledig is. Let op: het zit hem in de details!

genoom, kernDNA, mitochondriaal DNA, plasmiden, nucleïnezuur, nucleotide, desoxyribose, adenine (A), thymine (T), cytosine (C), guanine (G), enkelstrengs DNA, 5’-uiteinde, 3’-uiteinde, basenparing, dubbelstrengs DNA, helixstructuur, histonen, nucleosoom, sequentie, niet-coderend DNA, repetitief DNA

Lezen en samenvatten (Cornell-methode).

Basisstof 2 DNA-replicatie

S-fase, mitose, DNA-replicatie, primer, DNA-polymerase, vrije DNA-nucleotiden, leading streng, lagging streng, okazaki-fragment, telomeren

In welke celonderdelen zit DNA?

Hoe heet de bouwsteen van DNA en uit welke onderdelen bestaat deze?

Welke atomen of groepen atomen worden aan elkaar gekoppeld tijdens de polymerisatie? = het maken van enkelstrengs DNA

Welke basen worden op welke wijze aan elkaar gekoppeld bij het maken van dubbelstrengs DNA?

Wat is een gen?

Leerdoelen

• Je kunt het proces van DNA-replicatie toelichten en beschrijven.
•  Je kunt uitleggen hoe de basenvolgorde van DNA kan worden bepaald.
• Je kunt uitleggen hoe DNA-analyse kan worden toegepast om verwantschap tussen organismen vast te stellen.

DNA-replicatie = DNA kopiëren

• Dit gebeurt in de S-fase in de levenscyclus van een cel. 
• Voor de celdeling (mitose) zodat iedere dochtercel een exacte kopie kan bevatten van het DNA in de moedercel.
  
•  (Binas tabel 76A)

Waar komt de benodigde energie vandaan

Vrije nucleotiden in kernplasma

• dATP desoxyriboseadeninetrifosfaat
• dTTP
• dGTP
• dCTP

Bestaat uit: desoxyribose (d) + base (A, T, G of C) + drie fosfaatgroepen (TP)

Afsplitsen twee fosfaatgroepen = vrijkomen van ENERGIE

Binas tabel 67L (voorbeeld met ATP)

Het replicatiestartpunt

• Prokaryoten: één punt
• Eukaryoten: meerdere punten 

Helicase (enzym) verbreekt waterstofbruggen tussen basen in twee richtingen ..

.. er ontstaat een replicatiebel 

Meerdere replicatiebellen bij Eukaryoten

Replicatie

C SSBP's (eiwitten) = voorkomen opnieuw vormen waterstofbruggen

Primase (enzym) maakt een primer = een stukje  RNA dat past op een specifieke sequentie in het DNA.

DNA-polymerase (enzym) = koppelt aan de primer en schuift dan langs de enkelstrengs DNA ketens en 'plakt' daar de C3' - fosfaatgroep aan elkaar vast (ruggengraat) en de basenparen  A-T en C-G vormen de waterstofbruggen :

• Afleesrichting: 3' -> 5' 
• Let op: Maken nieuwe streng: 5' -> 3'

Replicatie

• Leidende streng (leading streng): in één weg mogelijk. Van 3' naar 5'
  
• De volgende streng (legging streng) gaat met Okazaki-fragmenten: in korte stukjes mogelijk (achterwaarts) door meerdere primers en dna-polymerase.
  
• 
  

let op: In een bel zijn dus meerdere richtingen aan een kant!

Als laatste worden de RNA-primers vervangen door DNA-nucleotiden

en ...

koppelt DNA-ligase (enzym)  Okazaki-fragmenten aan elkaar zodat weer dubbelstrengs DNA is ontstaan. (een chromatide).

Binas tabel  71D (volgende dia)

Uitzoomen op chromosoom niveau

Aan het einde...

Een DNA-molecuul wordt bij elke DNA-replicatie korter

Veroudering DNA

Telomeren (uiteinden chromosomen): voorkomen beschadiging aan genen

= niet-coderend DNA, beschermd door eiwitten (repetitief: 5'-TTAGGG-3')

Telomeer te kort? = APOPTOSE cel

Levensduur cellen afhankelijk van lengte telomeren en snelheid waarmee ze verkorten

Binas tabel 76B4 (volgende dia)

nb: reverse transcriptase is de mogelijkheid om RNA om te zetten in cDNA.

even oefenen ....

maak de opdrachten  14 - 17

Onderzoek naar DNA: isolatie en analyse

• Verwantschap
• Risico ontwikkeling op/mogelijk voorkomen van bepaalde geestelijke/lichamelijke ziektes
• Reactie op medicijnen

PCR

Polymerase Chain Reaction = vermeerdering DNA voor onderzoek

Binas tabel 71M2 (volgende dia)

Binas 71M2

Sequencen en Gel-elektroforese

Sequencen: bepalen nucleotiden volgorde in DNA

1. PCR: kopiëren DNA
2. Scheiden strengen; leidende streng gebruiken
3. Didesoxynucleotiden (ddA/T/G/C) = geen OH-groep, dus replicatie stopt + fluorescerende stof
4. Gelabelde DNA-fragmenten in verschillende lengtes in gel-eletroforese

Sequencen en Gel-elektroforese

• - geladen DNA-fragmenten bewegen richting + geladen pool
• Kleinere fragmenten bewegen sneller dan grotere fragmenten

DNA-fingerprinting: uniek per persoon; bijvoorbeeld repetitief DNA in niet-coderend DNA is uniek

Restrictie-enzymen (uit bacteriën): bepaalde stukken uit DNA knippen voor onderzoek

Leerdoelen behaald??

• Je kunt het proces van DNA-replicatie toelichten en beschrijven hoe DNA-replicatie plaatsvindt.
  
• 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.

Uitbeeldpractica

Leerlingen kunnen:

• benoemen uit welke bouwstenen een nucleotide is opgebouwd, en

beschrijven hoe deze nucleotiden samen een DNA-molecuul vormen,

en daarbij de volgende begrippen gebruiken: basenparen,

waterstofbruggen, 5’- en 3’-uiteinde;

• beschrijven hoe het proces DNA-replicatie verloopt, en daarbij de

volgende begrippen gebruiken: helicase, DNA-polymerase,

complementair, vrije nucleotide, en ligase.

uitvoering A

oriënteren: de bouw van DNA

Om kennis over de bouw van DNA op te frissen en eventueel aan te vullen, 

1. Stempel een DNA-molecuul bestaande uit minimaal vijf basenparen.

2. Teken de waterstofbruggen tussen de ketens.

3. Benoem in je ‘stempeltekening’ de volgende onderdelen: stikstofbase, suiker, fosfaat,

nucleotide en waterstofbrug.

4. Geef aan waar de 5’-eindes en de 3’-eindes zich bevinden.

DNA replicatie

6. Geef het geprinte DNA-fragment aan twee leerlingen in de klas. Die leerlingen zijn nu met

zijn tweeën één cel. Die cel gaat zich (mitotisch) delen. Er moet dus DNA-replicatie

plaatsvinden. In welke fase van de celcyclus gebeurt dat?

7. Laat één van de leerlingen de twee nucleotidenketens van het DNA-fragment los van elkaar

knippen. Welke bindingen worden nu verbroken? Welk enzym doet dat?

8. Laat beide leerlingen nu elk langs één van beide ketens een nieuwe, complementaire keten

stempelen op een lege strook papier. Welk enzym doet dat?

9. Laat ze de stroken weer aan elkaar vastplakken met plakband. Als het goed is hebben ze

nu allebei een identiek DNA-fragment in handen. Vertel dat ze nu twee (dochter)cellen zijn

geworden.

10. Beide cellen gaan zich weer delen: de leerlingen zoeken allebei een nieuwe partner en

herhalen stap 7 t/m 9. Dit gaat zo door totdat alle leerlingen in de klas een cel zijn geworden

met een eigen DNA-fragment.

11. Hang alle DNA-fragmenten naast elkaar. Zijn ze allemaal identiek? Hoe kan dat? Of hebben

er mutaties plaatsgevonden (zie denkwerk)?

Het huiswerk

zie SW