Meeloopdag 12 maart 2015 Hoorcollege DNA Dr. Martijn Hoeke Docent Moleculaire Biologie
Beta-vakken op de middelbare school Natuurkunde Wiskunde/Informatica Scheikunde Biologie
Natuurwetenschappen zijn geen gescheiden disciplines Natuurkunde Wiskunde/Informatica Scheikunde Biologie
Natuurwetenschappen op HBO en universiteit Natuurkunde Fysische chemie Wiskunde/Informatica Biofysica BIO-INFORMATICA Scheikunde BIOCHEMIE/ MOLECULAIRE BIOLOGIE Biologie
Natuurwetenschappen op HBO en universiteit Natuurkunde Fysische chemie Wiskunde/Informatica Biofysica BIO-INFORMATICA Scheikunde BIOCHEMIE/ MOLECULAIRE BIOLOGIE Biologie LIFE SCIENCES
What is Molecular Biology? Study of biology at the molecular level Interactions between components of the cell On the border between alive and lifeless
Biologie & Medisch Laboratoriumonderzoek Biotechnologie
Wat weten jullie al van moleculaire biologie? Nulmeting
shakeq.com Interactie gedurende hoorcollege Evaluatie hoorcollege achteraf 12-3-2015 www.lstleeuwarden.nl 9
Oefenvraag: Ik zit momenteel in A. HAVO-4 B. HAVO-5 C. VWO-5 D. VWO-6 E. MBO-niveau 4 F. Anders Stemmen: 0 Gesloten Internet Ga naar shakeq.com en log in met wur1086 Deze presentatie is geladen zonder de Shakespeak Add-In. SMS Stuur naar 06 4250 0030: wur1086 <spatie> uw keuze (bv. wur1086 b) Add-In gratis downloaden? Ga naar http://shakespeak.com/en/free-download/
Oefenvraag: Ik zit momenteel in A. HAVO-4 Deze voorbeeld resultaten zullen op 0 gezet worden zodra een sessie en diavoorstelling gestart zijn. 16,7% B. C. D. E. F. HAVO-5 VWO-5 VWO-6 MBO-niveau 4 Anders 33,3% Voel u vrij om ondertussen de layout van de resultaten te veranderen (bv. de kleur) 50,0% 66,7% 83,3% 100,0% Gesloten Internet Ga naar shakeq.com en log in met wur1086 Deze presentatie is geladen zonder de Shakespeak Add-In. SMS Stuur naar 06 4250 0030: wur1086 <spatie> uw keuze (bv. wur1086 b) Add-In gratis downloaden? Ga naar http://shakespeak.com/en/free-download/
1) Tomaten bevatten tegenwoordig allemaal DNA A. Dat klopt, vroeger kon het kweken gerust zonder B. Dat klopt niet, in tomaten zit geen DNA C. DNA heeft altijd al in tomaten gezeten D. Niet de tomaten maar het ongedierte bevat DNA Stemmen: 0 Gesloten Internet Ga naar shakeq.com en log in met wur1086 Deze presentatie is geladen zonder de Shakespeak Add-In. SMS Stuur naar 06 4250 0030: wur1086 <spatie> uw keuze (bv. wur1086 b) Add-In gratis downloaden? Ga naar http://shakespeak.com/en/free-download/
2) DNA vind je bij de mens: A. Alleen in de celkern B. Alleen buiten de celkern C. In de celkern en in mitochondriën D. In de celkern en in peroxisomen E. Geen van alle, een menselijke cel heeft geen celkern Stemmen: 0 Gesloten Internet Ga naar shakeq.com en log in met wur1086 Deze presentatie is geladen zonder de Shakespeak Add-In. SMS Stuur naar 06 4250 0030: wur1086 <spatie> uw keuze (bv. wur1086 b) Add-In gratis downloaden? Ga naar http://shakespeak.com/en/free-download/
3) De mens bevat DNA. Wij bestaan uit miljarden cellen. Wat is de lengte van het DNA in 1 cel? A. 2 nm (0,000 002 mm) B. 2 μm (0,002 mm) C. 2 mm D. 2 cm E. 2 m PS. Een cel heeft een diameter van ca. 20 µm (0,02 mm) Stemmen: 0 Gesloten Internet Ga naar shakeq.com en log in met wur1086 Deze presentatie is geladen zonder de Shakespeak Add-In. SMS Stuur naar 06 4250 0030: wur1086 <spatie> uw keuze (bv. wur1086 b) Add-In gratis downloaden? Ga naar http://shakespeak.com/en/free-download/
4) Hoeveel genen heeft de mens? A. ± 100.000 B. ± 50.000 C. ± 25.000 D. ± 10.000 E. ± 5000 Stemmen: 0 Gesloten Internet Ga naar shakeq.com en log in met wur1086 Deze presentatie is geladen zonder de Shakespeak Add-In. SMS Stuur naar 06 4250 0030: wur1086 <spatie> uw keuze (bv. wur1086 b) Add-In gratis downloaden? Ga naar http://shakespeak.com/en/free-download/
5) Hoeveel % van het DNA van de mens wordt in beslag genomen door (eiwit coderende sequenties van)genen? A. ± 98% B. ± 87% C. ± 49% D. ± 21% E. ± 2% Stemmen: 0 Gesloten Internet Ga naar shakeq.com en log in met wur1086 Deze presentatie is geladen zonder de Shakespeak Add-In. SMS Stuur naar 06 4250 0030: wur1086 <spatie> uw keuze (bv. wur1086 b) Add-In gratis downloaden? Ga naar http://shakespeak.com/en/free-download/
6) Kunnen we DNA maken in een reageerbuis, zonder daarbij gebruik te maken van een levende cel? A. Nee, dat is science fiction alleen een levende cel kan DNA maken B. Nee, ook een cel maakt geen nieuw DNA, het wordt enkel doorgegeven C. Ja, dat kan sinds 1983 D. Nog niet, maar we zijn er bijna Stemmen: 0 Gesloten Internet Ga naar shakeq.com en log in met wur1086 Deze presentatie is geladen zonder de Shakespeak Add-In. SMS Stuur naar 06 4250 0030: wur1086 <spatie> uw keuze (bv. wur1086 b) Add-In gratis downloaden? Ga naar http://shakespeak.com/en/free-download/
Einde Nulmeting Het stemmen is voorbij Telefoons weer uit/stil We gaan beginnen met het hoorcollege Uitslagen later in dit hoorcollege
Molecular biology in a nutshell... Figure 1-2 Essential Cell Biology ( Garland Science 2010) 20
1) Tomaten bevatten tegenwoordig allemaal DNA A. B. Dat klopt, vroeger kon het kweken gerust zonder Dat klopt niet, in tomaten zit geen DNA Deze voorbeeld resultaten zullen op 0 gezet worden zodra een sessie en diavoorstelling gestart zijn. 25,0% Voel u vrij om ondertussen de layout van de resultaten te veranderen (bv. de kleur) 50,0% C. DNA heeft altijd al in tomaten gezeten 75,0% D. Niet de tomaten maar het ongedierte bevat DNA 100,0% Gesloten
The eukaryotic cell Figure 1-24 Essential Cell Biology ( Garland Science 2010)
The nucleus Figure 1-16 Essential Cell Biology ( Garland Science 2010) Figure 1-15 Essential Cell Biology ( Garland Science 2010)
Mitochondria and chloroplasts evolved from bacteria Figure 1-29 Essential Cell Biology ( Garland Science 2010)
Mitochondria and chloroplasts evolved from bacteria Figure 1-19 Essential Cell Biology ( Garland Science 2010) Figure 1-21 Essential Cell Biology ( Garland Science 2010)
Mitochondria and chloroplasts replicate independently of cell Have their own genome During evolution most genes moved to nuclear genome Figure 1-18 Essential Cell Biology ( Garland Science 2010) Figure 1-20 Essential Cell Biology ( Garland Science 2010)
2) DNA vind je bij de mens: A. B. Alleen in de celkern Alleen buiten de celkern Deze voorbeeld resultaten zullen op 0 gezet worden zodra een sessie en diavoorstelling gestart zijn. 20,0% Voel u vrij om ondertussen de layout van de resultaten te veranderen (bv. de kleur) 40,0% C. In de celkern en in mitochondriën 60,0% D. In de celkern en in peroxisomen 80,0% E. Geen van alle, een menselijke cel heeft geen celkern 100,0% Gesloten
The DNA backbone consists of sugar and phosphate Note: the DNA-molecule has a negative charge
DNA forms a double helix Nobel Price in Physiology or Medicine 1962 Discovery of the DNA double helix (1916-2004) Francis Crick (1928-now) James Watson The figure in the 1953 paper by Watson and Crick in Nature that shows their double helix model for DNA for the first time. Reproduced from Watson, J. D., and Crick, F. H. C. Nature 171 (1953): 737-738
DNA has a 5 - and 3 -end 5 -end 3 -end 3 -end 5 -end
Base paring occurs between A-T and C-G through hydrogen bonds
DNA double helix is wrapped around histones; nucleosomes Figure 5-22 (part 1 of 2) Essential Cell Biology ( Garland Science 2010)
Nucleosomes fold together to form 30-nm fibers Experimental data support the zigzag model Zigzag Model Solenoid Model Adopted from Khorasanizadeh, S., Cell 116 (2004): 259-272.
Chromatin 30 nm thick Unpacked chromatin fibre, showing the nucleosomes Figure 5-21 Essential Cell Biology ( Garland Science 2010)
Overview DNA structure Figure 5-25 Essential Cell Biology ( Garland Science 2010) Figure 5-17 Essential Cell Biology ( Garland Science 2010)
2 meters of DNA is compacted into a cell nucleus
3) De mens bevat DNA. Wij bestaan uit miljarden cellen. Wat is de lengte van het DNA in 1 cel? A. B. 2 nm (0,000 002 mm) 2 μm (0,002 mm) Deze voorbeeld resultaten zullen op 0 gezet worden zodra een sessie en diavoorstelling gestart zijn. 20,0% Voel u vrij om ondertussen de layout van de resultaten te veranderen (bv. de kleur) 40,0% C. 2 mm 60,0% D. 2 cm 80,0% E. 2 m 100,0% Gesloten
What is a gene? Molecular unit of heredity Codes for a protein or RNA that has a function in a living organism
4) Hoeveel genen heeft de mens? A. B. ± 100.000 ± 50.000 Deze voorbeeld resultaten zullen op 0 gezet worden zodra een sessie en diavoorstelling gestart zijn. 20,0% Voel u vrij om ondertussen de layout van de resultaten te veranderen (bv. de kleur) 40,0% C. ± 25.000 60,0% D. ± 10.000 80,0% E. ± 5000 100,0% Gesloten
How does a gene encode information? The GENETIC CODE
The genetic code of DNA cracked (1955-1965) The four letter alphabet of DNA (a gene): ATGCAGTCGTCGAAGGCTCAAAGTGTG Forms three letter words (codons): ATG CAG TCG TCG AAG GCT CAA AGT GTG Each sentence forms a protein; each word is a building block of a protein: M Q S S K A Q S V
The same amino acid can be coded by multiple codons Which nucleotides in a codon are the most important for amino acid coding? Figure 7-24 Essential Cell Biology ( Garland Science 2010) 43
Figure 1.21: Simplified schematic diagram of the protein synthetic machinery in an animal, plant, or yeast cell. Adopted from Secko, D., The Science Creative Quarterly 2 (2007).
Ribosomes in an eukaryotic cell ER = Endoplasmic Reticulum Cytoplasm Mitochondria have their own ribosomes and trna Figure 7-30 Essential Cell Biology ( Garland Science 2010) 45
Our genome codes for...
5) Hoeveel % van het DNA van de mens wordt in beslag genomen door (eiwit coderende sequenties van)genen? A. B. ± 98% ± 87% Deze voorbeeld resultaten zullen op 0 gezet worden zodra een sessie en diavoorstelling gestart zijn. 20,0% Voel u vrij om ondertussen de layout van de resultaten te veranderen (bv. de kleur) 40,0% C. ± 49% 60,0% D. ± 21% 80,0% E. ± 2% 100,0% Gesloten
Questions... On with replication!
DNA-replication occurs semi-conservative Figure 6-6 Essential Cell Biology ( Garland Science 2010)
DNA elongation only at 3 -end Figure 6-2 Essential Cell Biology ( Garland Science 2010)
Polymerase chain reaction; DNA replication in vitro Technique to amplify/replicate specific DNAfragments Developed in 1983 by Kary Mullis Most important technique in biotechnology Mullis was awarded the Noble Prize in 1993
6) Kunnen we DNA maken in een reageerbuis, zonder daarbij gebruik te maken van een levende cel? A. Nee, dat is science fiction... Deze voorbeeld resultaten zullen op 0 gezet worden zodra een sessie en diavoorstelling gestart zijn. 25,0% Voel u vrij om ondertussen de layout van de resultaten te veranderen (bv. de kleur) B. Nee, ook een cel maakt geen nieuw DNA, het wordt enkel doorgegeven 50,0% C. Ja, dat kan sinds 1983 75,0% D. Nog niet, maar we zijn er bijna 100,0% Gesloten
Polymerase chain reaction Denaturing: 95⁰C Figure 10-15 Essential Cell Biology ( Garland Science 2010) Hybridisation: 55⁰C - 65⁰C (depending on primer sequences) Elongation: 72⁰C
Polymerase chain reaction Figure 10-16 Essential Cell Biology ( Garland Science 2010)
PCR-video
PCR requires Template DNA Primers dntps (datp + dgtp + dttp + dctp) Taq polymerase Buffer (including MgCl 2 )
Automated thermocyclers
DNA gel electroforesis Figure 10-3 Essential Cell Biology ( Garland Science 2010)
Zelf aan de slag met DNA en PCR? Jaar 1: primerset ontwerpen en testen voor: Geslachtbepaling M/V Paarden/Runder vlees? Bacterie/Schimmel Jaar 2: knippen en plakken met DNA Jaar 3: DNA database; Gene Hunting Kloneren, GFP-fusie-eiwit maken
GFP fusion expression vectors; used to locate proteins in the cell Enhanced Green Fluorescent Protein (EGFP)
Histone labeled with GFP Neurospora crassa = schimmel
Martijn Hoeke @ LS&T Leeuwarden LS&T Leeuwarden Thank you for your attention! Follow me on YouTube, Twitter and martijnhoeke.nl Agora 1 8934 CJ Leeuwarden T 0031 (0)58 284 64 11 mail@lstleeuwarden.nl www.lstleeuwarden.nl @MartijnHoeke