4,5. Praktische-opdracht door een scholier 1995 woorden 25 juni keer beoordeeld DNA

Transcriptie

1 Praktische-opdracht door een scholier 1995 woorden 25 juni ,5 23 keer beoordeeld Vak ANW DNA Vrijwel iedereen heeft het woord DNA wel eens gehoord of gelezen en de meesten weten dan ook wel te vertellen dat het met erfelijkheid te maken heeft. Maar wat het nou echt inhoud, dat is minder bekend. De afkorting DNA staat voor het Engelse deoxyribonucleic acid, in het Nederlands kortweg desoxyribonucleïnezuur. DNA werd in 1869 ontdekt door de toen 24-jarige Zwitserse arts Johan Friedrich Miescher. Hij haalde celmateriaal uit het verband dat in het plaatselijke ziekenhuis werd gebruikt voor het verbinden van etterende wonden. Bij pogingen om uit de verkregen cellen zuiver eiwit te isoleren, werd hij gehinderd door een neerslag dat uit de celkernen afkomstig was. Hij noemde deze neerslag nucleïne, omdat het Latijnse woord voor celkern nucleus is. In 1889 kwam zijn leerling Richard Altmann er achter dat nucleïne een zuur is en veranderde daarom de naam in nucleïnezuur. In 1944 werd door Albrecht Kossel bewezen dat in DNA in codevorm de erfelijke aanleg van organismen is vastgelegd. Soort Aantal chromosomen per cel Bananenvlieg 8 Huisvlieg 12 Mens 23 Eik 24 Groene kikker 26 Zonnebloem 34 Konijn 44 Aardappel 48 Cavia 64 Hond 78 Praktisch elke cel heeft een celkern met daarin chromosomen. Hoewel bacteriën geen celkern hebben, bevatten zij ook chromosomen. Een chromosoom bestaat uit een DNA-molecuul dat is opgerold om vele eiwitten. Het aantal chromosomen verschilt per dieren plantensoort. Omdat telkens twee chromosomen gelijk in lengte en vorm zijn, worden ze gegroepeerd in paren. Bijvoorbeeld mensen hebben 23 paar chromosomen per cel en honden 78 paar chromosomen per cel. Pagina 1 van 6

2 Een DNA-molecuul bestaat uit twee zeer lange ketens van basen, die spiraalvormig aan elkaar vast zitten. De basen zijn zodoende de bouwstenen van een DNA-molecuul. De verbinding tussen de twee ketens worden gevormd door vier verschillende soorten basen: adenine (A), cytosine (C), guanine (G) en thymine (T). C hecht zich aan G in de tegenoverliggende keten en A hecht zich aan T in de tegenoverliggende keten. Zo vind je dus in een DNA-molecuul een lange reeks van basenparen G-C, C-G, A-T en T-A in wisselende volgorde. De chromosomen in een menselijke cel bevatten samen zo n drie miljard van die basenparen. De volgorde van deze basen vormen een chemisch alfabet. Hieronder is geprobeerd het geheel wat te verduidelijken door het grafisch weer te geven: Slechts bepaalde stukken van dat chemische alfabet bevatten informatie over de erfelijke eigenschappen. Die stukken van de erfelijke code worden genen genoemd. In februari 2001 is vastgesteld dat in een cel van een mens ongeveer verschillende genen zijn. Genen bestaan dus uit enkele honderden tot duizenden C-, G-, A- en T-basen en zijn verspreid over al het DNA in een cel. Het overige DNA bevat geen erfelijke informatie en wordt dan ook junk-dna genoemd. De mens heeft veel meer junk-dna dan genen. Ieder van de 46 chromosomen van de mens bevat dus een deel van de in totaal genen. De genen zijn de dragers van erfelijke eigenschappen van het organisme. De code van de genen kan zo worden afgelezen, dat er allerlei verschillende eiwitten ontstaan. Die eiwitten kunnen in de cel allerlei functies verrichten en het gedrag en de kenmerken van cellen beïnvloeden. Zo worden er eiwitten volgens de beschrijving van het DNA gemaakt die verantwoordelijk zijn voor de fotosyntheseprocessen in planten, die de groei reguleren of die voor de aanmaak van penicilline zorgen. Ook uiterlijke kenmerken worden voor een belangrijk deel door zulke erfelijke eigenschappen bepaald, denk aan de kleur van ogen en haar. Soms wordt een eigenschap door één enkel gen bepaald, bijvoorbeeld 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. Dat geldt bijvoorbeeld voor veel stofwisselingsprocessen in planten. Een geslachtscel bevat geen paren van chromosomen. Zowel een eicel als een zaadcel bevatten slechts de helft van het aantal chromosomen van een normale cel. Zodra de eicel en zaadcel samensmelten is er weer een cel die paren van chromosomen bevat. De genen zijn echter niet gelijk aan alleen de genen van de moeder of de vader. Dat heeft tot gevolg dat binnen een soort waarbij geslachtelijke voortplanting plaatsvindt de organismen niet allemaal exact hetzelfde DNA hebben. Het is niet zo dat men met de kennis van alle genen een soort blauwdruk voor een individu in handen heeft. Vaak spelen ook milieufactoren een belangrijke rol bij de ontwikkeling van een organisme. Zo is de voeding van grote invloed op de groei. Hoe lang en hoe dik de benen van iemand uiteindelijk worden, kan dus niet eenvoudig voorspeld worden op basis van zijn of haar DNA-patroon. Pagina 2 van 6

3 DNA-modificatie In het DNA van alle levende wezens komen dezelfde basen C, A, T en G voor. Niet alleen de basen zijn hetzelfde, de genen van een bacterie, schimmel, dier of plant gebruiken ook dezelfde chemische code. Een gen dat bij de mens insuline produceert, kan bij wijze van spreken ook bij een ander organisme diezelfde insuline laten produceren; de taal van de erfelijkheid is universeel. Bij traditionele vormen van kweken of fokken worden wenselijke genetische eigenschappen geselecteerd uit de genen die binnen een bepaalde soort aanwezig zijn. In de natuur wordt genetische diversiteit binnen bepaalde grenzen gecreëerd. Een roos kan worden gekruist met een andere soort roos, maar nooit met een rat. Zelfs als soorten die nauw verwant zijn het lukt om zich voort te planten, dan is het nageslacht vaak onvruchtbaar. Zo kan een paard met een ezel paren, maar het nageslacht is onvruchtbaar. In tegenstelling tot traditionele fok- en veredelingsprocessen, wordt bij DNA-modificatie de kruisingsbarrières doorbroken. DNA-modificatie, ook wel genetische manipulatie genoemd, is knip- en plakwerk met de erfelijke eigenschappen van een organisme. Bij DNA-modificatie worden de genen van het ene organisme overgebracht naar een ander organisme om zo de gewenste eigenschap over te brengen. Een voorbeeld daarvan is dat wetenschappers een gen uit een vis te halen die in het poolgebied leeft en zodoende een antivriesstof aanmaakt. Door dit gen vervolgens in het DNA van een tomaat of aardbei te brengen, kunnen vorstbestendige vruchten worden voortgebracht. Doordat tegenwoordig dus genen van bacteriën, schimmels, planten en dieren uitgewisseld kunnen worden, zijn de mogelijkheden in feite eindeloos. Genetische manipulatie kan op verschillende manieren worden uitgevoerd; de recombinant-dna-techniek wordt echter het vaakst gebruikt. Dit is een techniek waarbij een deel van een DNA-molecuul van het ene organisme met behulp van speciale enzymen als het ware wordt losgeknipt. Andere enzymen zorgen er dan vervolgens voor dat het verkregen stukje DNA wordt ingebouwd in het DNA in een cel van een ander organisme. Wanneer de cel zich gaat delen krijg je na enige tijd een genetisch gemodificeerd organisme. Hieronder is de recombinant-dna-techniek schematisch weergegeven: Klonen Wetenschappers kunnen al lange tijd embryo's klonen. Dat houdt in dat ze het embryo opsplitsen in twee of meer delen die elk uitgroeien tot een volwassen dier. In een vroeg stadium kunnen cellen nog alles worden, bij een volwassen dier staat dat voor alle cellen echter al vast; de cellen hebben als het ware reeds een keuze gemaakt. Klonen kan men onderverdelen in twee categorieën, namelijk therapeutisch klonen en reproductief klonen. Bij therapeutisch klonen neemt men een bevruchte eicel en haalt daar vervolgens de celkern uit. In plaats Pagina 3 van 6

4 van die celkern doet men daar de celkern van een volgroeide cel in. Deze eicel laat men dan in een reageerbuis uitgroeien tot een embryo. Uit het embryo worden de stamcellen gehaald. Die stamcellen groeien in een reageerbuis uit tot weefsels die weer gebruikt kunnen worden om bij iemand te implanteren. Het doel van therapeutisch klonen is dus om bijvoorbeeld weefsels en organen te kweken, niet om een heel organisme te reproduceren. Het implanteren van weefsels uit embryo's is niet nieuw. Het werd eerder alleen vaak afgestoten, omdat de weefsels een ander DNA hadden, doordat ze afkomstig waren van een anonieme moeder. Nu krijgt het weefsel hetzelfde DNA als de patiënt. Bij reproductief klonen wordt net als bij therapeutisch klonen eerst de celkern uit een bevruchte eicel gehaald en vervangen door de celkern met het DNA van de te klonen persoon. De eicel groeit in een reageerbuis uit tot een embryo. Alleen nu wordt niet net als bij therapeutisch klonen de stamcellen uit het embryo gehaald, maar wordt het embryo in de baarmoeder van een draagmoeder geplaatst. Hier groeit het uit tot een baby die genetisch gezien identiek is aan de persoon waar het DNA vandaan gehaald is. Het schaap Dolly was het eerste reproductief gekloonde dier. Dit wil echter niet zeggen dat klonen altijd goed gaat. Om een dier te klonen gaat het soms wel een paar honderd maal verkeerd alvorens het goed gaat. Indien het gekloonde dier levend geboren wordt, leidt het vaak aan veel afwijkingen. Dit schijnt te komen doordat het DNA dat het gekloonde dier heeft gekregen al oud is. DNA-fingerprinting DNA-fingerprinting betekent zoals de naam al zegt het maken van een vingerafdruk van DNA. Omdat DNA van haast geen enkel persoon identiek is, kan het bijvoorbeeld bij een moordzaak de doorslag geven wie de dader is. Of er kan bewezen worden wie de vader is van een kind. Deze toepassingen kunnen erg handig zijn. Toch wordt DNA onderzoek in een rechtszaak nog niet altijd toegestaan en gewaardeerd. Het probleem is dat de verdachte niet verplicht is om DNA af te staan voor een test. Omdat er enorm veel verschillen mogelijk zijn wat betreft de volgorde van basenparen kan iedereen in principe geïdentificeerd worden. Het zou alleen een enorm werk zijn om al die verschillende basenparen te gaan passen. Onderzoekers hebben echter een snellere methode gevonden die berust op het telkens herhalen van DNA patronen. Bij het maken van een DNA-fingerprint werkt men in verschillende stappen. Men begint met het opsporen en isoleren van het erfelijke materiaal dat nodig is. Dit kan men op verschillende manieren uitvoeren. Men kan bijvoorbeeld chemische stoffen gebruiken of de celkern onder druk zetten waardoor het DNA eruit komt. Vervolgens knipt men het DNA in stukjes met behulp van restrictie enzymen. De volgende stap bestaat uit het sorteren van de stukjes DNA wat betreft grootte. Bij het sorteren maakt men gebruik van de licht positieve lading van DNA. Er worden DNA-stukjes in een soort gel gestopt en waarna men een soort van magneet langs de gel legt. De stukjes zullen zich in de richting van de magneet Pagina 4 van 6

5 gaan bewegen, maar doordat de kleinere stukjes zich sneller door de gel kunnen bewegen, zullen zij zich op die manier sorteren. De volgende stap is het uit elkaar halen van de DNA-ketens. Dit kan door verhitting of door gebruik te maken van chemische stoffen. Daarna laat men stukjes radioactief materiaal binden met het DNA. Als men nu gaat kijken met behulp van röntgenstralen dan krijgt men op de foto die men maakt van het DNA alleen de stuken te zien die zich hebben gebonden met het radioactief materiaal. Deze foto is voor iedereen verschillend, met uitzondering van eeneiige tweelingen. Om moeder- of vaderschap te controleren, kan men logischerwijs niet slechts kijken of het DNA identiek is. Hiervoor moet naar patronen die het junk-dna bevat, VNTR s genaamd, worden gekeken. Deze VNTR's kan men met behulp van DNA-fingerprinting in kaart brengen. De VNTR's die een persoon heeft, komen uit de erfelijke informatie die het kind van de ouders heeft gekregen. Meestal is het een combinatie van de VNTR's van vader en moeder. Met behulp van een kaart van de VNTR's van het kind en van een ouder kunnen de VNTR's van de andere ouder bepaald worden. Wanneer men deze kaart van de VNTR's gaat vergelijken met een DNA-fingerprint van de mogelijke vader kan men zeggen of de mogelijke vader ook de echte vader is. Op de afbeelding zie je zo'n vergelijking van VNTR's. Als je de streepjes van de kinderen gaat vergelijken met die van de ouders kun je erachter komen of de kinderen van de ouders zijn. D1 is een kind van de twee ouders, D2 is een kind van een andere vader, S1 is een zoon van de twee ouders, S2 is een aangenomen kind; helaas is dit moeilijk te zien in zwart-wit. Bronvermelding De volgende internetpagina s hebben als informatiebron gediend: staff.science.uva.nl/~dcslob/lesbrieven/susan/susan.html#maken%20biotechnologen%20het%20te%20d ol swe.sui.be/project1-ontdekkingen/dna.htm home.wanadoo.nl/hannesvangrinsven/anw/toepassingen.html proto.thinkquest.nl/~llb109/groot/klonenth.html Pagina 5 van 6

6 Ook hebben hoofdstuk twee en drie van het leerboek Biologie voor jou - VWO B1 als informatiebron gediend. De gebruikte afbeeldingen hebben we gevonden via Google Images of overgenomen uit het eerder genoemde leerboek. Pagina 6 van 6