Werkstuk Biologie DNA

Transcriptie

1 Werkstuk Biologie DNA Werkstuk door een scholier 3345 woorden 27 mei ,3 94 keer beoordeeld Vak Biologie Inleiding Ik heb DNA als onderwerp van mijn werkstuk gekozen omdat DNA de basis is van het verschil tussen organismen en ik er graag meer over te weten wilde komen. De functie van het DNA wordt steeds meer duidelijk, ook wordt het DNA nu voor verschillende doeleinden gebruikt. DNA is belangrijk bij onderzoek naar verschillende dingen. Zo wordt er vooral in de Verenigde Staten veel gekeken door middel van DNA wie de biologische vader van een bepaald kind is. Ook kan DNA onderzoek een uitkomt bieden in misdrijven dit gebeurd met behulp van DNA-fingerprints. Als op de plaats van het misdrijf DNA sporen van de dader achter zijn gebleven kunnen die worden vergeleken met het DNA van de verdachten en kan zo de werkelijke dader worden veroordeeld. Ook gebeurt het dat mensen die in de gevangenis worden vrijgesproken door middel van DNA bewijs, dan blijkt dat de dader toch onschuldig was. Onderzoekers zijn nu ook bezig om aan het DNA van planten en dieren te sleutelen om ze zodoende bijvoorbeeld een koe meer melk te laten produceren. Kortom er zijn vele toepassingen van DNA en de genen die erop zitten te bedenken nu al maar ook als er nog meer bekend is over het DNA. Wat is DNA? Onderzoekers waren al heel vroeg te weten gekomen dat het lichaam uit cellen bestond. Ze dachten toen ook al dat je de eigenschappen van je ouders kreeg als je geboren werd maar hoe dat wist nog niemand. Ze dachten lange tijd dat je precies de helft van de eigenschappen kreeg en dat die met elkaar gemengd werden. Als je dan bijvoorbeeld een zwarte cavia en een witte cavia kruiste dan moest je grijze krijgen. Deze theorie bleek na onderzoek niet te kloppen want je kreeg of zwarte of witte cavia s en geen grijze. Dit was het begin naar de jacht op het DNA. Er moest dus iets in de cellen zitten dat de erfelijke eigenschappen bepaalde. Na lang onderzoek ontdekte men chromosomen, dit zijn langgerekte dunne draden in de cellen. Ze zijn alleen te zien bij delende cellen. Ieder organisme heeft een vast aantal chromosomen, de mens heeft drieëntwintig paar chromosomen. Men ontdekte dat het de langgerekte draad een DNA molecuul was en wat de bouwstenen daarvan waren. DNA bleek te zijn opgebouwd uit een fosfaatgroep, een desoxyribose en een stikstofbase. Er zijn vier soorten stikstofbasen: - Adenine (A) Pagina 1 van 7

2 - Guanine (G) - Thymine (T) - Cytosine (C). James Watson en Francis Crick ontdekte in 1953 de structuur van het DNA molecuul. Ze hadden al eerder een model gemaakt met drie om elkaar wentelende ketens, maar dit was een enorme blunder geworden omdat het chemisch gezien niet klopte. Toen ze een röntgen foto zagen van Rosalind Franklin kwamen ze op het idee om een model met 2 ketens te bouwen. Ze beschreven dat DNA de vorm heeft van een moleculaire wenteltrap, een dubbele Helix. Beide leuningen van de wenteltrap bestaan uit fosfaatgroepen en desoxyribose die om en om in twee lange ketens gerangschikt zijn. De ketens zijn als twee lange spiralen om elkaar heen gewonden. Aan elke destoxyribose zit een stikstofbase. De treden van de DNA-wenteltrap worden gevormd door twee met elkaar verbonden basen: adenine en thymine (A-T), cytosine en guanine (C-G). Er zijn verschillende redenen om aan te nemen dat een A en een T tegenover elkaar liggen en een C tegenover een G. -In het DNA molecuul zijn de concentraties adenine en thymine gelijk en de concentraties guanyne en cytosine zijn ook aan elkaar gelijk. - Er is een verschil in type bindingen. - Adenine en Guanine hebben beide twee bindingsmogelijkheden en Guanine en Cytosine hebben er drie. - De afstand van de leuningen moet steeds gelijk zijn. Cytosine en Thymine kort en Guanine en Adenine zijn lang. Er moet dus altijd een korte stikstofbase tegenover een lange stikstofbase liggen.anders zou de lengte tussen de leuningen variëren. De volorde waarin de stikstofbasen in het DNA voorkomen, vormt de code waarmee de erfelijke informatie is vastgelegd. DNA-code en genen De stikstofbasen A, C, G en T zijn de letters voor codewoorden die met elkaar een codezin vormen.een combinatie van drie opeenvolgende stikstofbasen in de DNA wenteltrap vormt een codewoord, bijvoorbeeld AGT of CGC. Onderzoekers hebben ontdekt dat een groep van drie stikstofbasen de code voor één aminozuur vormt. De combinatie AGT bijvoorbeeld codeert voor het aminozuur serine en CGC voor alanine. DNA kent vier stikstofbasen: A, C, T, en G. Elke plaats in een groep van drie heeft dus vier mogelijkheden. Dat levert dus 4³ = 64 verschillende groepjes. Hiermee kunnen meer dan twintig verschillende aminozuren mee gevormd worden. kel aminozuur. Een hele zin uit de DNA taal (een gen) bestaat uit een groot aantal 3 letter woorden die samen voor een compleet eiwit vormen. DNA is dus een onvoorstelbaar lang molecuul dat vele malen langer is dan de cel zelf, dit is echter niet vreemd omdat en ontzettend veel informatie in is opgeslagen. Het is dan ook vrijwel onmogelijk dat er twee mensen rondlopen met precies dezelfde eigenschappen. Hoe is DNA uitgevonden? DNA is uitgevonden in De Engelse professor Jeffreys maakte het mogelijk om een bijzonder stukje uit Pagina 2 van 7

3 DNA-moleculen te lichtten. DNA is een stof die zit in kernen van cellen waaruit mensen, dieren en planten uit zijn opgebouwd. Bloedcellen en zaadcellen zijn hiervan goede voorbeelden. Genen bevinden zich ook in het DNA. Slechts 3% van je DNA bestaat uit genen maar ze bepalen wel de kleur ogen, bloedgroep en andere erfelijke eigenschappen. Om een moordzaak op te lossen heb je daar weinig aan want achter de kleur ogen en de bloedgroep kun je immers ook op andere manieren komen. Dit levert ook onvoldoende bewijs om de schuldige vast te stellen. Jeffreys had daar ook weinig belangstelling voor maar tussen de genen in het DNA molecuul trof hij een bijzonder DNA stukje aan. Jeffreys isoleerde dat. Dit stukje bestaat uit een herhalend patroontje. Het patroontje is kenmerkend voor de eigenaar van het DNA. Dit patroontje werd aanvankelijk een DNA fingerprint genoemd. Deze print ontstaat door het onderzoek aan slechts een heel klein gedeelte van het DNA. En daarom spreken onderzoekers liever van een DNAprofiel. Hoe men aan zo n streepjescode of DNA fingerprint komt is eigenlijk niet zo heel moeilijk. Eerst wordt het DNA gezuiverd. Met enzymen knip je de kenmerkende stukjes eruit. De stukjes, die elektrisch geladen zijn, breng je op een gelei tussen twee geladen platen. De elektrische kracht drijft de kleinere stukjes sneller vooruit dan de grotere. Het gevormde patroon kun je zichtbaar maken en zo heb je een DNA fingerprint. Welke stoffen in het menselijk lichaam bevatten DNA? Het DNA van een persoon is te vinden in elke lichaamscel. Als iemand een misdaad heeft begaan dan laat de dader altijd stille getuigen achter, behalve als de dader een speciaal pak aan heeft, maar dit is heel onwaarschijnlijk. Stille getuigen zijn sporen die de verdachte achterlaat op de plaats van het misdrijf. Deze stille getuigen bezitten DNA. De stille getuigen die het meeste worden gevonden zijn bloed, haren en sperma. Met het DNA van de verdachte op de plaats van het misdrijf kan de politie het gaan vergelijken met het DNA van de verdachte die de politie heeft aangewezen. DNA is te vinden in het hele lichaam. Je kunt het DNA vinden in het bloed, maar niet in de rode bloedcellen, want alleen in de witte bloedcellen is DNA te vinden. Het DNA is ook te vinden in de haren van een persoon. Aan het begin van het haar, de wortel waar het haar mee in het haarzaakje zat, bevindt zich DNA. Bij een verkrachting kun je het DNA van de dader herkennen aan het sperma en als het slachtoffer zich heeft verweerd dan zit er bloed achter de nagels van het slachtoffer. Als er een moord wordt gepleegd, waarbij het slachtoffer wordt verbrand moet je slachtoffer kunnen identificeren. Dat kan door het gebit te vergelijken met vermiste personen of met het DNA van de personen. De dader denkt dan dat hij geen sporen achterlaat van de persoon, maar in de kiezen en sommige botten, het beenmerg, zit het DNA. Botten en kiezen zijn kei hard en beschermen door deze eigenschap het DNA wat erin zit. Is DNA 100% betrouwbaar? Een DNA-test bestaat er kortweg gezegd uit, dat uit een lichamelijke celstructuur, voor mens unieke, genetische gegevens worden gehaald. Deze genetische gegevens ( in de vorm van een streepjescode ) worden gebruikt om een dader aan te wijzen. Bij zo n test wordt er gekeken naar de verschillende kenmerkende stukjes waaruit het DNA is opgebouwd. Als je namelijk onderzoekt m.b.v. één kernmerkend Pagina 3 van 7

4 stukje van het DNA dan is de kans dat er op deze aardbol een mens rondloopt met hetzelfde DNA profiel als jij 1 op de 100. Dit is dus nog een vrij grote kans en zeker niet goed genoeg om met zekerheid de goede dader aan te wijzen. Pas als men kijkt naar meerdere stukjes van het DNA wordt de kans veel kleiner en dus ook een steeds beter bewijs voor de rechtbank. Namelijk per kenmerkend stukje dat je meer onderzoekt, wordt de kans 100 x zo klein. Voorbeeld: Bij een bepaald onderzoek naar een moord wordt er onderzocht met vier kenmerkende stukjes. Hierbij is de kans 1 op de 100x100x100x100 = 100 miljoen dat er iemand anders rondloopt met hetzelfde DNA profiel als de verdachte. De kans is dan echt heel klein dat je de verkeerde veroordeelt. Het is in Nederland dan ook verplicht om tijdens de rechtzaken gebruik te maken van meerdere kenmerkende stukjes van het DNA zodat de kans op een foute berechting zo klein is, dat het dicht bij de 0% kans komt. Er is een uitzondering, waarbij deze regel niet geld, namelijk de eeneiige tweelingen. Bij deze mensen heeft het geen zin om te kijken naar de kenmerkende stukjes omdat deze allemaal gelijk zijn. Gelukkig is de kans dat je tijdens een rechtzaak te maken krijgt met eeneiige tweelingen heel klein omdat ze vrij uniek zijn. Een ander geval is dat het DNA profiel van een kind bestaat uit een mengeling van dat van zijn vader en moeder. Dit is bij rechtzaken geen probleem omdat het profiel toch uniek blijft. Is het mogelijk dat DNA bij strafzaken standaard wordt gebruikt? Het Gerechtelijk Laboratorium voert DNA-onderzoek uit om de vergelijking van celmateriaal dat is genomen op de plaats van het delict en/of bij het slachtoffer en/of de verdachte en Dna-materiaal dat is afgenomen van de betrokken personen. De bewijskracht van het DNA-onderzoek is bijzonder groot: een DNA-profiel is vrijwel uniek voor een individu. Het is daarom van het grootste belang dat de uitkomsten van dit onderzoek betrouwbaar zijn. Om deze betrouwbaarheid te garanderen is een uitgebreide weten regelgeving opgesteld. De wijze waarop het onderzoek verricht moet worden en welke personen hierbij betrokken zijn, staat beschreven in het Wetboek van Strafvordering. De regelgeving is ook opgesteld om zorgvuldig te handelen tegenover de verdachte teneinde deze bij dit ingrijpende onderzoek zoveel mogelijk te beschermen. De rechter hecht zeer veel waarde aan de naleving van alle wettelijke voorschriften. Deze zijn echter redelijk ingewikkeld en vereisen intensieve communicatie tussen vele betrokken instanties: technische recherche, Officier van Justitie, Rechter-Commisaris, Gerechtelijk Laboratorium en verdachten. Hierdoor is het bijna onvermijdelijk dat de procedures niet altijd goed worden gevolgd. Indien een procedure niet geheel correct wordt uitgevoerd, zou dat kunnen leiden tot nietigheid van het DNA-bewijs. Jurisprudentie zal in de toekomst moeten uitwijzen in welke gevallen het DNA-bewijs dan nog mag worden toegelaten. Het mag duidelijk zijn dat minimalisatie van fouten in de procedure tevens tot gevolg kan hebben dat het aantal aanvragen voor hoger beroep geminimaliseerd wordt Het Gerechtelijk Laboratorium ondervindt vooral hinder van de omslachtige procedures. Deze geven aanleiding tot vertraging en extra werk. In opdracht van het Gerechtelijk Laboratorium heeft Q-Ray een haalbaarheidsstudie uitgevoerd naar de inzet van het standaard inzetten van Dna-onderzoek bij strafzaken. De informatiestromen rondom de verschillende procedures zijn geanalyseerd en met betrokken instanties zijn gesprekken gevoerd. Hieruit bleek dat het standaard inzetten van Dna-onderzoek bij strafzaken de gang van zaken, tegen relatief lage kosten, aanzienlijk kan verbeteren. Pagina 4 van 7

5 Eén van de vervolgprojecten die in de haalbaarheidsstudie zijn gedefinieerd is de realisatie van een geautomatiseerd voortgangssysteem dat de betrokken instanties de mogelijkheid biedt snel kunnen zien wat de voortgang van het onderzoek is. De betrokken instanties kunnen dit voortgangssysteem (in de toekomst) gaan integreren in of koppelen met een eveneens geautomatiseerd kennissysteem. Zo\'n kennissysteem biedt ondersteuning bij het geven van een antwoord op de vraag wie van de betrokkenen op enig moment gedurende de procedure een volgende mag, of kan zetten. Automatisering kan en belangrijke ondersteunende rol spelen bij de naleving van de wettelijke voorschriften. Het belangrijkste doel van het geautomatiseerde systeem is om beter te waarborgen dat een onderzoek volgens de wettelijke voorschriften verloopt. Andere voordelen zijn een verhoging van de efficiëntie, statusbepaling van de voortgang en eenduidigheid van interpretatie over de regelgeving. Ook de mogelijheden van electronische berichtenverzending draagt verder bij tot de professionalisering van het DNA-onderzoek. Een onderzoek loopt vaak vast, omdat bepaalde berichten/opdrachten niet verstuurd zijn. Geautomatiseerde ondersteuning biedt hiervoor een concrete oplossing. Misdadigers zijn gewaarschuwd Hoe lang blijft DNA betrouwbaar na het misdrijf? DNA wordt gehaald uit de kernen van lichaamscellen. Het DNA kan op verschillende plaatsen in ons lichaam gevonden worden. Het DNA blijft 100% betrouwbaar zolang deze lichaamscellen nog intact zijn. Dus zolang ze nog leven. Het maakt dus eigenlijk niet uit of je nou heel lang of heel kort na het misdrijf het DNA onderzoekt, de betrouwbaarheid hangt af van de wel of niet intact zijnde lichaamscellen. Zelfs als het lichaam van het slachtoffer helemaal verbrand is, is het mogelijk betrouwbaar DNA uit het lichaam te halen. De lichaamscellen op de huid en in het lichaam gaan dan wel verloren, maar er kunnen ook bruikbare lichaamscellen gevonden worden in de kern van de kiezen, die tijdens de verbranding niet verloren zijn gegaan omdat ze door hun enorme hardheid tegen de hitte van het vuur kunnen en zo de lichaamscellen beschermen. Als na maanden een verschroeid lichaam gevonden wordt is dus het alsnog mogelijk om betrouwbaar DNA uit een kies te halen en om zo achter de identiteit van de persoon te komen. Is het mogelijk dat DNA bij strafzaken standaard wordt gebruikt? Het Gerechtelijk Laboratorium voert DNA-onderzoek uit om de vergelijking van celmateriaal dat is genomen op de plaats van het delict en/of bij het slachtoffer en/of de verdachte en Dna-materiaal dat is afgenomen van de betrokken personen. De bewijskracht van het DNA-onderzoek is bijzonder groot: een DNA-profiel is vrijwel uniek voor een individu. Het is daarom van het grootste belang dat de uitkomsten van dit onderzoek betrouwbaar zijn. Om deze betrouwbaarheid te garanderen is een uitgebreide weten regelgeving opgesteld. De wijze waarop het onderzoek verricht moet worden en welke personen hierbij betrokken zijn, staat beschreven in het Wetboek van Strafvordering. De regelgeving is ook opgesteld om zorgvuldig te handelen tegenover de verdachte teneinde deze bij dit ingrijpende onderzoek zoveel mogelijk te beschermen. De rechter hecht zeer veel waarde aan de naleving van alle wettelijke voorschriften. Deze zijn echter redelijk ingewikkeld en vereisen intensieve communicatie tussen vele betrokken instanties: technische Pagina 5 van 7

6 recherche, Officier van Justitie, Rechter-Commisaris, Gerechtelijk Laboratorium en verdachten. Hierdoor is het bijna onvermijdelijk dat de procedures niet altijd goed worden gevolgd. Indien een procedure niet geheel correct wordt uitgevoerd, zou dat kunnen leiden tot nietigheid van het DNA-bewijs. Jurisprudentie zal in de toekomst moeten uitwijzen in welke gevallen het DNA-bewijs dan nog mag worden toegelaten. Het mag duidelijk zijn dat minimalisatie van fouten in de procedure tevens tot gevolg kan hebben dat het aantal aanvragen voor hoger beroep geminimaliseerd wordt. Het Gerechtelijk Laboratorium ondervindt vooral hinder van de omslachtige procedures. Deze geven aanleiding tot vertraging en extra werk. In opdracht van het Gerechtelijk Laboratorium heeft Q-Ray een haalbaarheidsstudie uitgevoerd naar de inzet van het standaard inzetten van Dna-onderzoek bij strafzaken. De informatiestromen rondom de verschillende procedures zijn geanalyseerd en met betrokken instanties zijn gesprekken gevoerd. Hieruit bleek dat het standaard inzetten van Dna-onderzoek bij strafzaken de gang van zaken, tegen relatief lage kosten, aanzienlijk kan verbeteren. Eén van de vervolgprojecten die in de haalbaarheidsstudie zijn gedefinieerd is de realisatie van een geautomatiseerd voortgangssysteem dat de betrokken instanties de mogelijkheid biedt snel kunnen zien wat de voortgang van het onderzoek is. De betrokken instanties kunnen dit voortgangssysteem (in de toekomst) gaan integreren in of koppelen met een eveneens geautomatiseerd kennissysteem. Zo\'n kennissysteem biedt ondersteuning bij het geven van een antwoord op de vraag wie van de betrokkenen op enig moment gedurende de procedure een volgende mag, of kan zetten. Automatisering kan en belangrijke ondersteunende rol spelen bij de naleving van de wettelijke voorschriften. Het belangrijkste doel van het geautomatiseerde systeem is om beter te waarborgen dat een onderzoek volgens de wettelijke voorschriften verloopt. Andere voordelen zijn een verhoging van de efficiëntie, statusbepaling van de voortgang en eenduidigheid van interpretatie over de regelgeving. Ook de mogelijheden van electronische berichtenverzending draagt verder bij tot de professionalisering van het DNA-onderzoek. Een onderzoek loopt vaak vast, omdat bepaalde berichten/opdrachten niet verstuurd zijn. Geautomatiseerde ondersteuning biedt hiervoor een concrete oplossing. Misdadigers zijn gewaarschuwd Wat is het verband tussen DNA en erfelijkheid? Chromosomen zijn de dragers van ons erfelijkheidsmateriaal. De chromosomen bevatten de volledige genetische informatie die noodzakelijk is voor het ontwikkelen, in stand houden en voortplanten van een individu. Elk chromosoom bestaat uit verschillende genen, en elk gen bevat de informatie voor één bepaalde eigenschap. Een gen is een soort code, en aan de hand van deze code worden eiwitten gevormd. Eiwitten zijn de bouwstenen van ons lichaam, en zijn essentieel voor een cel. Ze zorgen voor de stevigheid van een cel, bepalen of de cel een zenuwcel, spiercel, haarcel wordt of een andere taak krijgt. Sommige eiwitten zijn enzymen die chemische reacties sturen of die onderdeel van de spijsvertering zijn. Eiwitten vormen dus de basis voor het goed functioneren van ons lichaam. Eiwitten zijn opgebouwd uit aminozuren, de volgorde van de verschillende aminozuren bepaalt de eigenschappen van het eiwit. Elk gen bevat de code voor een reeks van aminozuren, die dan samen weer een eiwit vormen. Een aminozuur wordt gecodeerd door drie achtereenvolgende basen, dit wordt een Pagina 6 van 7

7 codon genoemd. Afhankelijk van de volgorde van de verschillende basen, kunnen er zo\'n 20 verschillende aminozuren gevormd worden. De basenvolgorde AGC bijvoorbeeld, codeert voor het aminozuur serine. Door de combinaties die gemaakt kunnen worden met alle aminozuren, kan de grote hoeveelheid eiwitten gevormd worden die nodig is voor het goed functioneren van ons lichaam. Genen bepalen al onze erfelijke eigenschappen, zoals de haarkleur en de oogkleur. Dit wordt allemaal veroorzaakt door de verschillende eiwitten, die dus worden bepaald door de volgorde van de basenparen in de genen. Soms wordt een eigenschap door één enkel gen bepaald, zoals de eigenschap in bacteriën om bepaalde bestrijdingsmiddelen af te breken. Er is dan een rechtstreekse relatie tussen het gen en de eigenschap. Meestal zijn er bij eigenschappen meerdere genen betrokken, zoals bijvoorbeeld voor veel stofwisselingsprocessen in planten. Het is echter niet zo, dat we met de kennis van alle DNA-codes van de erfelijke eigenschappen we een soort blauwdruk voor het individu in handen hebben. Vaak spelen ook milieufactoren een belangrijke rol bij de ontwikkeling van een organisme. Zo is de voeding van grote invloed op de groei. Tenslotte spelen er bij de ontwikkeling van het organisme, zijn organen en weefsels allerlei processen een rol die nog lang niet volledig door de wetenschap begrepen worden. Hoe lang en hoe dik de benen van iemand uiteindelijk worden kan dus niet eenvoudig voorspeld worden op basis van het DNA-patroon. Verder zorgen de genen ervoor dat bepaalde eigenschappen overerven. Van elk chromosoom zijn er twee exemplaren. De genen die op deze overeenkomstige chromosomen liggen, zijn dus ook overeenkomstig. Dat betekent dat elk gen in tweevoud aanwezig is. Eén gen is afkomstig van de moeder, en het andere gen is afkomstig van de vader. De eigenschappen die op de DNA-moleculen liggen worden overgeërfd, doordat tijdens de meiose (celdeling waarbij geslachtscellen ontstaan), de twee chromosomen, die dan al uit twee chromatiden bestaan, van een chromosomenpaar eerst uit elkaar worden getrokken. Die komen in de twee dochtercellen te zitten, en dan pas worden de chromatiden uit elkaar getrokken. Die komen ook weer terecht in twee aparte dochtercellen. Bij meiose ontstaan uit één moedercel dus vier dochtercellen. Pagina 7 van 7