Leerlingenhandleiding
advertisement
HET MAKEN VAN EEN EVOLUTIONAIRE STAMBOOM THEORIE Verwantschap tussen verschillende soorten is af te leiden van verschillende gegevens. Verwantschap kan blijken uit overeenkomsten in bouw en/of embryonale ontwikkeling. Een ander bewijs kan in de moleculaire biologie gevonden worden, met name in het DNA. DNA-moleculen bevatten genetische informatie, informatie die iets zegt over de eigenschappen van het organisme. Hoe meer organismen met elkaar verwant zijn, des te meer het DNA van deze organismen overeenkomt. Het tegenovergestelde is ook waar, twee organismen die totaal niet op elkaar lijken zullen minder overeenkomsten in hun DNA hebben. Ditzelfde verschijnsel speelt ook bij verwantschap binnen een soort. Zo hebben twee zussen DNA dat erg veel op elkaar lijkt, terwijl het DNA van twee achternichtjes minder op elkaar lijkt. Deze vergelijking kan ook gemaakt worden tussen twee verschillende soorten. Zo kun je het DNA van een mens, een resusaapje en een chimpansee vergelijken. Het DNA van mensen komt voor 97,3% overeen met het DNA van chimpansees, en voor 93% overeen met dat van resusaapjes. De mens heeft, als je alleen naar het DNA kijkt, blijkbaar een grotere verwantschap met chimpansees dan met resusaapjes. Door het DNA van heel veel verschillende soorten te vergelijken kun je een soort stamboom maken van het leven op aarde. Zo'n stamboom geeft dan de verwantschappen tussen de soorten weer. Hoe minder soorten verwant zijn, des te eerder worden de ‘takken’ van de soorten gesplitst. Figuur 1: De evolutionaire stamboom is gemaakt op basis van DNA-analyse Een stamboom is gebaseerd op informatie uit het DNA. DNA-moleculen bevatten vier verschillende stikstofbasen (adenine (A), guanine (G), Thymine (T) en cytosine (C)). De volgorde van deze stikstofbasen vormt een code. Aan de hand van deze code worden eiwitten gemaakt. Figuur 2: Het DNA geeft de informatie voor de volgorde van de aminozuren in een eiwit. Eiwitten zijn opgebouwd uit bouwstenen, Zoals een koord met verschillende kralen. Iedere kraal is een aminozuur. De mens kan 20 verschillende aminozuren in een eiwit bouwen. Elk aminozuur heeft een naam die vaak wordt afgekort tot één letter. Dit wordt de één lettercode genoemd. Verschillende eiwitten zijn opgebouwd uit verschillende volgordes van aminozuren en zijn weer te geven als verschillende reeksen van één lettercodes. Deze aminozuur-reeksen van eiwitten kun je met elkaar vergelijken. In deze les gaan jullie eiwitten vergelijken die in verschillende organismen voorkomen, maar wel dezelfde functie vervullen, bijvoorbeeld de code voor hemoglobine in mensen en chimpansees. De codes voor hemoglobine uit verschillende organismen zullen meer op elkaar lijken naarmate de organismen meer verwant zijn. Hier geldt hetzelfde verhaal als bij DNA over verwantschap. Alleen vergelijk je nu de eiwit code in plaats van de DNA code. Het vergelijken van eiwitten aan de hand van hun aminozuur volgorde wordt alignen genoemd. Je legt de codes van de verschillende eiwitten dan als het ware over elkaar heen. Figuur 3: Het alignen van twee eiwitten. De eiwitten moeten wel op elkaar lijken als je wilt alignen, anders weet je niet welke delen je over elkaar heen moet leggen. Als je de eiwit codes alignt kun je goed de verschillen tussen twee eiwitten zien. Je kan ook meerdere eiwitten tegelijk alignen. Opdracht 1: Hieronder zie je de aminozuurvolgorde in één lettercode van een klein eiwitje uit vijf verschillende organismen: gistcel, varen, varken, aap en mens. 1. 2. 3. 4. 5. VWERNRKLRSFNLSAIEKHG VWERNRKLRSFNLTAIEKHG VWERNRKLKSFNLSALEKHG VWEKNRKLKSFNLSALEKHG VWERNRKLKSFNLSAIEKHG - Varen - …………………………... - …………………………... - …………………………... - …………………………... A. Geef de verschillen tussen de aminozuurvolgordes aan (bv met een marker). B. Welke twee eiwitten hebben de meeste verschillen in de aminozuurvolgorde? C. Zet de eiwitten op volgorde, zodat ze steeds minder op elkaar lijken. De eiwitten van opdracht B zijn het begin en het einde van de reeks. D. Bepaal nu welk eiwit bij welk organisme hoort, het eiwit van de varen is al gegeven. E. Leg uit, dat een mens en gist op basis van dit eiwitje het minst met elkaar verwant zijn. Dit eiwit bestaat helemaal niet. Toch vinden bioinformatici op soortgelijke manier overeenkomsten en verschillen tussen soorten. F. Noem een eiwit dat een mens en een chimpansee allebei hebben. G. Noem een eiwit dat een mens wel heeft, en een chimpansee niet. De herkomst van verschillen in eiwitten tussen de mens en de chimpansee ligt in slechts 2,7% van het DNA. Opdracht 2: Een evolutionaire stamboom is nooit lineair, zoals in opdracht 1. Een iets ingewikkeldere stamboom ziet er als volgt uit: Deze stamboom geeft de evolutie van Pacman weer. De letters in deze stamboom staan voor verschillende ondersoorten van Pacman. Die zien er zo uit: 1 4 3 2 5 6 Maak de tabel verder af. Bepaal hiervoor eerst de verschillen in de aminozuurvolgordes van de eiwitten. Beredeneer welke twee eiwitten het meest van elkaar verschillen, deze komen aan de uiteindes van de stamboom. Maak van daaruit de evolutionaire stamboom compleet. Eiwitten Soort pacman Plaats op de evolutionaire stamboom SRQPALSAACAEKKRLS SRQPALSAACGEKQRLS SRQPALSAACVEKYRLS SRQPALSAACVEKRRLS SRQPALSAACGEKRRLS SRQPALSAACAEKRRLS C THEORIE Onderstaande vier eiwitten zijn ongeveer gelijk. Het stelt het eiwit Acyl-peptide hydrolase voor, een eiwit dat helpt in de spijsvertering. Het breekt andere eiwitten af. Deze eiwitten zijn van vier verschillende organismen: rund, mens, varken en rat. MERQVLLSEP VWEKNRKLKS SVSPGQAFWA LLPLGCWSAD DFEAILIQPS TYGACVVRNP VIWMCTHLGH EEAAALYRGL FNLSALEKHG PGDTGVVFAG SQRVVFDTAQ NPPDKTQVPM VINIASMMGS SRQPALSAAC PVYEDDCFGC WWHEPFRLGI RSRQDLFAVD VVMPHGGPHS TDIPDWCVVE LGPEVTTQYG LSWSHSETHL RFCTNRRSAL TQMGTVTPLT SFVTSWMLLP AGYLYSSDCL GRYRTVHTEW LYVAEKKRPK YYVDLTGGNC AGGSGGSWKL AMLCKMGFAA PDPNVWSEML TQRDLERMEN AESFFQTKAL ELLSDDSLAV LTIDRDLMVA LLVNYRGSTG NKSPIKYTPQ IRFCRQYLVF DISGSDDEMA TSPRLSPDQC QFSTPNLPPC FGQDSILSLP VKTPVLLMLG HDGDSVVFAG RPKKPDQAIK RIVYLQFPSL LKVGFLPPAG GNVGSQDVKD QEDRRVPFKQ PAGNSVETRG GDQFLFYEDW VPHQQCGQLC MEQEVVWVSL VQFAVEQVLQ GMEYYRALKA ELLSRESPSG GENMVSKGSP LYDWYTRVTV EEAEPIPDIS EEHFDAGRVA RNVPVRLLLY TMKAVLRKAG VLCVLDIESG VVVDVVPRQL WSIRVLQPPP LLGGSHGGFL PKSTHSLSEV STGEEKQFLE NISVLEGVPE GENFSGIYCS EQEHAQYVGL SCHLIGQYPE EVESDSFMNA MERQVLLSEP LEVWEKNRKL PENVSPGQAF CSLLPLGCWS GLDFEAILLQ PETYRACVAR NAVLWLRTHL EEAAALYRGL KSFNLSALEK WAPGDAGVVF ADSQRVVFDS PGSPPDKTQV NPVINIASML GS SRQPALSAAC HGPVYEDDCF VGWWHEPFRL AQRSRQDLFA PMVVMPHGGP GSTDIPDWCV LGPEVTTQYG GCLSWSHSET GIRFCTNRRS VDTQVGTVTS HSSFVTAWML VEAGFPFSSD GQYRTVHTEW HLLYVAEKKR ALYYVDLIGG LTAGGSGGSW FPAMLCKMGF CLPDLSVWAE TQRDLERMEN PKAESFFQTK KCELLSDDSL KLLTIDQDLM AVLLVNYRGS MLDKSPIRYI IRFCRQYLVF ALDVSASDDE AVSSPRLSPD VAQFSTPSLP TGFGQDSILS PQVKTPLLLM HDGDSVVFAG IARLKKPDQA QCRIVYLQYP PTLKVGFLPS LPGNVGHQDV LGQEDRRVPF PAGNSVETRG IKGDQFVFYE SLIPHHQCSQ AGKEQSVLWV KDVQFAVEQV KQGMEYYRAL ELLSRESPSG DWGENMVSKS LCLYDWYTKV SLEEAEPIPD LQEEHFDASH KTRNVPVRLL TMKAVLRKAG IPVLCVLDVE TSVVVDVVPR IHWGIRVLQP VALMGGSHGG LYPKSTHALS GTGPGEEKQF SGNISVLEGV QLGENFSGIY PPEQENVQYA FISCHLIGQY EVEVESDSFM MERQVLLSEP LEVWEKNRKL PESVSPGQAF CSLLPLGCWS GLDFEAILLQ PETYSACVVR NAVLWLCTHL EEAAALYRGL KSFNLSALEK WAPGDTGVVF ADSQRVVFDS PSNSPEKTQV NPVINIASMM GS SRQPALSAAC HGPVYEDDCF VGWWHEPFRL PQRSRQDLFA PMVVMPHGGP GSTDIPDWCM LGPEVTTQYG GCLSWSHSET GIRFCTNRRS VDTQMGSVTS HSSFVTAWML VEAGFSYSSD GRYRTVHTEW HLLYVADKKR ALYYVDLTGG LTAGGSGGSW FPAMLCKMGF CLPDLSVWAA TQRDLERMEN PKAESFFQTK KCELLSDESV KLLTIDRDLM AVLLVNYRGS MLDKSPIKYA IRFCRQYLVF ALDVTGSDDE AVTSPRLSPD VVQFSTPSVP TGFGQDSILS PQVKTPLLLM HDGDSVVFAG MARTKKPDQA QCRIVYLRFP PSLKVGFLPP LPGNVGHQDV LGQEDRRVPF PAGNSVETRG IKGDQFLFYE SLVPHQQCGQ AGKEQAVSWV KDVQFAVEQV KQGMEYYRVL ELLSRESPSG DWGENMVSKS LCLYDWYTRV SLEEAEPFPD LQEEHFDAGR KARNVPVRLL TMKAVLRKAG TPVLCVLDIE TSVVVDIVPR ISWSIRVLQP VALMGGSHGG LYPKSTHALS GTGTAEEKQF SGNISVLEGV QLGEDFSGIY PPQQEHVQYA FLSCHLIGQY EVEVESDSFM MERQVLLSEP LEVWEKNRKL PENVSPGQAF CSLLPLGCWS DLDFEAILLQ PETYSACIAR NAVLWLHTHL QEAAALYRGL KSFNLSALEK WAPGDTGVVF ADSQRVVFDS PSNPPDKTQV NPVINIASMM GS SRQPSLSAAC HGPVYEDDCF VGWWHEPFRL AQRSRQDLFA PMVVMPHGGP GSTDIPDWCM LGPEVTTQYG GCLSWSHSET GIRYCTNRRS VDTQTGSITS HSSFVTAWML VETGFPYSNS GLYRTVHTEW HLLYVAEKKR ALYYVDLSGG LTAAGSAGSW FPAMLCKMGF CLPDLNVWEE TQRDLERMEN PKAESFFQTK KCELLSDGSL KLLTIDKDLM AVLLVNYRGS MLDKSPIKYI IRFCRQYLVF ALDISASDDE AICSPRLSPD VAQFSTPSLP TGFGQDSILS PQVKTPVLLM HDGDSVVFAG MARPKKPDQA QCRIVYLQYP PSLKVGFLPP LPGNVGHQDV LGQEDRRVPF PAGNSVETRG IKGDQFVFYE CLAPHHQCSQ PGKEQSVSWV KDVQFAVEQV KQGMEYYRAL ELLSRESPSG DWGETMVSKS LCLYDWYTKV SLEEAEPIPG LQEEHFDARR KARNVPVRLL TMKAVLRKAG IPVLCVLDID TSVVVDIVPR IHWGVRVLHP VALMGGSHGG LYPKSNHALS GTVSGEEKQF SGNISVLEGV QLGESFSGIY PPDQENVQYA FLSCHLIGQY EVEAESDSFM Het alignen van zulke eiwitten gaat een stuk lastiger! Eiwitten hebben gemiddeld een lengte van 300 aminozuren. Gelukkig zijn er computer programma’s die grote aminozuurvolgordes kunnen alignen. Als je de bovenstaande eiwitten laat alignen door de computer komt daar het volgende uit (er is maar een klein deel weergegeven): QYPSLIPHHQCSQLCLYDWYTKVTSVVVDVVPRQLGENFSGIYCSLLPLGCWSADSQRVVFDSAQRSRQD QYPCLAPHHQCSQLCLYDWYTKVTSVVVDIVPRQLGESFSGIYCSLLPLGCWSADSQRVVFDSAQRSRQD QFPSLVPHQQCGQLCLYDWYTRVTVVVVDVVPRQLGENFSGIYCSLLPLGCWSADSQRVVFDTAQRSRQD RFPSLVPHQQCGQLCLYDWYTRVTSVVVDIVPRQLGEDFSGIYCSLLPLGCWSADSQRVVFDSPQRSRQD Mens Rat Rund Varken Door de kleurtjes kun je nu heel duidelijk zien waar verschillen voorkomen. Dit soort programma’s berekenen ook evolutionaire stambomen. De stamboom voor deze vier eiwitten ziet er als volgt uit: =rund =mens =varken Samenvatting Door het vergelijken van aminozuurvolgordes kun je iets zeggen over hoe de evolutie verlopen kan zijn. Je kunt met behulp van moleculaire biologie evolutionaire stambomen maken die inzicht geven in de evolutie. Eiwitten van organismen die maar weinig verwant zijn verschillen erg in aminozuurvolgorde. Eiwitten van organismen die wel nauw verwant zijn lijken veel meer op elkaar qua aminozuurvolgorde. Bijlage – Aminozuurvolgordes > bovin MERQVLLSEP IRFCRQYLVF VWEKNRKLKS DISGSDDEMA SVSPGQAFWA TSPRLSPDQC LLPLGCWSAD QFSTPNLPPC DFEAILIQPS FGQDSILSLP TYGACVVRNP VKTPVLLMLG VIWMCTHLGH > human MERQVLLSEP IRFCRQYLVF LEVWEKNRKL ALDVSASDDE PENVSPGQAF AVSSPRLSPD CSLLPLGCWS VAQFSTPSLP GLDFEAILLQ TGFGQDSILS PETYRACVAR PQVKTPLLLM NAVLWLRTHL > pig MERQVLLSEP IRFCRQYLVF LEVWEKNRKL ALDVTGSDDE PESVSPGQAF AVTSPRLSPD CSLLPLGCWS VVQFSTPSVP GLDFEAILLQ TGFGQDSILS PETYSACVVR PQVKTPLLLM NAVLWLCTHL > rat MERQVLLSEP IRFCRQYLVF LEVWEKNRKL ALDISASDDE PENVSPGQAF AICSPRLSPD CSLLPLGCWS VAQFSTPSLP DLDFEAILLQ TGFGQDSILS PETYSACIAR PQVKTPVLLM NAVLWLHTHL EEAAALYRGL HDGDSVVFAG FNLSALEKHG RPKKPDQAIK PGDTGVVFAG RIVYLQFPSL SQRVVFDTAQ LKVGFLPPAG NPPDKTQVPM GNVGSQDVKD VINIASMMGS QEDRRVPFKQ SRQPALSAAC PAGNSVETRG PVYEDDCFGC GDQFLFYEDW WWHEPFRLGI VPHQQCGQLC RSRQDLFAVD MEQEVVWVSL VVMPHGGPHS VQFAVEQVLQ TDIPDWCVVE GMEYYRALKA LGPEVTTQYG ELLSRESPSG LSWSHSETHL GENMVSKGSP RFCTNRRSAL LYDWYTRVTV TQMGTVTPLT EEAEPIPDIS SFVTSWMLLP EEHFDAGRVA AGYLYSSDCL RNVPVRLLLY GRYRTVHTEW TMKAVLRKAG LYVAEKKRPK VLCVLDIESG YYVDLTGGNC VVVDVVPRQL AGGSGGSWKL WSIRVLQPPP AMLCKMGFAA LLGGSHGGFL PDPNVWSEML PKSTHSLSEV TQRDLERMEN STGEEKQFLE AESFFQTKAL NISVLEGVPE ELLSDDSLAV GENFSGIYCS LTIDRDLMVA EQEHAQYVGL LLVNYRGSTG SCHLIGQYPE NKSPIKYTPQ EVESDSFMNA EEAAALYRGL HDGDSVVFAG KSFNLSALEK IARLKKPDQA WAPGDAGVVF QCRIVYLQYP ADSQRVVFDS PTLKVGFLPS PGSPPDKTQV LPGNVGHQDV NPVINIASML LGQEDRRVPF GS SRQPALSAAC PAGNSVETRG HGPVYEDDCF IKGDQFVFYE VGWWHEPFRL SLIPHHQCSQ AQRSRQDLFA AGKEQSVLWV PMVVMPHGGP KDVQFAVEQV GSTDIPDWCV KQGMEYYRAL LGPEVTTQYG ELLSRESPSG GCLSWSHSET DWGENMVSKS GIRFCTNRRS LCLYDWYTKV VDTQVGTVTS SLEEAEPIPD HSSFVTAWML LQEEHFDASH VEAGFPFSSD KTRNVPVRLL GQYRTVHTEW TMKAVLRKAG HLLYVAEKKR IPVLCVLDVE ALYYVDLIGG TSVVVDVVPR LTAGGSGGSW IHWGIRVLQP FPAMLCKMGF VALMGGSHGG CLPDLSVWAE LYPKSTHALS TQRDLERMEN GTGPGEEKQF PKAESFFQTK SGNISVLEGV KCELLSDDSL QLGENFSGIY KLLTIDQDLM PPEQENVQYA AVLLVNYRGS FISCHLIGQY MLDKSPIRYI EVEVESDSFM EEAAALYRGL HDGDSVVFAG KSFNLSALEK MARTKKPDQA WAPGDTGVVF QCRIVYLRFP ADSQRVVFDS PSLKVGFLPP PSNSPEKTQV LPGNVGHQDV NPVINIASMM LGQEDRRVPF GS SRQPALSAAC PAGNSVETRG HGPVYEDDCF IKGDQFLFYE VGWWHEPFRL SLVPHQQCGQ PQRSRQDLFA AGKEQAVSWV PMVVMPHGGP KDVQFAVEQV GSTDIPDWCM KQGMEYYRVL LGPEVTTQYG ELLSRESPSG GCLSWSHSET DWGENMVSKS GIRFCTNRRS LCLYDWYTRV VDTQMGSVTS SLEEAEPFPD HSSFVTAWML LQEEHFDAGR VEAGFSYSSD KARNVPVRLL GRYRTVHTEW TMKAVLRKAG HLLYVADKKR TPVLCVLDIE ALYYVDLTGG TSVVVDIVPR LTAGGSGGSW ISWSIRVLQP FPAMLCKMGF VALMGGSHGG CLPDLSVWAA LYPKSTHALS TQRDLERMEN GTGTAEEKQF PKAESFFQTK SGNISVLEGV KCELLSDESV QLGEDFSGIY KLLTIDRDLM PPQQEHVQYA AVLLVNYRGS FLSCHLIGQY MLDKSPIKYA EVEVESDSFM QEAAALYRGL HDGDSVVFAG KSFNLSALEK MARPKKPDQA WAPGDTGVVF QCRIVYLQYP ADSQRVVFDS PSLKVGFLPP PSNPPDKTQV LPGNVGHQDV NPVINIASMM LGQEDRRVPF GS SRQPSLSAAC PAGNSVETRG HGPVYEDDCF IKGDQFVFYE VGWWHEPFRL CLAPHHQCSQ AQRSRQDLFA PGKEQSVSWV PMVVMPHGGP KDVQFAVEQV GSTDIPDWCM KQGMEYYRAL LGPEVTTQYG ELLSRESPSG GCLSWSHSET DWGETMVSKS GIRYCTNRRS LCLYDWYTKV VDTQTGSITS SLEEAEPIPG HSSFVTAWML LQEEHFDARR VETGFPYSNS KARNVPVRLL GLYRTVHTEW TMKAVLRKAG HLLYVAEKKR IPVLCVLDID ALYYVDLSGG TSVVVDIVPR LTAAGSAGSW IHWGVRVLHP FPAMLCKMGF VALMGGSHGG CLPDLNVWEE LYPKSNHALS TQRDLERMEN GTVSGEEKQF PKAESFFQTK SGNISVLEGV KCELLSDGSL QLGESFSGIY KLLTIDKDLM PPDQENVQYA AVLLVNYRGS FLSCHLIGQY MLDKSPIKYI EVEAESDSFM
