DNA & eiwitsynthese (Junior College Utrecht) Vragen bij COO-programma De vragen die voorkomen in het COO-programma DNA & eiwitsynthese zijn op dit formulier weergegeven. Het is de bedoeling dat je, als je dat nodig vindt, aantekeningen maakt bij de vragen. Deze aantekeningen kun je gebruiken bij de voorbereidingen van de toets.
DNA & RNA: structurele aspecten 1
Een DNA keten is opgebouwd uit nucleotiden, die op hun beurt weer zijn opgebouwd uit drie verschillende elementaire bouwstenen. Geef de elementaire bouwstenen aan.
2
Een DNA keten wordt gevormd door afzonderlijke nucleotiden samen te voegen. Geef in het DNA-molecuul de verschillende onderdelen van één nucleotide aan.
3
Nucleotiden komen algemeen voor in de cel, maar zijn vernoemd naar het celcompartiment waar zij voor het eerst zijn aangetoond. Welk celcompartiment is dat?
4
De base en de fosfaatgroep van een nucleotide zijn beide via een specifieke binding aan het suiker gekoppeld. A. Hoe noemen we de binding tussen een suiker en een base?
B. Hoe noemen we de binding tussen een suiker en een fosfaatgroep?
5
Bekijk de nevenstaande figuur. Hoe noemen we een molecuul dat slechts uit een suiker en een base bestaat?
6
Voor de vorming van een nucleotide moet een fosfaatgroep worden toegevoegd aan het molecuul. Geef hiernaast het koolstofatoom aan waaraan de fosfaatgroep wordt gekoppeld.
7
A.
B.
8
RNA- en DNA-polynucleotiden vertonen een grote overeenkomst, maar verschillen op een aantal punten van elkaar. Waarin verschillen de suikermoleculen van RNA en DNA chemisch van elkaar? Ribose heeft in tegenstelling tot deoxyribose een extra….
Op welk koolstofatoom van ribose bevindt zich deze groep? Geef dat aan in de afbeelding bij vraag 5 en 6.
Bekijk het nevenonderstaande nucleotide. Is dit nucleotide een bouwsteen van RNA of van DNA?
Replicatie 9
Een DNA molecuul bestaat uit twee ketens A. In welke oriëntatie bevinden deze ketens zich?
B. Welke chemische interactie houdt de ketens aan elkaar?
C. Kost het veel of weinig energie om deze interacties te verbreken?
10 Tijdens de DNA-replicatie wordt door het DNA-polymerase steeds een nucleotide toegevoegd aan de groeiende keten. Hiernaast zie je een deel van de groeiende keten. A. Geef aan wat het 3'- en wat het 5'-uiteinde is van de DNA keten.
deoxy-adenosinetrifosfaat (dATP)
Het volgende nucleotide dat aan de keten wordt toegevoegd is dAMP. Om dit te realiseren moet dATP reageren met het uiteinde van de groeiende keten. B. Met welk uiteinde van de keten zal dATP reageren?
11 Er zijn vele eiwitten betrokken bij de replicatie van DNA. Welke eiwitten zijn bij dit proces betrokken, en in welke volgorde?
12 Een gen dat codeert voor een replicatie-eiwit is door een mutatie geïnactiveerd. In afwezigheid van dit eiwit probeert een cel voor een laatste keer zijn DNA te repliceren. Het product dat tijdens deze laatste repelicatieronde wordt gevormd is afhankelijk van het ontbrekende eiwit. Welk eiwit ontbreekt bij het ontstaan van de volgende replicatieproducten? A. De lagging strand bestaat uit fragmenten die zijn samengesteld uit DNA en RNA.
B. RNA primers op het origin of replication (OR).
C. Replicatie stopt na het ontwinden van het DNA.
D. De lagging strand bestaat uit DNA-fragmenten.
13 Bij bacteriën zoals E. coli bedraagt de polymerisatiesnelheid van het DNA-polymerase 1000 nucleotiden per seconde. Het circulaire chromosoom van een bepaalde bacterie bevat 2,4 miljoen baseparen. Hoeveel minuten zijn nodig voor de replicatie van dit chromosoom wetende dat de DNA-replicatie in twee richtingen verloopt?
De stappen voor de berekening zijn: A. Hoeveel nucleotiden bouwt het DNA-polymerase in per minuut?
B. Geef het totale aantal nucleotiden dat wordt ingebouwd per OR per minuut.
C. Hoeveel minuten zijn er totaal voor nodig?
14 Het genoom van prokaryoten vertoont grote overeenkomsten met die van eukaryoten. Er zijn echter ook verschillen. A. Vul de onderstaande tabel in. Prokaryoot
Eukaryoot
structuur chromosoom:
chromosoom bestaat uit: aantal exemplaren van één chromosoom: B. Welke cellen vormen hier een uitzondering op?
15 Het DNA van een cel kan in totaal wel twee meter lang zijn. Toch moet dit geordend worden in een kern van misschien maar 5 micrometer doorsnede. Dit gebeurt door 'condensatie' van het DNA.
De helix wordt eerst gewonden om speciale eiwitten tot nucleosomen. Dit is het geval in de interfase. Vlak voor een deling condenseert het DNA nog verder tot chromosomen. Het snoer van nucleosomen krult zich op tot een dikke draad van 30 nm dik. Deze draad gaat vervolgens in lussen liggen, met een doorsnee van 300 nm. Als laatste stap krult deze 'lussendraad' zich weer op, tot er chromatiden zijn gevormd. De chromatiden zijn 700 nm dik, het hele chromosoom 1400 nm. Het DNA wordt gecondenseerd met een factor rond 7000, waardoor de lengte van de chromosomen tussen de 2000 en 5000 nm (2-5 micrometer) is, in plaats van een meter! De helix wordt hiervoor eerst gewonden om speciale eiwitten. Welke eiwitten zijn dat? 16 Bij eukaryoten is het DNA altijd verpakt in nucleosomen. Dit is gunstig, omdat zo de grotere hoeveelheid DNA goed in een kern past.
A.
Welk nadeel is hier echter aan verbonden?
De hoeveelheid DNA die gerepliceerd moet worden is ook nog duizenden malen groter. De S-fase bij eukaryoten duurt echter maar 10× zo lang als bij bacteriën. B. Hoe compenseren eukaryote cellen het verlies van replicatiesnelheid?
Bij mensen duurt de replicatie 5 tot 10 uur. Er zijn dan ook 3 miljard baseparen te repliceren, verdeeld over 46 chromosomen. De polymerisatiesnelheid bij mensen is echter ook veel lager dan bij prokaryoten: slechts 100 nucleotiden per seconde per polymerase. Voor een chromosoom met een gemiddelde lengte van 3 × 109 / 46 = 65 miljoen baseparen zou replicatie dan (2 × 65 miljoen) / (4×100×60) = 5400 minuten = 90 uur duren. In een bepaalde cel duurt de S-fase maar 8 uur. C. Hoeveel origins of replication moeten er minimaal aanwezig zijn voor een gemiddeld chromosoom om het binnen deze tijd te kunnen?
Transcriptie 17 DNA dient als template voor de synthese van RNA. Ondanks de grote overeenkomst tussen RNA- en DNA-polynucleotiden verschillen zij chemisch van elkaar op drie punten. Geef de verschillen tussen RNA en DNA. RNA
DNA
1 2 3
18 Alle informatie nodig voor het functioneren van een cel ligt opgeslagen in zijn DNA. Voor het beschikbaar maken van deze informatie is het noodzakelijk dat DNA wordt overgeschreven in RNA. (NB: volgorde in COO kan anders zijn) A. Hoe noemen we het proces waarbij DNA overgeschreven wordt in RNA?
B. Waar vindt dit plaats?
C. Hoe noemen we het proces waarbij RNA vertaald wordt in eiwit?
D. Waar vindt dit plaats?
E. Hoe noemen we het proces waarbij DNA wordt verdubbeld?
F.
Waar vindt dit plaats?
19 Hieronder zie je een schematische weergave van een momentopname uit het trancriptieproces. Zet de namen op de juiste plaats.
20 Dit is een schematische weergave van het transcriptieproces.
Geef bij het gesynthetiseerde stuk RNA aan waar het 5' en het 3' uiteinde zit.
21 Bekijk de onderstaande EM-foto. Je ziet hier de transcriptie van twee afzonderlijke genen. Transcriptie van een gen gebeurt door vele RNA-polymerases tegelijkertijd.
A
Wijs een RNA-polymerase aan.
B
In welke richting bewegen de RNA-polymerases?
C
Zijn de RNA-transcripten korter dan het DNA dat voor ze codeert?
22 Via transcriptie worden onder andere drie voor de eiwitsynthese belangrijkste soorten RNA gevormd. A. Welke zijn dit?
B.
Wordt bij de vorming van de verschillende soorten RNA's gebruik gemaakt van het zelfde transcriptieapparaat?
Processing 23 Hiernaast zie je een schematische weergave van de eiwitsynthese bij een prokaryoot. Dit verschilt bij een eukaryoot.
Teken in nevenstaande figuur hoe dit er voor een eukaryoot uitziet. Tip: doe dit pas als je alle deelvragen van deze vraag hebt beantwoord (AE).
24 Je hebt het RNA uit een cel geïsoleerd. Veruit het meeste RNA is tRNA en rRNA, maar je wilt hieruit het mRNA isoleren. Je gaat dit doen met behulp van chromatografie: je leidt de oplossing door een kolom met 'bolletjes' waaraan de mRNA-moleculen vast blijven zitten. De mRNA hecht zich aan een bepaalde nucleotide-sequentie die aan de bolletjes is gehecht. Met welke sequentie kun je mRNA's 'vangen'?
25 A. Geef aan of de volgende stellingen over DNA waar zijn. Elke letter staat voor de concentratie ervan in het DNA. A+T = G+C
A/C = T/G
A = G; C = T
A+G = C+T
A/T = C/G
G/C = 1
A=T
B. Je isoleert het DNA van een bepaalde bacterie (Staphylococcus afermentans). Bij analyse van de basensamenstelling vindt je dat 37% uit cytosine bestaat. Wat is dan het percentage adenosine?
26 Hieronder staat een stukje basevolgorde van één streng van een DNA-helix. A. Wat is de basevolgorde van de complementaire streng? Originele streng: Complementaire streng:
3' - … … … … … … … … - 5' …' - … … … … … … … … - …'
B. Wat is de basevolgorde van de RNA-streng die complementair is aan de originele streng? RNA-streng:
…' - … … … … … … … … - …'
Hieronder staat een stukje basevolgorde van een mRNA. C. Wat is de basevolgorde geweest in het gen? mRNA: 3' - … … … … … … … … - 5' Gen:
…' - … … … … … … … … - …'
27 Gregor Mendel deed zijn eerste kruisingsproeven met erwtenplanten. Eén van de gebruikte eigenschappen was gerimpelde in plaats van gladde zaden. Niet zo lang geleden werd de oorzaak voor dit verschil ontdekt: gerimpelde zaden missen een enzym voor het maken van zetmeel, waardoor suiker ophoopt in het zaad. Hierdoor neemt het zaad teveel water op en zwelt op. Bij het drogen, waarbij dit water weer verdwijnt, rimpelt de opgerekte zaadhuid. Het zetmeelsynthese-enzym werkt niet meer omdat er een stuk 'vreemd' DNA in het gen bleek te zijn gekomen. A. Waar zal dit vreemde DNA zich waarschijnlijk bevinden?
Het gen is langer geworden, en ook het RNA voor het processing ervan. B. Zal ook het mRNA langer zijn geworden?
Stel dat dit extra DNA in een intron terecht was gekomen. C. Wat was er dan allemaal langer geworden? het gen het eerste RNA het mRNA het eiwit
28 Bij verhitting kunnen de twee strengen van DNA uit elkaar gaan. Als je het DNA weer afkoelt, kunnen de strengen weer binden. Als je echter tussentijds RNA toevoegt, ontstaan er RNA-DNAhybriden. Dit gebeurt als het RNA precies de juiste complementaire sequentie heeft.
Hieronder staat een elektronenmicroscopische afbeelding van DNA. Ter hoogte van het globuline-gen is dit gehybridiseerd met het bijbehorende premRNA (mRNA voordat processing heeft plaatsgevonden).
Dit is eenzelfde soort afbeelding, maar nu is het mRNA van globuline gebruikt.
Middenin het gen is een lus dubbelstrengs DNA. Waarvoor codeert dit stukje DNA?
Translatie 29 Je ziet hiernaast het transcriptie-initiatie-complex. A. Benoem de onderdelen.
Na vorming van het transcriptie-initiatiecomplex voegt de grote ribosomale subunit zich bij het complex. Het ribosoom heeft nu twee tRNA-bindingsplaatsen. De volgende fase in het translatieproces is elongatie. B. Vertaal het mRNA in een peptideketen. CCC op mRNA bindt aan een tRNA met ……… UAU op mRNA bindt aan een tRNA met ……… GCU op mRNA bindt aan een tRNA met ……… CUU op mRNA bindt aan een tRNA met ……… Voor de terminatie van translatie zijn speciale eiwitten, de release factoren, verantwoordelijk, die binden aan het stopcodon UAA. De release factor verbreekt de binding tussen het polypeptide en het tRNA op de andere plek. Hierdoor komen het polypeptide en het tRNA vrij. Nadat tRNA en polypeptide verwijderd zijn van het translatie complex dissocieert het complex. 30 Voor het kraken van de genetische code is gebruik gemaakt van kunstmatige polynucleotiden met een repeterende sequentie. Onder bepaalde celvrije condities kunnen ribosomen overal in het kunstmatige mRNA starten met de synthese van eiwit. Hiervoor is dan geen translatie-startcodon nodig. Welk polypeptiden kunnen gevormd worden wanneer de onderstaande sequenties als template dienen in het celvrije medium? (1) UUUUUUUUU...
(2) AUAUAUAUA...
(3) AUCAUCAUC...
