DNA-replicatie
In deze opdracht simuleer je in vier hoofdstukken hoe DNA-replicatie verloopt.
Hoofdstuk 4: PCR
Wetenschappers kunnen DNA-replicatie uitvoeren in een laboratorium. Het kunstmatig uitvoeren van DNA-replicatie wordt Polymerase Chain Reaction (PCR) genoemd. In het Nederlands: Polymerase kettingreactie.
Om PCR uit te voeren, heb je verschillende materialen nodig.
Benodigdheden
Opdracht 1. Simuleer het verloop van DNA-replicatie in een PCR-machine, door de volgende stappen te doorlopen:
- ✓1.Klik op de thermometer om de temperatuur te verhogen tot 94 °C; bij deze temperatuur laten de twee DNA-strengen los van elkaar.
- ✓2.Bij dit fragment moet alleen het donkerblauwe deel van het DNA gekopieerd worden. Dat kan bereikt worden door de juiste primers te kiezen. Bij PCR zijn de primers niet gemaakt van RNA, maar van DNA. Noteer wat hier het voordeel van is. Correctiemodel: Primers gemaakt van DNA hoeven niet te worden verwijderd. Dat maakt het kopieerproces bij PCR eenvoudiger en sneller, want er hoeven geen extra enzymen worden toegevoegd die de primer verwijderen en vervangen door DNA. Controleer je antwoord
- ✓3.Gebruik van de juiste primers zorgt dat alleen het donkerblauwe deel van DNA wordt gekopieerd. Geef bij de twee primers aan welke stikstofbasen hierin aanwezig zijn en waar de 3' en 5' zit.
- ✓4.In dit voorbeeld bestaat een primer uit 10 nucleotiden, zoals 3' TGCCCATGTG 5'. In het laboratorium kan ook gekozen worden om kortere primers te gebruiken, bijvoorbeeld bestaande uit 5 nucleotiden. Dan krijg je in dit geval 3' ATGTG 5'. Bestudeer het DNA-fragment en leg uit waarom gebruik van de primer 3' ATGTG 5' in dit geval niet bruikbaar is bij PCR. Correctiemodel: De primer 3' ATGTG 5' klikt op een stuk DNA dat 5' TACAC 3' bevat. Deze sequentie komt ook in het midden van de DNA-streng voor, waardoor een primer hier kan klikken. Dat zorgt ervoor dat DNA-replicatie halverwege begint en ontstaan er nieuwe DNA-fragmenten die sterk zijn ingekort. Doordat deze primer zorgt voor de vorming van te korte DNA-fragmenten is dit niet bruikbaar in PCR.
- ✓5.Verlaag de temperatuur tot 60 °C; bij deze temperatuur kunnen de primers hechten aan het enkelstrengs-DNA.
- ✓6.Verhoog de temperatuur tot 72 °C; bij deze temperatuur bindt Taq-polymerase aan de primer en plaatst nieuwe DNA-nucleotiden.
Opdracht 2. In de eerste ronde replicatie zijn twee DNA-fragmenten gevormd. Doorloop de volgende stappen om een tweede ronde replicatie uit te voeren:
- ✓•Klik op de thermometer om de temperatuur te verhogen tot 94 °C.
- ✓•Verlaag de temperatuur tot 60 °C.
- ✓•Verhoog de temperatuur tot 72 °C.
✓Opdracht 3. Geef in de tabel bij ronde 1 en ronde 2 aan hoeveel fragmenten met de onjuiste lengte en hoeveel fragmenten met de juiste lengte zijn gevormd.
✓Opdracht 4. Stel de temperatuur in op 94 °C, 60 °C en vervolgens 72 °C om replicatie ronde 3 uit te voeren. Voer vervolgens ook replicatie ronde 4 uit.
✓Opdracht 5. Geef in de tabel ook bij ronde 3 en ronde 4 aan hoeveel fragmenten met de onjuiste lengte en hoeveel fragmenten met de juiste lengte zijn gevormd.
✓Opdracht 6. Bestudeer de waarden in de tabel en noteer voor ronde 5 hoeveel fragmenten worden gevormd met onjuiste lengte en hoeveel fragmenten met juiste lengte.
Je hebt nu ontdekt hoe DNA-replicatie verloopt binnen cellen en in een PCR-machine. Dit is een goed moment om een aantekening te maken van belangrijke informatie die aan bod is gekomen.
| Resultaat na… | Aantal fragmenten met onjuiste lengte | Aantal fragmenten met juiste lengte | Totaal |
|---|---|---|---|
| Ronde 1 | |||
| Ronde 2 | |||
| Ronde 3 | |||
| Ronde 4 | |||
| Ronde 5 |
Hoofdstuk 1: semi-conservatieve replicatie
In 1953 beschreven de wetenschappers Watson en Crick de vorm van het DNA-molecuul: het zijn twee strengen die om elkaar heen draaien in de vorm van een dubbele helix. Een soort wenteltrap, waarbij de fosfaatgroepen en deoxyribose de leuning vormen en de stikstofbasen de traptreden. De stikstofbasen bevinden zich in vaste paren: A met T en C met G. Dit zorgt ervoor dat beide DNA-strengen complementair zijn: wanneer je de basenvolgorde uit de ene streng weet, dan kun je daarmee de basenvolgorde van de andere streng bepalen. Dit maakt het makkelijk om DNA te kopiëren: de twee strengen gaan uit elkaar en tegenover elke nucleotide in de oude streng wordt de tegenovergestelde nucleotide geplaatst. Hoe DNA-replicatie precies verloopt was lange tijd onduidelijk: er zijn drie verschillende manieren maar welke van deze vindt daadwerkelijk plaats in cellen?
Twee wetenschappers genaamd Meselson en Stahl ontwierpen een experiment om het kopieerproces van DNA in de bacterie Escherichia coli te onderzoeken. Ze kweekten de bacterie in een voedingsmedium met stikstofisotoop 15N. De bacteriën bouwden deze isotoop in hun DNA in. Daarna brachten ze de bacteriën over in een voedingsmedium met de normale versie van stikstof: 14N. Bacteriën die DNA-replicatie gingen uitvoeren gebruikten daarbij de normale versie van stikstof.
DNA is opgebouwd uit nucleotiden. In welk deel of in welke delen van een nucleotide bouwt de bacterie 15N in?
De wetenschappers verzamelden DNA van de bacteriën. In een centrifuge werd het lichtere 14N DNA gescheiden van het zwaardere 15N DNA. Het zwaardere DNA zakt daarbij verder naar beneden. Uit de resultaten van dit onderzoek blijkt dat DNA-replicatie semi-conservatief verloopt.
Welk resultaat bevestigt dat replicatie op deze manier verloopt? Sleep in de legenda het DNA naar de juiste plek om bij de twee reageerbuizen weer te geven welke versie van stikstof in het DNA aanwezig is.
De wetenschappers zetten hun experiment voort met de bacteriën in erlenmeyer 14N en bestudeerden het DNA na een tweede ronde replicatie.
Geef in deze reageerbuis weer welke versie van stikstof het DNA bevat.
De resultaten van de 1e en 2e ronde replicatie leverden bewijs dat DNA-replicatie niet plaatsvindt volgens het conservatieve model. Plaats in de twee reageerbuizen op de juiste plaats rode uitroeptekens om aan te geven welke resultaten je na ronde 1 en 2 krijgt wanneer DNA-replicatie wel conservatief verloopt.
De resultaten van de 1e en 2e ronde replicatie leverden bewijs dat DNA-replicatie niet plaatsvindt volgens het dispersieve model. Plaats in de twee reageerbuizen op de juiste plaats paarse uitroeptekens om aan te geven welke resultaten je na ronde 1 en 2 krijgt wanneer DNA-replicatie wel dispersief verloopt.
Geef bij het model van conservatieve replicatie en het model van dispersieve replicatie aan welk resultaat of welke resultaten het bewijs leverde dat dit model niet van toepassing is.
rondena 2e
ronde Conservatieve DNA-replicatie Dispersieve DNA-replicatie
Je hebt nu ervaren hoe wetenschappers hebben ontdekt dat DNA-replicatie semi-conservatief verloopt. In hoofdstuk 2 leer je welke enzymen samenwerken bij het verloop van DNA-replicatie.
