eiwitten in de hoofdrol - vwo

DE GEMENE DELER
DE GEMENE
DELER
EIWITTEN IN DE
HOOFDROL
Naam:
Klas:
Datum:
DE GEMENE DELER
EIWITTEN IN DE HOOFDROL - VWO
De onderzoeksgroep van Puck Knipscheer aan het Hubrecht Instituut voor Ontwikkelingsbiologie en Stamcelonderzoek, doet onderzoek naar een nog weinig onderzocht mechanisme van DNA-schade herstel. Over het onderzoek van de Knipscheergroep is echter
nog niet veel bekend bij het brede publiek.
Om het onderzoek onder de aandacht te brengen van de media ga je als nieuwe persvoorlichter
van het Hubrecht Instituut aan het eind van deze module een persbericht schrijven over het
onderzoek van de Knipscheergroep. Aangezien eiwitten een belangrijke rol spelen in het onderzoek, verdiep je je in deze module eerst in de bouw en functies van eiwitten.
Pagina 1
DE GEMENE DELER
FACT SHEET – PUCK KNIPSCHEER ONDER HET VERGROOTGLAS
Naam Puck Knipscheer
Functie Onderzoeker en leider onderzoeksgroep
WaarHubrecht Instituut voor Ontwikkelingsbiologie en Stamcelonderzoek in Utrecht
Bio
Dr. Puck Knipscheer studeerde moleculaire wetenschappen aan Wageningen Universiteit en
promoveerde daarna in 2007 aan het Nederlands Kanker Instituut en aan de Erasmus Universiteit Rotterdam. Daarna deed zij onderzoek aan Harvard Medical School in Boston, Verenigde Staten. Voor beide onderzoeken ontving ze in 2010 de Heineken Young Scientist Award
voor biochemie en biofysica.
Onderzoeksfocus
De Knipscheergroep doet onderzoek naar een mechanisme van DNA-herstel. Wanneer DNAschade in een cel niet wordt gerepareerd, kan een ziekte als kanker ontstaan. Een gevaarlijke,
maar weinig bekende vorm van DNA-schade is een inter-strand crosslink (ICL). Een ICL is
een dwarsverbinding tussen de twee DNA-strengen van de dubbele helix, die bestaat uit
sterke covalente bindingen. Door zo’n ICL kan het DNA eromheen niet meer goed worden
afgelezen en gekopieerd.
Het herstelmechanisme waar de Knipscheergroep onderzoek naar doet, is de Fanconi-anemie-signaleringsroute. Dit is een opeenvolging van eiwitactiviteiten die uiteindelijke tot
herstel van het DNA leiden. Mensen waarbij deze signaleringsroute niet goed werkt, hebben
Fanconi-anemie, een aandoening waardoor ICL’s niet worden hersteld. Door problemen met
de mechanismen voor DNA-schadeherstel stapelen zich veel sneller dan normaal fouten op
in het DNA. Patiënten hebben hierdoor een zeer grote kans om op jonge leeftijd verschillende
vormen van kanker te ontwikkelen. De Knipscheergroep kijkt specifiek naar het moleculaire
mechanisme dat deze signaleringsroute reguleert.
Belangrijkste bevindingen
- De Fanconi-anemie-eiwitten zijn betrokken bij de reparatie van een specifieke soort DNAschade. Puck Knipscheer heeft in Boston, samen met anderen, een systeem opgezet waarmee ze de reparatie van deze DNA-schade buiten een cel kunnen nabootsen.
- Dit nabootssysteem gebruiken de onderzoekers nu om er achter te komen wat precies de
rol is van de Fanconi-eiwitten in het proces van DNA-reparatie. In eerste instantie vonden
ze dat twee van de Fanconi-eiwitten, FANCD2 en FANCI, een directe functie hebben in een
specifieke stap van het reparatieproces.
- Het blijkt dat er zelfs nog een aantal andere Fanconi-eiwitten, FANCP en FANCQ , bij deze
stap betrokken zijn. Het lijkt erop dat dit kleine maar zeer belangrijke onderdeel van het
reparatieproces in grote mate bepaald wordt door een netwerk van Fanconi-eiwitten.
Pagina 2
DE GEMENE DELER
OPDRACHT 1: O
P HET JUISTE MOMENT IN
GOEDE VORM
De onderzoeksgroep van Puck Knipscheer doet onderzoek naar het herstellen van een specifieke vorm van DNA-schade. Binnen dit herstelmechanisme spelen eiwitten een belangrijke
rol. Eiwitten zijn de onderdelen in een cel die ervoor zorgen dat celactiviteiten, zoals het herstellen van DNA-schade, worden uitgevoerd. Er zijn vele soorten eiwitten met uiteenlopende
functies. In deze opdracht maak je kennis met de bouw, vorm en functies van eiwitten.
1.1 Bedenk naast het herstellen van DNA-schade nog minimaal drie activiteiten in een cel
waarbij eiwitten betrokken zijn.
............................................................................
............................................................................
De verschillende eiwitten in een cel voeren allerlei verschillende functies uit. Toch zijn de
verschillende eiwitten onder te verdelen in bepaalde typen eiwitten.
1.2 Lees paragraaf 3.1 van het naslagwerk, en geef voor elk van onderstaande eiwitten aan
wat voor type eiwit het is. Tip: bedenk welke functie het eiwit vervult.
A. Keratine (eiwit waar je haar uit bestaat): . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
B. Actine (spiereiwit): ........................................
C. Caseïne (belangrijkste eiwit in melk): ........................................
D. Hemoglobine (eiwit in rode bloedcellen): . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
E. EDGF-R (reageert op groeifactor): ........................................
1.3 Leg uit welke van bovenstaande eiwitten ontregeld zou kunnen zijn in tumorcellen?
Bedenk hierbij wat een karakteristieke eigenschap van tumorcellen is.
............................................................................
............................................................................
De functies die eiwitten uitvoeren, hangen nauw samen met de vorm die de eiwitten hebben.
1.4 Lees de tekst onder het kopje “vorm-en-functie” in paragraaf 3.2 van het naslagwerk en
bekijk de Bioplek-animatie: http://www.bioplek.org/animaties/enzymen/enzymen.html.
Pagina 3
DE GEMENE DELER
De animatie gaat specifiek over enzymen, maar de uitgebeelde principes gelden voor alle
eiwitten. Wanneer een activiteit in de cel niet meer wordt uitgevoerd, komt dit doordat een
betrokken eiwit niet meer goed werkt. Een oorzaak hiervan kan een veranderde vorm van
het eiwit zijn. Bij de volgende opdracht zie je vier tekenvakken. In het vakje linksboven zie
je een enzym (eiwit) en de twee substraten (moleculen). Stof A stelt een molecuul van stof A
voor en stof B stelt een molecuul van stof B voor.
1.5 Teken in elk van de drie overgebleven vakjes het enzym en de twee substraten in de vol-
gende situaties:
A. Eiwit met afwijkende vorm, die nog wel zijn functie met de substraten kan uitvoeren.
B. Eiwit met afwijkende vorm, die niet meer zijn functie met de substraten kan uitvoeren.
C. Eiwit met afwijkende vorm, waardoor het wel de substraten aan zich kan binden, maar
niet op de juiste plek om zijn functie uit te voeren.
a.
b.
c.
Bron af beelding: www.bioplek.org ©Bioplek
1.6 Bespreek met je buurman/buurvrouw waarom de principes die je in deze opdracht bent tegen-
gekomen van belang zijn bij alle Hallmarks of Cancer (naslagwerk, H6) en leg je antwoord uit.
............................................................................
............................................................................
Tot nu toe heb je gezien dat eiwitten allerlei verschillende functies in de cel vervullen, en dat de
vorm van het eiwit daarbij erg belangrijk is. Maar hoe doet een eiwit precies wat het doet? Het
werkingsmechanisme van de meeste eiwitfuncties komt neer op binding en vormverandering.
Pagina 4
DE GEMENE DELER
1.7 Teken in de kaders bij deze opdracht schematisch de verschillende stappen van bepaalde
eiwitactiviteiten, zoals die staan beschreven in paragraaf 3.3 van het naslagwerk. Teken
in het linkervakje steeds de beginsituatie, in het middelste vakje een tussensituatie, en
in het rechtervakje de eindsituatie.
A. Teken in kader 1 de eiwitactiviteit pompen. Voor een animatie van de activiteit pompen
kun je het volgende filmpje bekijken: https://www.youtube.com/watch?v=GTHWig1vOnY
B. Teken in kader 2 nog een eiwitactiviteit. Kies uit de volgende activiteiten: herkennen,
koppelen, lopen of splitsen. Verdeel de activiteiten met een groepje van vier leerlingen,
zodat alle eiwitactiviteiten getekend worden.
Voor een animatie van de activiteiten kun je de volgende filmpjes bekijken (je mag eventueel
ook zelf een ander filmpje zoeken).
Herkennen: https://www.youtube.com/watch?v=Ia6OjvBazGE
Koppelen: http://www.bioplek.org/animaties/enzymen/enzymen.html
Lopen: https://www.youtube.com/watch?v=YAva4g3Pk6k
Splitsen: https://www.youtube.com/watch?v=CZD5xsOKres (00.20 – 00.59)
Kader 1: eiwitactiviteit: pompen
1.
2.
3.
Kader 2: eiwitactiviteit: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.
2.
3.
1.8 Lees paragraaf 3.2 van het naslagwerk nu volledig, en leg in je eigen woorden uit hoe het
komt dat eiwitten pas op het niveau van de tertiaire (of zelfs quarternaire) structuur hun
specifieke functie kunnen uitvoeren. Overleg met je buurman of buurvrouw. Gebruik
in je antwoord de volgende begrippen: primaire structuur, secundaire structuur, tertiaire
structuur en quarternaire structuur.
............................................................................
............................................................................
............................................................................
............................................................................
Pagina 5
DE GEMENE DELER
OPDRACHT 2: FANCONI-ANEMIE
De onderzoeksgroep van Puck Knipscheer doet onderzoek naar de Fanconi-anemie-signaleringsroute. Dit is een signaleringsroute die bij een bepaalde vorm van DNA-schade, een
inter-strand crosslink (ICL), wordt geactiveerd en die ertoe leidt dat de DNA-schade wordt gerepareerd. In deze opdracht maak je nader kennis met het onderzoek van de Knipscheergroep, zodat je in de volgende opdracht een persbericht hierover kunt opstellen.
2.1 Beantwoord de volgende vragen met behulp van de fact sheet over Puck Knipscheer op
pagina 2 van deze module, en het filmpje over haar onderzoek:
http://fastfacts.nl/content/knipscheer-een-blokkade-op-de-dna-snelweg.
A. Wat is een inter-strand crosslink?
............................................................................
............................................................................
B. In de fact sheet staat dat mensen met Fanconi-anemie een grote kans hebben om op jonge
leeftijd verschillende vormen van kanker te ontwikkelen. Leg uit waarom de kans op het
ontstaan van kanker groter is wanneer DNA- herstelmechanismen niet meer goed werken.
............................................................................
............................................................................
C. Welke Hallmark of enabling characteristic past bij dit onderzoek? Kijk eventueel in hoofd-
stuk 6 van het naslagwerk.
............................................................................
............................................................................
Knipscheer noemt de eiwitten little machines, kleine machientjes, aangezien eiwitten bepaalde specifieke activiteiten uitvoeren. In veel gevallen volgen specifieke eiwitactiviteiten
elkaar op, zodat de eiwitten samen bepaalde reacties in de cel tot stand te laten komen. Dit
is ook het geval bij de Fanconi-anemie-signaleringsroute (FA-signaleringsroute).
2.2 In de onderstaande tekst staat een deel van het werkingsmechanisme van de Fanconi-
anemie-signaleringsroute uitgelegd.
A. Onderstreep in de tekst hieronder de eiwitactiviteiten die genoemd worden.
Het complex van fanconi-eiwitten (core-complex) en het D2I-complex worden geactiveerd
door het eiwit ATR. Dit gebeurt doordat het een fosfaatgroep (“P”) aan de eiwitcomplexen
koppelt met een energierijke verbinding. Vervolgens activeert het grote core-complex het
D2I-complex door er een ubiquitinelabel (“Ub”) aan te hangen. Nu zijn zowel het core-complex en het D2I-complex geactiveerd, en zijn ze in staat om op het chromatine (DNA met
histoneiwitten) te binden. Vanaf daar gaat de Fanconi-anemie-signaleringsroute verder, met
als uiteindelijk gevolg het verwijderen van de ICL en herstel van het DNA.
Pagina 6
DE GEMENE DELER
B. Uit de omschrijving blijkt dat het core-complex en het D2I-complex geactiveerd worden
door er fosfaatgroepen (en ubiquitinelabels) aan te koppelen. Leg uit waarom de koppeling van deze groep(en) aan de eiwitcomplexen ervoor zorgt dat de eiwitcomplexen
geactiveerd worden (dat ze dus iets kunnen wat ze eerst niet konden).
............................................................................
............................................................................
C. In de afbeelding bij deze opdracht is de Fanconi-anemie-signaleringsroute weergegeven.
De activiteiten van ATR en het core-complex zijn weggelaten. Alleen de activatie van het
D2I-complex door ATR is vast getekend als voorbeeld. Teken nu zelf in de afbeelding
de activatie van het core-complex door ATR en de activatie van het D2I-complex door
het core-complex. Gebruik de icoontjes voor een fosfaatgroep en ubiquitine-label zoals
ICL
stress
P
ATR
fosfaatgroep
P
Ub ubiquitine
P
D2
core-complex
binding chromatine
herstel DNA
Fanconi-anemie-signaleringsroute ©Medicalvisuals
Pagina 7
P
I
DE GEMENE DELER
OPDRACHT 3: PERSBERICHT – FA-SIGNALERINGSROUTE
Als persvoorlichter van het Hubrecht Instituut voor Ontwikkelingsbiologie en Stamcelonderzoek, heb je de opdracht gekregen om een persbericht te schrijven over het onderzoek
van Puck Knipscheer. Het doel hiervan is het onderzoek onder de aandacht te brengen van
journalisten, zodat zij de bevindingen kenbaar kunnen maken aan het bredere publiek.
3.1 Schrijf het persbericht. Let daarbij op onderstaande eisen en de beoordelingstabel.
•
•
•
•
•
•
Pagina 8
Gebruik ongeveer 250 woorden.
Stem je taalgebruik af op de doelgroep (populair-wetenschappelijke media). Bij populair-wetenschappelijke media kun je denken aan tijdschriften als Quest of NewScientist,
online platforms als Kennislink.nl, en de wetenschapsbijlagen van de grote kranten.
Gebruik relevante biologische (achtergrond) kennis. De journalisten van de wetenschappelijke media zijn goed op de hoogte van de wetenschap.
Schrijf helder en duidelijk, zodat ook iemand die geen onderzoek doet aan kanker het
kan begrijpen.
Plaats de ontdekkingen in de context van de biologie van kanker en het kankeronderzoek.
Maak goed duidelijk waarom het bestuderen van eiwitten in onderzoek naar kanker zo
belangrijk is.
DE GEMENE DELER
Lengte
Taalgebruik
Gebruik van
relevante
biologische
(achtergrond)
kennis
Gebruik van
context
Ingaan op
het belang
van het bestuderen van
eiwitten in
onderzoek
naar kanker
Pagina 9
Matig (max een 5,5)
Voldoende
(max een 8)
Je persbericht is te
kort of te lang (meer
dan 20 woorden te
kort of te lang).
Je persbericht
heeft nagenoeg
de juiste lengte
(±10 woorden).
Je persbericht heeft
de juiste lengte.
Max 12 punten
Max 16 punten
Max 20 punten
Je persbericht bevat
veel taal- en stijlfouten.
Je persbericht bevat geen taal- en
stijlfouten, maar
is erg moeilijk (of
juist heel eenvoudig) geschreven.
Je persbericht bevat
geen taal- en stijlfouten en is op een goed
niveau geschreven.
Max 12 punten
Max 16 punten
Max 20 punten
Je gebruikt geen biologische achtergrondkennis of de kennis
die je gebruikt is niet
relevant.
Je gebruikt relevante biologische
achtergrondkennis, maar de
uitwerking is
beknopt.
Je gebruikt relevante
biologische achtergrondkennis en
werkt dit goed uit.
Max 12 punten
Max 16 punten
Max 20 punten
Je plaatst de onderzoeksbevindingen
niet in een context
of in een verkeerde
context.
Je plaatst de
onderzoeksbevindingen in een
passende context
(kanker en kankeronderzoek),
maar de uitwerking is beknopt.
Je plaatst de onderzoeksbevindingen in
een passende context
(kanker en kankeronderzoek) en werkt dit
goed uit.
Max 12 punten
Max 16 punten
Max 20 punten
Je gaat niet in op het
belang van het bestuderen van eiwitten
in onderzoek naar
kanker.
Je gaat in op
het belang van
het bestuderen
van eiwitten in
onderzoek naar
kanker, maar de
uitwerking is
beknopt.
Je gaat in op het belang van het bestuderen van eiwitten
in onderzoek naar
kanker en werkt dit
goed uit.
Goed (max een 10)

Download Report