[home]
[inhoud site][Inhoud bovenbouw][practicum][links]
 

Samenvatting examenstof biologie VWO - vernieuwde tweede fase

Domein: D5

Eiwitsynthese en biotechnologie

Centraal examen

Je kunt uitleggen hoe onder andere DNA en RNA betrokken zijn bij de eiwitsynthese en heeft inzicht in de werking van enzymen en factoren die enzymwerking beïnvloeden.

Benodigde voorkennis uit subdomein B2:

Functies eiwitten
Je moet kunnen aangeven welke functies eiwitten hebben in en buiten de cellen van het organisme:
  • enzymen;
  • structuureiwitten;
  • transporteiwitten;
  • receptoreiwitten;
  • plasma-eiwitten;
  • antistoffen.

Functies eiwitten (Ipad)

  • Enzymen
    • Enzymen werken als katalysatoren (reactieversnellers).
    • Eiwitten vormen het hoofdbestanddeel van de enzymen.
  • Structuureiwitten
    • voor stevigheid
      • Collageen
        • Is zeer sterk en niet elastisch.
        • Zorgt voor samenhang in bijvoorbeeld de huid en in het bindweefsel.
      • Elastine
        • Vormt elastische vezels in het bindweefsel.
      • Keratine
        • Is stevig, dient vooral ter bescherming.
        • In haren, nagels, veren snavels.
  • Eiwitten in de membranen van cellen.
    • Transporteiwitten
      • Stoffen kunnen hierdoor de cel in of uit.
    • Receptoreiwitten
      • In de membranen van cellen.
      • opvangen van signalen.
        • Bindingsplaats voor o.a.:
          • hormonen.
          • neurotransmitters
  • Plasma-eiwitten
    • In het bloedplasma.
      • Belangrijk voor de osmotische druk in de haarvaten.
    • Stollingsfactoren
      • O.a. protrombine en fibrinogeen.
    • Transporteiwitten
      Bijvoorbeeld:
      • albumine voor het transport van stoffen.
    • Antistoffen
      • Immunoglobulinen.
        • Schakelen binnen gedronegn ziektekiemen uit.
          • Passen op antigenen.
    • Bepaalde Hormonen
      Bijvoorbeeld:
      • insuline.
DNA en RNA

Je moet:

  • kunnen aangeven dat DNA en RNA nucleïnezuren zijn: polyesters van fosforzuur en (deoxy)ribose plus nucleïnebasen.
  • een gegeven afbeelding van de molecuulstructuur van DNA en RNA kunnen interpreteren:
    • helixstructuur;
    • DNA: nucleotiden bestaande uit desoxyribose, fosfaat en de nucleïnebasen: adenine (A),
      guanine (G), cytosine (C), thymine (T);
    • basenparing;
    • RNA: nucleotiden met ribose in plaats van desoxyribose en uracil (U) in plaats van thymine (T).

Gebruik Binas of Biodata

DNA = desoxyribonucleïnezuur (acid)

Overzicht animaties en afbeeldingen moleculaire genetica
De bouw van het DNA (Ipad)
Afbeelding DNA

  • Dubbele streng nucleotiden in spiraal (dubbele helix).
  • Nucleotide bestaat uit:
    • desoxiribose (een mono-sacharide);
    • een fosfaatgroep;
    • één van de organische stikstofbasen:
      • adenine (A)
      • thymine (T)
      • guanine (G)
      • cytosine (C).
  • De twee ketens van het DNA zijn met elkaar verbonden met waterstofbruggen tussen de basen.
    • Adenine <--> Thymine
    • Guanine <--> Cytosine
  • Drie opeenvolgende basen vormen een triplet (codon).
    • Triplet bepaalt welk aminozuur in een eiwit ingebouwd wordt.
    • Volgorde van de tripletten bepaalt in welke volgorde de verschillende aminozuren aan elkaar gekoppeld worden en dus welke structuur het eiwit krijgt.
  • Eén keten vormt de template streng, de andere keten de coderende streng.

RNA = ribonucleïnezuur

Afbeelding RNA
Vergelijking RNA-DNA

  • Enkele streng nucleotiden.
  • Nucleotide bestaat uit:
    • ribose (een mono-sacharide);
    • een fosfaatgroep
    • één van de organische stikstofbasen:
      • adenine (A)
      • uracil (U) in plaats van thymine (T)
      • guanine (G)
      • cytosine (C).
  • Typen RNA
    • Messenger-RNA (mRNA)
      • Pre-mRNA
        • Is een kopie van een deel van het DNA (van een actief gen) --> pre-mRNA.
        • Het pre-mRNA bestaat uit stukjes die coderen voor aminozuren (exons) en stukjes die geen code bevatten (introns) --> Introns en exons (Ipad).
      • mRNA
        • Brengt de genetische code over naar het ribosoom.
        • Bestaat alleen uit de exons.
      • Door op verschillende manieren exons te combineren kunnen uit één gen meerder typen mRNA gevormd worden en dus verschillende eiwitten gevormd worden.
    • Transfer-RNA (tRNA) (Ipad)
      • Zorgt voor transport van aminozuur naar het ribosoom.
      • Bevat één triplet.
        • Triplet (anticodon) bepaalt aan welk deel van het mRNA het gebonden wordt.
          A <--> U
          G <--> C
      • Ieder tRNA molecuul vervoert specifiek één bepaald aminozuur.
    • Micro-RNA (recent ontdekt)
      • Is klein stukje RNA (twintig tot vijfentwintig nucleotiden).
      • Speelt een rol bij de regulatie.
      • Codeert niet voor een eiwit, maar dekt delen van het in de cel aanwezige mRNA af.
        Remt daardoor de aanmaak van bepaalde eiwitten of verhindert die zelfs volledig. (rol bij het ontstaan van kanker).
Eiwitsynthese

Je moet de eiwitsynthese en de rol van DNA (introns, exons), mRNA, tRNA, ribosomen, endoplasmatische reticulum en golgi-systeem daarbij beschrijven, waarbij gebruik kan worden gemaakt van een schema van deze synthese:

  • replicatie;
  • transcriptie;
  • translatie;
  • splicing;
  • fasen van de celcyclus waarin bovenstaande processen plaatsvinden;
  • uitleggen wat DNA-mutatie is en toelichten waardoor mutatie veroorzaakt wordt.

Gebruik Binas of Biodata

Overzicht animaties en afbeeldingen moleculaire genetica

Eiwitsynthese (vorming van eiwitten)

  • Transcriptie (Ipad)
    Afbeelding transcriptie
    • Er wordt RNA gemaakt van een deel (gen) van één streng van het DNA.
    • De gevormde streng is pre-mRNA.
    • Uit het pre-mRNA worden door enzymen en introns geknipt en de exons aan elkaar verbonden (splicing).
      • De introns worden afgebroken.
    • Het mRNA dat zo ontstaat verlaat de kern via de poriën in de kernmembraan en gaat naar een ribosoom (Ipad) in het cytoplasma. voor de translatie.
  • Translatie (Ipad)
    Afbeelding translatie
    • mRNA wordt door het ribosoom afgelezen.
    • tRNA voert aminozuren aan.
    • Anticodon van tRNA koppelt aan een triplet (codon) van het mRNA.
    • De aminozuren worden aan elkaar gekoppeld (peptidebindingen).
    • De eiwitvorming start vanuit het startcodon.
      • Er is één startcodon in het mRNA.
        • Het triplet AUG).
          • AUG codeert ook voor een aminozuur (methionine).
    • De eiwitvorming eindigt als in het mRNA een stopcodon zit.
      • Er zijn drie verschillende stopcodons (UAA, UAG en UGA).
        • De stopcodons coderen niet voor aminozuren.

Celcyclus (Ipad)

  • G1-fase
    • Toename hoeveelheid cytoplasma en bijmaken van celorganellen.
      • Transcriptie en translatie.
  • S-fase
    • Maken van nieuw DNA (replicatie)
    • Van ieder chromosoom wordt een kopie gemaakt. De twee strengen DNA (chromatiden) blijven met elkaar verbonden door het centromeer
  • G2-fase
    • Toename van cytoplasma.
      • Transcriptie en translatie.

    Mutatie - verandering in het DNA

  • Komen spontaan voor.
    • Bijvoorbeeld door fout bij de replicatie.
  • Kunnen veroorzaakt worden:
    • door straling.
      Bijvoorbeeld:
      • radioactieve straling;
      • röntgenstraling.
    • door bepaalde stoffen (mutagene stoffen).
      Bijvoorbeeld:
      • teer (sigaretten);
      • asbest.
  • Kleine mutatie (puntmutatie) (Ipad)
    • Wordt ook SNP genoemd (Single Nucleotide Polymorphisms).
    • Verandering van één nucleotide.
      • Nucleotide is vervangen (substitutie).
      • Nucleotide is verwijderd (deletie).
      • Nucleotide is toegevoegd (suppletie).
    • Puntmutaties in het junk-DNA hebben weinig gevolgen voor het fenotype.
    • Puntmutaties in het coderend deel van het DNA kunnen wel grote gevolgen hebben.
      • Gevolgen van deletie en suppletie zijn over het algemeen groter dan die van substitutie.
  • Grote mutatie (chromosoommutatie)
    • Veranderingen in grotere delen van het chromosoom.
      • Chromosoom of deel vanchromosoom te veel (suppletie).
      • Chromosoom of deel vanchromosoom te weinig (deletie).
      • Deel van een chromosoom gaat vast zitten aan ander chromosoom (translocatie).
    • Chromosoommutaties zijn meestal schadelijk.
Celspecialisatie
Je moet kunnen uitleggen dat celspecialisatie ontstaat doordat bepaalde genen worden in- of uitgeschakeld.

Genregulatie (Ipad)

Celspecialisatie en differentiatie

  • Alle cellen in een organisme bevatten hetzelfde DNA.
    • Niet gespecialiseerde cellen heten stamcellen.
    • Uit stamcellen kunnen gespecialiseerde cellen ontstaan.
  • Celspecialisatie ontstaat doordat:
    • in een cel niet alle in een genen worden afgelezen.
      • Er zijn bepaalde genen ingeschakeld en andere juist weer uitgeschakeld.
      • Regeling activiteiten in de cel (Ipad)
        • Meestal door stoffen die van buiten de cel komen.
          • Hormonen (via het bloed).
          • Signaalstoffen van cellen uit de directe omgeving (inductie).
  • Celspecialisatie wordt gestuurd door regelgenen.
    • Regelgenen hebben ook invloed op elkaar.
  • De celspecialisatie begint tijdens de groei van een embryo.
Bouw eiwitten (proteïnen)
Je moet :
  • kunnen aangeven dat bij eiwitten en nucleïnezuren gesproken kan worden van een primaire, secundaire, tertiaire en soms quarternaire molecuulstructuur, en de betekenis aangeven van deze molecuulstructuren.
  • kunnen uitleggen dat met een beperkt aantal verschillende aminozuren een groot aantal verschillende eiwitten kan ontstaan.

Gebruik Binas of Biodata

Eiwitten

  • Opgebouwd uit aminozuren.
    • Zijn polymeren van verschillende aminozuren.
      • Polymeren bestaan uit een groot aantal kleinere moleculen die allemaal min of meer hetzelfde zijn.
  • Bevatten C, H, O en N atomen.
    • In de restgroepen soms ook S.
  • Basisstructuur van een aminozuur:
    NH2-CHR(estgroep)-COOH
  • Aminozuren worden aaneengekoppeld met peptidebindingen
    • Bij vormen van de peptidebinding komt water vrij --> condensatiereactie

Molecuulstructuur

  • Primaire structuur
    • Volgorde (en aantal) van aminozuren.
      • Wordt bepaald door de volgorde van de basen A,T, G en C in het DNA.
  • Secundaire structuur
    • Ruimtelijke spiraal (alpha-helix) of meer gevouwen (beta-plaat).
      • Ontstaat door : H-bruggen tussen de O en H atomen van de C=O en de N-H.
  • Tertiaire structuur
    • Driedimensionale vouwpatroon.
      • Ontstaat door: bindingen van bepaalde restgroepen door:
        • H-bruggen
        • S-S-bruggen
          • Deze verbindingen ontkoppelen bij denaturatie.
        • ion-bindingen tussen tegengesteld geladen groepen.
          • De ion-bindingen zijn pH-afhankelijk.
  • Quaternaire structuur
    • Opbouw uit meerdere en/of verschillende polypeptideketens.
      Bijvoorbeeld:
      • hemoglobine

Eigenschap van een eiwit wordt bepaald door :

  • welke aminozuren de keten vormen en het aantal aminozuren (dus de lengte van de keten).
  • de volgorde van de verschillende aminozuren.
  • de molecuulstructuur.
Enzymwerking
Je moet:
  • kunnen beschrijven wat enzymen zijn: veel werkzame enzymen bestaan uit een eiwit en vitamine of co-enzym.
  • kunnen aangeven dat pH en temperatuur invloed hebben op de molecuulstructuur van eiwitten en nucleïnezuren.
  • voorwaarden kunnen noemen waaronder een enzym een chemische reactie met een substraat katalyseert:
    • substraatspecifiek;
    • reactiespecifiek;
    • activiteit is afhankelijk van temperatuur en pH (optimumkrommen).
  • kunnen aangeven waarop de werking van enzymen berust:
    • binding van het enzym met substraat, activator en/of remmer (inhibitor);
    • verandering van ruimtelijke structuur van de enzymmoleculen;
    • verandering van de activiteit;
    • bepaalde geneesmiddelen of gifstoffen werken ook als activators of remmers.

Enzymen (bio-katalysatoren)

Bouw

  • Bestaan uit een eiwitdeel en een co-factor.
    • Door vouwing van het eiwitdeel ontstaat een bindingsplaats (actief centrum) voor het substraatmolecuul.
    • Co-factor: noodzakelijk voor de werking van bepaalde enzymen.
      • Kan zijn:
        • een vitamine (co-enzym);
        • een metaal-ion.

Werking

  • Versnellen bepaalde chemische reactie.
      • In het lichaam temperatuur te laag voor spontane reacties.
      • Verlagen de activeringsenergie die nodig is om een reactie op gang te brengen.
    • Gaan binding aan met een substraatmolecuul ( of substraatmoleculen).
      Enzymwerking 1
      (Ipad)
      Enzymwerking 2
      (Ipad)
    • Vormen enzymsubstraat-complex.
    • Reactie komt op gang
    • Enzym laat weer los.
      Enzym + substraat --> Enzymsubstraat-complex --> Product + enzym
  • Veranderen zelf niet bij de reactie.
  • Worden zelf tijdens de reacties niet verbruikt.
    • Kunnen dus meerdere substraatmoleculen omzetten.

Eigenschappen

  • Enzymen zijn:
    • substraatspecifiek.
      • Door tertiaire structuur --> specifieke vorm --> passen maar op één substraat.
        • De ruimtelijke structuur van de bindingsplaats van het enzym moet passen op het substraat om daarmee een binding te kunnen aangaan.
      • Enzym krijgt de naam van het substraat waarop het werkt + de toevoeging "ase"
        Voorbeelden
        :
        • sacharose --> sacharase
        • lipiden --> lipase
        • penicilline --> penicillinase
        • vorming DNA (replicatie) --> DNA-polymerase
        • vorming RNA (transcriptie) --> RNA-polymerase.
    • reactiespecifiek.
      • Kunnen maar één bepaalde reactie versnellen.
  • Enzymactiviteit is afhankelijk van:
    • de temperatuur (optimumkromme).
      • Eiwitten veranderen bij hogere temperaturen van vorm (denaturatie).
        • De tertiaire structuur verandert --> passen niet meer op het substraat.
          Enzymwerking 2 (Ipad)
          • Door de hogere temperaturen worden de zwavelbruggen (S-S) verbroken.
    • de pH (optimumkromme).
      • De pH heeft invloed op de ion-bindingen en daardoor op de bindingsmogelijkheden met een substraat.
    • de enzymconcentratie.
      • Hoe meer enzymmoleculen een binding met het substraat kunnen aangaan, hoe sneller de reactie.

  • Bepaalde geneesmiddelen en gifstoffen kunnen:
    • als enzymremmer werken (inhibitor).
      • Molecuul geneesmiddel of gifstof is concurrent van substraatmolecuul.
        • Bezet het enzymmolecuul --> kan niet meer binden aan substraat.
      • Molecuul bindt op ander plaats.
        • De actieve bindingsplaats verandert van vorm.
          • Geen binding aan substraat meer mogelijk.
    • enzymen activeren (activator).
      • Molecuul bindt aan enzym.
        • Verhoogt de enzymactiviteit.
Specifieke enzymen

Je moet:

  • kunnen aangeven dat zich in verschillende compartimenten van de cel specifieke enzymen bevinden die bepaalde stofwisselingsprocessen mogelijk maken, in het bijzonder:
    • in de kern enzymen voor (re)productie en reparatie van DNA en RNA;
    • in de ribosomen, vrij in het cytoplasma en gebonden aan het endoplasmatisch reticulum, enzymen voor koppeling van aminozuurmoleculen;
    • in het endoplasmatisch reticulum en het golgi-systeem enzymen voor de bewerking van eiwitten.
  • de betekenis kunnen aangeven van het feit dat enzymen op diverse plaatsen in onwerkzame vorm door cellen worden afgegeven en pas werkzaam worden als er een andere component of stof bij komt,
    in het bijzonder:
    verterings- en stollingsenzymen.

Specifieke enzymen

  • In de cellen.
  • In het verteringskanaal
    • Voor afbraak van voedingsstoffen.
  • Op bepaalde plaatsen zijn de enzymen in inactieve vorm aanwezig.
    • Worden pas actief als er een tweede component bijkomt
      Bijvoorbeeld:
      • in het bloedplasma zitten stollingsenzymen.
        • Zijn altijd in inactieve vorm aanwezig.
        • Worden pas actief bij beschadiging van een bloedvat.
      • in het spijsverteringskanaal komen verteringsenzymen.
        • Worden gevormd door cellen van de verschillende klieren.
        • Moeten niet actief zijn in de cellen waar ze gevormd worden (niet de cellen aantasten), maar alleen in het darmkanaal zelf.

© scholte/marree 2009