Oefentoets Biologie: Dna-rna - eiwitsynthese | HAVO 4/HAVO 5 | variant 4

Taaislijmziekte.
Zie figuur B 1571 van de bijlage.

Tekst:
Taaislijmziekte (cystische fibrose of CF) is een erfelijke aandoening die gekenmerkt wordt door o.a. luchtweginfecties. Deze zijn het gevolg van abnormale taaiheid van het slijm in de luchtwegen. Door deze taaiheid blijft het slijm vaak achter in de luchtwegen, waardoor infecties kunnen ontstaan.
De ziekte wordt veroorzaakt door een recessief, niet-X-chromosomaal gen.

Het CF-gen is gelokaliseerd in de lange arm van chromosoom 7. In de afbeelding is chromosomenpaar nummer 7 weergegeven, zoals dit zichtbaar is in een karyogram. De lange armen van de chromosomen zijn genummerd 1 t/m 4.

In welke van de delen 1 t/m 4 is bij iemand met taaislijmziekte de code in het DNA afwijkend?

Cellen en celstructuren.

Noem de functie van het organel waarin zich DNA bevindt.

Coloradokevers.
Zie figuur B 1241 van de bijlage.

Tekst:

De Coloradokever is afkomstig uit het zuidwesten van de Verenigde Staten. In 1919 vestigde deze geel met zwart gestreepte keversoort (zie de afbeelding) zich in Europa. Deze soort die op aardappels leeft, wordt door aardappeltelers sinds lange tijd bestreden met behulp van milieu-onvriendelijke insecticiden. Maar het insect is ongevoelig geworden voor deze chemische bestrijdingsmiddelen. Biologische bestrijding is mogelijk met behulp van de bacterie Bacillus thuringiensis tenebrionis die zeer specifiek de larve van de Coloradokever aantast door het uitscheiden van een giftig eiwit. Men is erin geslaagd het gen dat codeert voor dit eiwit te isoleren uit deze bacterie. Dit stukje DNA is met succes ingebouwd in een aardappelplant. De verkregen transgene plant blijkt giftig voor de Coloradokever.

Op welke plaats in een cel van een aardappelplant wordt het giftige eiwit gevormd?

Voortplantingssucces dankzij virusinfectie.
Zie figuur A 991 van de bijlage.

De rups van de pijlstaartvlinder heeft in de loop van de evolutie een mechanisme ontwikkeld waardoor de larven van de sluipwesp geen kans krijgen zich verder te ontwikkelen. De rups kapselt de eieren van de sluipwesp in, zodat de larven van de sluipwesp de rups van de pijlstaartvlinder niet kunnen leegeten.
Maar het bracovirus in de sluipwesp gooit roet in het eten. Het grootste deel van het erfelijk materiaal van dit virus bestaat uit genen die enzymen (= eiwitten) produceren die dit afweersysteem van de rups lamleggen. Hierdoor is de ontwikkeling van de eieren van de sluipwesp gegarandeerd en daardoor ook het voortbestaan van het virus. In de afbeelding wordt de levenscyclus van het bracovirus schematisch weergegeven. Hoewel in alle cellen van de sluipwesp het DNA van het virus voorkomt, worden alleen in cellen van de eierstokken van een vrouwtjessluipwesp virusdeeltjes gemaakt.

Waar worden de eiwitten gemaakt die het afweersysteem van de rups lamleggen?

Konikpaarden in de Millingerwaard.
Zie de figuren B 3104 en 3827 van de bijlage.

In het natuurgebied de Millingerwaard ten oosten van Nijmegen leven tweeënveertig konikpaarden. De konikpaarden werden door Stichting Ark uit Polen gehaald. Polen is de enige plek in Europa waar deze paarden nog in het wild leven.
De paarden leven in haremgroepen. Een haremgroep bestaat uit een leidhengst, een aantal merries, veulens en jaarlingen (pubers).
Een gevaar voor de konikpaarden is inteelt. Met name in natuurgebieden met maar één haremgroep is dit gevaar aanwezig. Stichting Ark haalt daarom in deze natuurgebieden veulens voor de puberleeftijd uit de groep en brengt ze naar een ander natuurgebied. De ervaringen in de Millingerwaard, waar verschillende haremgroepen rondtrekken, wijzen uit dat de konikpaarden instinctmatig inteelt vermijden. De hengsten dekken hun eigen dochters niet en zonen dekken hun moeder niet.

In de afbeelding B 3827 staan DNA-fingerprints van bepaalde stukjes DNA van drie verschillende paarden uit één haremgroep.

Vergelijk de DNA-fingerprint van het veulen van de dochter met dat van de dochter van de leidhengst en met dat van de leidhengst.

Leg uit waardoor men op grond van deze vergelijking tot de conclusie komt dat de leidhengst zijn eigen dochter niet dekt.

Virussen.

Enkele leerlingen wordt gevraagd uit te leggen waardoor het virus-DNA in staat is om gastheercellen viruseiwitten te laten produceren.

Leerling 1 beweert dat elk virus zo aan de gastheer is aangepast dat het virus-DNA precies overeenkomt met het gastheer-DNA.
Leerling 2 beweert dat het virus behalve virus-DNA ook virus-ribosomen in de gastheercel overbrengt waardoor de gastheercel eiwitmantels kan gaan maken. Het virus-DNA verdubbelt zich.
Leerling 3 beweert dat het principe van codering in het DNA in de hele natuur hetzelfde is. De gastheercellen zullen dan ook op grond van het virus-DNA viruseiwitten kunnen produceren.

Welke leerling heeft een juiste uitspraak gedaan?

Verstijfd van schrik.

M. de Koning-Tijssen promoveerde in 1997 op hyperekplexia. Iemand met deze aandoening verstijft bij schrik enige ogenblikken volkomen. De spieren van armen en/of benen blijven bij schrik te lang gespannen.

Bij hyperekplexia wordt een afwijkend eiwit gevormd dat deel uitmaakt van het celmembraan van zenuwcellen.

Waar wordt dit eiwit gesynthetiseerd?

De bouw en werking van chromosomen.
Zie figuur C 340 van de bijlage.

In de afbeelding staat informatie over het menselijke genoom en de bouw van een DNA-molecuul.

Hoeveel DNA-moleculen komen voor in het getekende chromosoom?

Een nieuwe diersoort.

Symbion pandora is zó speciaal dat hij in een aparte hoofdafdeling is geplaatst. Om te onderzoeken met welke andere diergroep het dier verwant is of met welke diergroep het een gemeenschappelijke voorouder heeft, onderzoekt men het DNA.

Wat onderzoekt men van het DNA om verwantschap te bepalen?

Gemixte vliegenvangers.

De doctoraalstudent biologie Thor Veen baarde opzien met een artikel in het befaamde tijdschrift Nature. Hij deed onderzoek aan twee groepen vliegenvangers: de Bonte vliegenvanger (Ficedula hypoleuca) en de Withalsvliegenvanger (Ficedula albicollis) (zie de afbeelding). Beide groepen vliegenvangers leven van insecten. In principe leven ze in verschillende gebieden, maar onder andere op de Zweedse eilanden Öland en Gotland is een geringe overlap. De Withalsvliegenvanger domineert daar: 95% van alle daar levende vliegenvangers behoort tot deze groep. Onderling komen kruisingen voor: vrouwtjes van de Bonte vliegenvanger paren met mannetjes van de Withalsvliegenvanger. De vrouwtjes kiezen alleen mannetjes die een territorium hebben verworven.

Veen deed onderzoek aan deze niet veel voorkomende paarvorming tussen mannetjes van de Bonte vliegenvanger en een vrouwtje van de Withalsvliegenvanger. Mannelijke nakomelingen van zulke paartjes kregen op hun beurt een nageslacht met meer zonen dan dochters, terwijl deze dochters ook nog steriel bleken te zijn. Veen gebruikte bij zijn onderzoek ook moleculaire technieken.

Welk type molecuul wordt onderzocht om het vaderschap van zo'n steriele dochter te achterhalen?

Mammoetmaag toont hoe steppe toendra werd.
Zie figuur B 4542 van de bijlage.

Regelmatig vindt men in de permafrost van de Siberische toendra een ingevroren mammoet. In de zomer van 2007 werd het lijk van een jong dier in vrijwel intacte staat opgegraven. De diepvrieswerking zorgt ervoor dat vaak ook de ingewanden goed bewaard blijven. Daardoor is het galgenmaal van de dieren tot in detail te bestuderen. Uit die maaltijd valt de leefomgeving van het dier te reconstrueren, zoals blijkt uit onderzoek van Bas van Geel en medewerkers. Zij analyseerden voedselresten in de darm van een wolharige mammoet (Mammuthus primigenius) die ongeveer 20.000 jaar geleden in Siberië leefde (zie de afbeelding).
Met een combinatie van stuifmeelonderzoek, onderzoek aan zaden en DNA-technieken identificeerden de onderzoekers de plantensoorten die de mammoet vlak voor zijn dood at.
Het onderzoek lijkt te bevestigen dat de vegetatie van Siberië toen voornamelijk bestond uit grassteppes en niet uit met mossen bedekte toendra's zoals nu. Er werden veel resten van grassen en andere windbestuivers in de mammoetmaag gevonden, naast enkele vochtminnende plantensoorten zoals de dotterbloem.
Dat duidt op de aanwezigheid van natte milieus. Ook bleken twijgjes aanwezig van een dwergwilg waarin de onderzoekers zelfs de bijzonder dunne jaarringen konden tellen. De wilg groeide er dus traag en leefde waarschijnlijk in een koud klimaat. In het deels verteerde mammoetvoedsel werden DNA-fragmenten gevonden waarvan men kon vaststellen dat het afkomstig was van planten uit zeven plantenordes en acht plantenfamilies. Men kon niet achterhalen van welke afzonderlijke plantensoorten dit DNA afkomstig was. Eén plant kon tot op genus (= geslachts)niveau gedetermineerd worden.
De onderzoekers stelden vast dat het DNA afkomstig was van planten uit zeven plantenordes en acht plantenfamilies.

Hoe konden de onderzoekers, aan de hand van het fossiele DNA, de planten indelen in ordes en families?

Evolutie van de mens.

Blijkbaar zijn er tijdens de evolutionaire ontwikkeling van de mens veranderingen opgetreden in het DNA.

Welk van de volgende veranderingen zouden de onderzoekers in het DNA kunnen aantreffen?

Fossiele vleermuizen.

Vleermuizen, voor de één angstaanjagend, voor de ander fascinerend. Deze vliegende zoogdieren bevolken de aarde al miljoenen jaren. Een vijfde van alle zoogdiersoorten is vleermuis. Volgens de klassieke indeling, gebaseerd op anatomische kenmerken, worden vleermuizen grofweg in twee groepen ingedeeld: de Microchiroptera, voornamelijk insectenetende vleermuizen met echolocatie en Megachiroptera, fruitetende vleermuizen zonder echolocatie.
Echolocatie is het vermogen om voorwerpen te lokaliseren en te herkennen door zelf geluid uit te zenden en na terugkaatsing weer op te vangen. De Megachiroptera hebben goed ontwikkelde grote ogen.
Lange tijd was de vraag of deze twee groepen onafhankelijk van elkaar zijn ontstaan of dat er sprake is van een gemeenschappelijke voorouder. Een onderzoekster heeft geen gebruik gemaakt van anatomische kenmerken, maar zij heeft het DNA van vleermuizen onderzocht. Zij vergeleek de nucleotidenvolgorde van zeventien genen bij verschillende vleermuissoorten. Uit de resultaten kon niet alleen geconcludeerd worden dat alle nu nog levende vleermuissoorten een gemeenschappelijke vleermuisvoorouder hebben, maar ook dat de 'oer'vleermuis waarschijnlijk in Noord-Amerika is ontstaan en dat vleermuizen zich later van daar uit over de aarde hebben verspreid.

Leg uit hoe de onderzoekster de verkregen informatie over de nucleotidenvolgorde van de zeventien genen kon gebruiken om de verwantschap in de evolutionaire stamboom vast te stellen.

Een darmziekte.

FAP (Familiaire Polyposis Coli) is een darmziekte waarbij al op jonge leeftijd in de dikke darm en de endeldarm honderden tot duizenden weefseluitstulpingen (poliepen) voorkomen die zich kunnen ontwikkelen tot dikke-darmkanker.
FAP is een erfelijke aandoening die berust op een afwijkend gen. Dit afwijkende gen is dominant over het normale gen.
De ziekte heeft niet altijd hetzelfde verloop.
Soms is het nodig zowel de dikke darm als de endeldarm van een patiënt te verwijderen.
In andere gevallen wordt alleen de dikke darm weggehaald. De dunne darm wordt dan aangesloten op de endeldarm.
Dit noemt men een endeldarmsparende operatie.

Een patiënt met de eerste ziekteverschijnselen van FAP wordt onderzocht. Informatie over de plaats van de afwijking in het gen kan worden verkregen door onderzoek van cellen van deze patiënt. Met deze informatie kan een prognose van het verloop van de ziekte worden gegeven.

Welk onderzoek van cellen wordt dan uitgevoerd?

Eicel uit bot.

Vrouwelijke zoogdieren, inclusief de mens, hebben al voor hun geboorte een voorraad eicellen, die daarna geleidelijk kleiner wordt. Tenminste, dat dacht iedereen. Totdat Jonathan Tilly en zijn collega's aantoonden dat het aantal eicellen bij muizen voortdurend wordt aangevuld. Ze zochten uit waar de eicellen vandaan komen.
In hun onderzoek kregen muizen een specifieke chemokuur, waardoor hun voorraad eicellen werd gedood, terwijl de eierstokken verder intact bleven. Een dag na die behandeling waren er al weer eicellen in de eierstokken aanwezig.
Twee maanden na de behandeling zagen de eierstokken er weer volledig normaal uit, met eicellen in diverse stadia van rijping. De cellen die deze eicellen leveren, zouden afkomstig kunnen zijn uit het beenmerg. Dit beenmerg bevat stamcellen, die nog tot andere cellen kunnen differentiëren.
De onderzoekers toetsten hun hypothese door bij muizen naast de eicellen ook de stamcellen uit het beenmerg te vernietigen. Deze muizen maakten geen eicellen meer. Inspuiting van gezond beenmerg bij deze eicelloze muizen leidde tot de vorming van nieuwe eicellen.
Het lijkt er sterk op dat het bij mensen niet anders gaat. Er zijn gevallen bekend van vrouwen die na het ondergaan van een beenmergtransplantatie, die volgde op een onvruchtbaar makende chemotherapie toch weer zwanger raakten. De kinderen die daarna uit deze vrouwen geboren zijn, zouden dus wel eens een andere biologische moeder kunnen hebben.

Als deze laatste bewering waar is, zou met een DNA-onderzoek met meer dan 99 procent zekerheid kunnen worden aangetoond dat de vrouw die het kind heeft gebaard, niet de biologische moeder is. Bij zo'n onderzoek worden een tiental DNA-fragmenten van moeder en kind met elkaar vergeleken.

Leg uit of bij dit onderzoek ook DNA-gegevens van de vader nodig zijn om zekerheid te krijgen.