Oefentoets Biologie: Dna-rna - eiwitsynthese | VWO 4/VWO 5/VWO 6 | variant 17

2/4 Onderzoek naar veroudering bij muizen.

Alleen in mitochondriën is het enzym DNA-polymerase-g actief. Dit enzym kopieert, controleert en repareert het mtDNA. Het gen voor dit enzym bevindt zich niet in de mitochondriën, maar in de celkern.
In een cel kunnen de volgende processen optreden:

1. replicatie
2. splicing
3. transcriptie
4. translatie

Welke van deze processen zijn voor de vorming van DNA-polymerase-g noodzakelijk en in welke volgorde vinden deze processen daarbij plaats?

3/4 Onderzoek naar veroudering bij muizen.

Het DNA-polymerase-g dat door de muizen met het mutantgen geproduceerd wordt, is wel in staat om mtDNA te kopiëren, maar niet in staat om het te controleren op fouten. Het gevolg is dat bij de muizen de activiteit van enzymen die betrokken zijn bij de energieproductie sterk afneemt.

Beschrijf in drie stappen waardoor in een dergelijke muis steeds meer cellen met een gebrekkige energieproductie worden aangetroffen.

4/4 Onderzoek naar veroudering bij muizen.

Bij de snel verouderende muizen blijken veel meer puntmutaties in het mtDNA voor te komen dan bij muizen zonder deze afwijking.
Verandering van één enkele base in een gen leidt echter niet altijd tot een minder goede werking van het enzym dat door dat gen wordt gecodeerd.

Geef hiervoor twee mogelijke verklaringen.

Woestijnhaviken.
Zie de figuren B 3824 en A 867 van de bijlage.

De meeste roofvogelsoorten leven en jagen alleen.
Woestijnhaviken (Parabuteo unicinctus) in het zuiden van de USA hebben een hiervan afwijkend gedrag: zij leven en jagen in voortplantingsgroepen. Een voortplantingsgroep bestaat uit twee tot zeven volwassen dieren rond één nest. Binnen zo'n nestgroep bestaat een sociale hiërarchie, waarbij de individuen afgebakende rollen hebben. Er zijn twee dominante haviken (het a-mannetje en a-vrouwtje).
In onderstaande tabel is van drie nesten een aantal waarnemingen gegeven.
Op basis van de gedragsgegevens is het mogelijk om voor ieder van de drie nesten aannemelijk te maken wie het a-mannetje is.
afbeelding
Vóór 1985 werden nog geen DNA-profielen gemaakt. Tot die tijd was men voor het bepalen van het ouderschap in de nestgroepen met meer dan één volwassen mannetje, aangewezen op gedragsgegevens.
De hypothese was dat de a-mannetjes de vader zouden zijn van alle jongen. Een waargenomen paring van het vrouwtje met het a-mannetje is hiervoor een aanwijzing.

Voor het maken van DNA-fingerprints werd het DNA van de haviken met een bepaald restrictie-enzym bewerkt. De vele restrictiefragmenten die ontstonden zijn door middel van elektroforese gescheiden. Alleen die fragmenten die herhalingen van een bepaalde sequentie bevatten, worden daarna zichtbaar gemaakt als donkere banden.
In de afbeelding zijn van de drie nesten de verzamelde DNA-profielen weergegeven. Het was niet mogelijk om mannetje R3 te vangen, vandaar dat het DNA-profiel van dit mannetje ontbreekt.

Met deze DNA-profielen is het mogelijk de hypothese over het vaderschap te toetsen.

In welke nestgroep of welke nestgroepen hebben alle jongen op basis van bovenstaande DNA-profielen dezelfde vader?

Hormonen.
Zie figuur C 362 van de bijlage.

Geef een korte beschrijving bij de reeks van processen die in de afbeelding volgen op de vorming van het hormoon-receptorcomplex: zet de nummers 1 tot en met 4 onder elkaar en geef bij elk een beschrijving van maximaal een regel. Soms kan volstaan worden met de naam van het proces.

1/2 Receptoreiwit.
Zie figuur A 274 van de bijlage.

Uit biochemisch onderzoek is gebleken dat een cel alleen maar op een bepaald geslachtshormoon kan reageren, als zich in de cel een receptor bevindt voor dat hormoon. In dit geval is de receptor een eiwit dat zich in het cytoplasma van de cel bevindt.

Wat is het directe gevolg van de binding van het hormoon-receptorcomplex aan het DNA?

2/2 Receptoreiwit.

De binding van oestradiol leidt tot eiwitsynthese.

Waar in de cel vindt eiwitsynthese plaats?

Aids.

De ziekte Aids wordt veroorzaakt door een retrovirus, het HIV-virus. Een retrovirus bevat RNA dat in de gastheercel met behulp van het enzym reverse-transcriptase wordt getranscribeerd in DNA dat vervolgens in het gastheer-DNA wordt ingebouwd.

Wordt in normaal functionerende cellen van eukaryoten, bijvoorbeeld van de mens, DNA getranscribeerd in RNA?
En RNA in DNA?

Immunoglobulinen.
Zie figuur B 2416 van de bijlage.

In de afbeelding is schematisch de productie van immunoglobulinen weergegeven.
Met de cijfers 1, 2 en 3 in de afbeelding wordt een bepaald proces aangeduid.

Noem de naam van dit proces.

Dit proces heet [invulveld]

Mutaties.

In een bepaald studieboek staat de volgende tekst:
Mutageen en carcinogeen.

Er is momenteel een schat aan bewijsmateriaal voor het bestaan van een nauwe correlatie tussen mutatieverwekkende (mutagene) en kankerverwekkende (carcinogene) eigenschappen van een stof: mutagene stoffen zijn vaak ook carcinogeen.
Dit wijst erop dat kanker vaak, minstens grotendeels, veroorzaakt wordt door mutaties in lichaamscellen. Dit verband is de basis voor de veel gebruikte Ames-test. Met behulp van de Ames-test kan de mogelijke carcinogene werking worden onderzocht van reagentia uit de industrie, conserveringsmiddelen uit voeding, nieuw te introduceren medicamenten en stoffen die milieuvervuilend werken.
Bij de Ames-test wordt de te onderzoeken verbinding toegevoegd aan een voedingsbodem (V) waarop een bepaalde stam van gemuteerde bacteriën wordt gekweekt. Aan voedingsbodem V ontbreekt een aminozuur dat essentieel is voor de groei van deze bacterie.
Alleen bacteriën die dan weer muteren, kunnen op voedingsbodem V groeien. De mutatiefrequentie van deze bacteriën op voedingsbodem V wordt vergeleken met die op dezelfde voedingsbodem zonder de te onderzoeken stof. Deze mutatiefrequentie is een maat voor de invloed van deze stof op DNA. Uit de verandering van de mutatiefrequentie valt af te leiden hoe sterk de carcinogene werking van de desbetreffende stof is.

bron: H. de Bruin e.a., Oculair, Leiden/Antwerpen, 1988 (bewerkt)

Bij de Ames-test is sprake van een bepaalde mutatie.

Beschrijf wat er bij deze mutatie gebeurt en leg uit op welke wijze deze bepaalde mutatie de desbetreffende bacteriën in staat stelt te groeien op voedingsbodem V waarin het essentiële aminozuur ontbreekt.

Chlooramfenicol.
Zie de figuren A 514 en B 2602 van de bijlage.

In een experiment gebruikt een onderzoeker plantaardige cellen die zich vlak voor de S-fase van de celcyclus bevinden. Deze cellen plaatst hij in een compleet medium dat tevens gelabeld thymine en colchicine bevat.
Colchicine is een stof die de vorming van de spoelfiguur tijdens de metafase van de kerndeling verhindert.
In dit medium treedt eenmaal replicatie van het DNA op. Daarna worden de cellen overgebracht in een tweede medium met colchicine, maar nu met ongelabeld thymine. In het tweede medium treedt weer eenmaal replicatie van DNA op. Bij deze tweede replicatie wordt geen gelabeld thymine gebruikt.

Welk percentage van de DNA-strengen in een cel is na afloop van de tweede replicatie gelabeld?

1/4 'Exon skip'-herapie bij Duchenne spierdystrofie.

Bij de afdeling Humane Genetica van het Leids Universitair Medisch Centrum wordt gewerkt aan een therapie voor patiënten met de spierdystrofie van Duchenne. Duchenne spierdystrofie is een ernstige, erfelijke spierziekte die wordt veroorzaakt door mutaties in het DMD-gen. Als gevolg van deze mutaties wordt in de spiervezels van de patiënten geen functioneel dystrofine-eiwit gemaakt. Momenteel is er geen therapie beschikbaar voor Duchenne-patiënten en als gevolg van de toenemende spierzwakte belanden ze vaak voor hun twaalfde in een rolstoel en overlijden ze veelal voor hun dertigste.
De veelbelovende 'exon skip'-therapie zou de spierafbraak bij Duchenne-patiënten kunnen vertragen en mogelijk zelfs kunnen stoppen.
Het DMD-gen is het grootste gen van de mens dat tot nu toe bekend is. Het coderende deel van het gen is onderverdeeld in 79 exonen. Rijp mRNA wordt gemaakt door splicing van het pre-mRNA. Dit is een proces waarbij de 79 exonen tegen elkaar aan worden gezet door de intronen te verwijderen.
Duchenne spierdystrofie wordt hoofdzakelijk veroorzaakt door drie typen mutaties in het DMD-gen: verdwijnen van exonen (deleties), verdubbelingen van exonen (duplicaties), en puntmutaties.

Zie figuur B 4709 van de bijlage.

Bij sommige Duchenne-patiënten is exon 45 van het DMD-gen verdwenen, zoals schematisch in de afbeelding is weergegeven.

In of aan welk celorganel vindt de splicing van het pre-mRNA plaats?

2/4 'Exon skip'-therapie bij Duchenne spierdystrofie.

Tijdens de translatie worden telkens setjes van drie nucleotiden (tripletten) vertaald in een aminozuur. We noemen dit het leesraam. Als bij een deletie het aantal verdwenen nucleotiden niet deelbaar is door drie, zoals bij exon 45, verspringt het leesraam. Dit heeft meestal grote gevolgen voor het bij de translatie geproduceerde eiwit.
Zo heeft de deletie van exon 45 grote gevolgen voor het dystrofine dat door de Duchenne-patiënt wordt gemaakt.

Beschrijf met gebruik van de afbeelding hoe de deletie van alleen het exon 45 kan leiden tot de vorming van een kort, niet functioneel dystrofine.

3/4 'Exon skip'-herapie bij Duchenne spierdystrofie.
Zie figuur B 4710 van de bijlage.

Bij het ontwikkelen van de ‘exon skip'-therapie gebruiken de Leidse onderzoekers antisense oligoribonucleotiden (AON). Doel is herstellen van het genetische defect op mRNA-niveau, zodat een kleiner, maar deels functioneel dystrofine-eiwit gemaakt kan worden.
Sommige Duchenne-patiënten met een deletie van exon 45 blijken toch een klein beetje functioneel dystrofine te maken. Onderzoekers denken dat dit komt door het overslaan (skippen) van één of meerdere exonen tijdens de splicing van het dystrofine pre-mRNA. Hierdoor mist het rijpe mRNA, naast exon 45, nog één of meer exonen. Wanneer door deze alternatieve splicing het leesraam (dat door deletie van exon 45 verstoord is) wordt hersteld, kunnen kortere, gedeeltelijk functionerende dystrofine eiwitten gemaakt worden. Hierop is de
exon skip therapie gebaseerd.
Bij 'exon skip'-herapie voor patiënten met een exon 45 deletie wordt exon 46 tijdens de splicing afgeschermd met een stukje complementair RNA (AON).
Hierdoor komt ook exon 46 niet in het uiteindelijke mRNA terecht, maar wordt overgeslagen (zoals te zien is in de afbeelding ). Deze behandeling leidt tot een herstel van het leesraam.
Het intacte exon 45 bestaat uit 176 nucleotidenparen en exon 46 uit 148,149 of 150 nucleotidenparen. In combinatie met bovenstaande gegevens is af te leiden uit hoeveel nucleotidenparen exon 46 exact bestaat.

Hoeveel nucleotidenparen bevat exon 46?

4/4 'Exon skip'-therapie bij Duchenne spierdystrofie.

De 'exon skip'-therapie werkt niet wanneer bij een patiënt de ziekte van Duchenne wordt veroorzaakt door een mutatie in een van de eerste exons van het DMD-gen, het deel dat codeert voor het N-terminale domein.

Geef hiervoor een verklaring.

SARS.
Zie figuur B 5516 van de bijlage.

De ziekte SARS (Severe Acute Respiratory Syndrome) is te wijten aan een infectie aan de luchtwegen bij de mens met een voorheen onbekend corona-virus. De besmetting vindt plaats via hoestdruppels of direct contact. Het SARS-virus is een RNA-virus met een enkele streng RNA van 30.000 nucleotiden.
Het virusgenoom is in kaart gebracht, waarbij men gebruik gemaakt heeft van de eiwitten waarvoor het codeert (zie figuur 1).
In figuur 2 is de levenscyclus van een corona-virus afgebeeld.

- Welke betekenis kan een verandering in het gen voor het S-glycoproteïne hebben voor het vermogen van het virus om een cel te infecteren?
- Hoe kun je de verschillende eiwitten van dit virus van elkaar scheiden?

Scrapie.

Scrapie is een prionziekte, die schapen treft. Het ziekteverloop lijkt op dat van gekke koeienziekte bij vee. Enkele schapenrassen hebben meer weerstand tegen scrapie dan andere. De weerstand is gerelateerd aan het prioneiwit (Pr^P ) van het schaap. Van dit eiwit varieert de aminozuursamenstelling van ras tot ras, afhankelijk van de aanwezige allelen (zie afbeelding hieronder).

afbeelding

Welke verschillen in het gen voor Pr^P onderscheiden het A₁ -allel van het A₆ -allel?

Mitose.

In een dierlijke cel is DNA aanwezig in de kern en in de mitochondriën.

Neemt, afgezien van het mitochondriale DNA, de totale hoeveelheid DNA in de cel gedurende de aangegeven 30 minuten af, blijft deze gelijk of neemt deze toe?

1/3 Telomeren.
Zie figuur B 4717 van de bijlage.

Onderzoekers aan de universiteit van Utah (VS) hebben een test ontwikkeld die bij oudere mensen een indicatie kan geven hoelang zij theoretisch nog te leven hebben. Bij de test worden de uiteinden van chromosomen, de zogenoemde telomeren, bekeken.
Telomeren zijn speciale structuren aan het einde van chromosomen van eukaryote organismen, die bestaan uit een zich herhalende nucleotidenvolgorde 5' TTAGGG 3' (zie de afbeelding B 4717).
DNA-moleculen hebben bij de replicatie naast het gewone DNA-polymerase het enzym telomerase nodig, dat verlies van DNA aan het uiteinde van een chromosoom kan aanvullen door de telomeren te verlengen.
Naarmate men ouder wordt, worden telomeren korter. Ze beginnen als het ware te krimpen. Dit zou invloed hebben op de celdeling, waardoor cellen vatbaarder worden voor ouderdomsziekten. Wanneer de telomeren te kort zijn, kan de cel niet meer delen.

Zie figuur B 4718 van de bijlage.

DNA-polymerase kan alleen nucleotiden toevoegen aan het 3' uiteinde van een reeds gedupliceerd deel van het DNA. Bij de replicatie wordt door het polymerase een kort stukje RNA, de RNA-primer, als startpunt gebruikt. Deze primer wordt kort na de start van de replicatie verwijderd en later vervangen door een DNA-segment. In de afbeelding B 4718 is weergegeven hoe replicatie van de leidende en de volgende streng op verschillende wijze plaatsvindt.
De leidende streng en de volgende streng worden niet op dezelfde wijze gerepliceerd. Daardoor wordt één van beide korter dan de bijbehorende matrijsstreng.

Welke streng, de leidende of de volgende streng, wordt korter bij replicatie?
Leg uit dat dit een gevolg is van de manier waarop de DNA-replicatie van deze streng plaatsvindt.