Bioteknologi A



Onsdag den 25. maj 2022
Kl 09.00-14.00

Vejledning


Prøven
Opgavesættet består af 4 opgaver. Opgaverne 1 og 2 skal begge besvares. Kun én af opgaverne 3 og 4 skal besvares.

Opgavebesvarelsen
Din opgavebesvarelse skal afleveres i et samlet dokument, gemt i pdf-format.

Bedømmelse
Ved bedømmelsen af din besvarelse lægges vægt på din evne til, at:
  - anvende fagbegreber og fagsprog og relevante repræsentationer og modeller til beskrivelse, forklaring og analyse
  - formulere sig struktureret om bioteknologiske emner, inddrage relevant viden og give sammenhængende faglige forklaringer
  - vurdere eksperimentelt arbejde og dets tilrettelæggelse
  - bearbejde data fra kvalitative og kvantitative eksperimenter og undersøgelser og vurdere resultaterne herfra
  - analysere og diskutere data og eksperimentelle resultater under inddragelse af relevant faglig viden
  - gennemføre og præsentere relevante beregninger ved korrekt brug af fagsprog, herunder anvende relevante matematiske modeller og metoder
  - benytte relevante fagspecifikke digitale værktøjer hensigtsmæssigt
Der gives én karakter på baggrund af en helhedsbedømmelse.

Opgave 1 Kitin


Krebsdyrs ydre skelet består af mineraler og protein kombineret med polysaccharidet kitin. Figur 1.2 viser strukturformlen for monomeren i kitin.
Figur 1.1 Krabbe.

Figur 1.2 Kemisk struktur af monomeren i kitin.
  

Chemsketchfil af figur 1.2 Marvinsketchfil af figur 1.2

  1. Markér to funktionelle grupper i monomeren og angiv, hvilken stofklasse de tilhører.


Kitin produceres industrielt af overskydende krebsdyrskaller. Film1.1 viser, hvordan skallernes mineraler, som fx calciumcarbonat kan omdannes af saltsyre.




  2. Opskriv reaktionsskemaet for reaktionen mellem calciumcarbonat og saltsyre, som vises i film1.1.


Kitin kan omdannes enzymatisk til kitosan, som det er vist i figur 1.3.

Kitin Kitosan
Figur 1.3 Omdannelse af kitin til kitosan. Prikkerne angiver, at molekylet fortsætter.


  3. Angiv enzymklassen for det enzym, der katalyserer omdannelse af kitin til kitosan. Inddrag figur 1.3.


Forskere ønsker at undersøge, om kitosan kan anvendes til at forlænge holdbarheden af fødevarer. Figur 1.4 viser et forsøg, hvor væksten af fødevaresvampen Candida lambica blev målt ved 7 °C med og uden kitosan.

log(antal svampeceller/mL) 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 0 100 200 300 400 500 600 Tid (timer) uden kitosan med 0,01 % kitosan med 0,0005 % kitosan
Figur 1.4 Vækst af Candida lambica i forskellige koncentrationer af kitosan.


  4. Analysér figur 1.4.
  5. Giv forslag til yderligere undersøgelser, som bør foretages, hvis kitosan skal kunne bruges sammen med fødevarer.




Opgave 2 Udvikling af nyt antibiotikum


IspH er et enzym, som kun findes i bakterier, og som indgår i syntesen af vigtige celleelementer. Syntesevejen er vist i figur 2.1.
For at undersøge aktiviteten af IspH har man målt omdannelsen af substratet HMBPP. Data fra eksperimentet er vist i datafil2.1.


  1. Bestem Km og vmax for IspH. Inddrag datafil2.1.

Udviklingen af antibiotikaresistens er et stort problem. Derfor er der fokus på at udvikle nye antibiotika.


  2. Argumentér med udgangspunkt i figur 2.1 for, at en inhibitor af IspH kan være et muligt antibiotikum.
Bakterier Non-mevalonat-syntesevej Glyceraldehyd-3-phosphat + pyruvat Cellevægge Cholesterol Ubiquinon Mennesker Mevalonat-syntesevej 3 Acetyl CoA Mevalonat Cholesterol Ubiquinon
Figur 2.1 Forsimplet syntese af vigtige celleelementer. Hos bakterier og mennesker indgår forskellige mellemprodukter i syntesen.


For at undersøge om IspH faktisk er essentiel for bakterievækst, laver man en stamme af E. coli, kaldet HGG-42, som ikke indeholder genet for IspH. Derudover laver man et plasmid, hvis opbygning og virkemåde ses i figur 2.2. Regulering af genet for IspH sker ved hjælp af transskriptionsfaktoren α.

A Promotor IspH-gen Promotor Ampicillin-resistens-gen B + a mRNA Promotor IspH-gen RNA- polymerase - a RNA- polymerase Promotor IspH-gen
Figur 2.2 A) Opbygning af plasmid med generne for IspH og ampicillinresistens. B) Transskriptionen af IspH med og uden pentosen α.


  3. Beskriv et eksperiment, hvor det undersøges, om IspH er essentielt for bakteriers vækst. Inddrag figur 2.2.


En hurtig metode til at undersøge bakteriers vækst er med farvestoffet resazurin. Omdannelsen af resazurin er et mål for hvor meget aerob respiration, der sker.

Resazurin Blå Resorufin Pink
Figur 2.3 Omdannelsen af resazurin til resorufin.


  4. Argumentér for, at en kultur af aktivt voksende bakterier vil kunne gøre opløsningen pink. Inddrag figur 2.3.


For at undersøge om en bestemt inhibitor af IspH kan hæmme sygdomsfremkaldende bakterier, har forskere undersøgt virkningen af inhibitoren på to forskellige typer af multiresistente bakterier (K. pneumoniae og V. cholerae) ved hjælp af resazurin-metoden.

Bakterier Antibiotika amikacin ciprofloxacin meropenem IspH-inhibitor Klebsiella pneumoniae 0 4 8 16 31 63 125 250 500 Koncentration af antibiotika (μM) Bakterier Antibiotika amikacin ciprofloxacin meropenem IspH-inhibitor Vibrio cholerae 0 4 8 16 31 63 125 250 500 Koncentration af antibiotika (μM)
Figur 2.4 Undersøgelse med resazurin-metoden af tre forskellige antibiotika og den nyudviklede IspH-inhibitor. Alle brønde er tilsat vækstmedium og resazurinopløsning.


  5. Analysér figur 2.4.




Af opgaverne 3 og 4 skal én og kun én af opgaverne besvares.

Opgave 3 Kræftmedicin og gensplejsede alger


Taxol fra den vestamerikanske taks (Taxus brevifolia) har vist sig at kunne hæmme væksten af visse former for kræftsvulster. Kræftsvulster består af muterede celler, som deler sig uhæmmet. Figur 3.1 viser, hvorledes taxol påvirker kræftcellerne.

A mikrotubulus (snitflade) depolymerisering B taxol

Figur 3.1 A) Normal celledeling. B) Celledeling påvirket af taxol.


  1. Forklar, hvorledes taxol hæmmer væksten af kræftsvulster. Inddrag figur 3.1.


Figur 3.2 viser den kemiske struktur af taxol.


Figur 3.2 Struktur- og molekyleformlen af taxol.

Chemsketchfil af figur 3.2 Marvinsketchfil af figur 3.2

Ud af et 100 år gammelt vestamerikansk takstræ kan der isoleres 0,3 g taxol. Til en standard behandling af en kræftknude skal der bruges 1,3 mmol taxol.


  2. Beregn hvor mange træer, der skal fældes for at kunne gennemføre en standardbehandling.


For at skaffe mere taxol ønsker forskerne at anvende ELISA til at undersøge, om ekstrakter fra forskellige træsorter indeholder taxol. Det antages, at taxol ikke kan binde til selve ELISA-pladen.


  3. Forklar, hvad det primære og det sekundære antistof skal kunne binde til, for at ELISA-metoden er specifik for taxol.


En anden metode til at skaffe mere taxol er at bruge gensplejsede alger til at danne taxol. Syntesen af taxol består af flere trin, som styres af hvert sit gen. Forskere har gensplejset en algeart med et gen, som koder for et af disse trin. Genet koder for et enzym, som katalyserer reaktionen vist i figur 3.3.

Stof A Stof B
Figur 3.3 Trin i syntesen af taxol.


  4. Bestem reaktionstypen for den viste reaktion i figur 3.3.


Forskerne har en hypotese om, at den mængde af stof B, som én algecelle kan producere, er afhængig af lysintensiteten, som algen modtager.


 
5.
Argumentér for forskernes hypotese. Inddrag figur 3.3.




Af opgaverne 3 og 4 skal én og kun én af opgaverne besvares.

Opgave 4 Asparges


Asparges indeholder det svovlholdige aromastof asparagusinsyre, der i kroppen nedbrydes til en række forbindelser, som nogle mennesker kan lugte fra deres urin kort tid efter, de har spist asparges - se figur 4.1.

Asparagusinsyre Produkt A Produkt B Produkt C
Figur 4.1 Asparges og asparagusinsyres nedbrydning.

Et stamtræ for evnen til at kunne lugte nedbrydningsprodukterne fra asparges i urinen fremgår af figur 4.2.

I 1 2 II 1 2 3 4 5 6 III 1 2 3 4 5 6 7 8 9 IV 1 2 3 4 5 6 7 mand uden evnen kvinde uden evnen mand med evnen kvinde med evnen
Figur 4.2 Stamtræ for en familie, hvor evnen til at lugte nedbrydningsprodukter fra asparges i urinen er opgjort.


  1. Analysér stamtræet vist i figur 4.2.


Man kan eksperimentelt undersøge, hvad der giver forskellen på mennesker, der kan lugte de svovlholdige forbindelser i deres urin, og dem, der ikke kan.


  2. Beskriv et eksperiment, som kan undersøge, om det er nedbrydningen eller lugtesansen, der er afgørende for evnen til at kunne lugte nedbrydningsprodukter af asparagusinsyre.


Stofmængdekoncentrationen af asparagusinsyre i saft fra friske asparges ligger omkring 0,080 mM.

Chemsketchfil af asparagusinsyre Marvinsketchfil af asparagusinsyre


  3. Beregn massen af asparagusinsyre i en portion på 100 mL aspargessaft.


Mange finder smagen af asparges attraktiv. Derfor vil kokke gerne have asparges til at smage mest muligt af asparagusinsyre. Asparagusinsyre har pKs = 3,98, og i asparges er der en ligevægt mellem asparagusinsyre og dens korresponderende base. Figur 4.3 viser denne ligevægt.

Asparagusinsyre Asparagusat

Figur 4.3 Ligevægt mellem asparagusinsyre og dens korresponderende base.


  4. Vis, at 9 % af asparagusinsyren er på syreform ved pH = 5,0.
  5. Forklar, om smagen af asparagusinsyre vil være kraftigst, hvis aspargesene koges i vand eller steges i olie. Inddrag asparagusinsyres syre-baseegenskaber.




Filer til opgaverne


Filnavn Opgave Figur Beskrivelse
194113_figur_1_2.sk2 1 1.2 Chemsketch fil
194113_figur_1_2.mrv 1 1.2 Marvin sketch fil
194113_datafil_2_1 2 - Excel datafil
194113_figur_3_2.sk2 3 3.2 Chemsketch fil
194113_figur_3_2.mrv 3 3.2 Marvin sketch fil
194113_asparagusinsyre.sk2 4 - Chemsketch fil
194113_asparagusinsyre.mrv 4 - Marvin sketch fil


Klik her for at downloade alle filer.

Figurliste


Opgave 1  
Figur 1.1: (foto) Colourbox
Film1.1: Kim Bruun og Morten Bak Hansen
Figur 1.2: Tina Sølbek Schmidt
Figur 1.3: Tina Sølbek Schmidt
Figur 1.4: Peder Kjær Gasbjerg

Opgave 2  
Figur 2.1: Peder Kjær Gasbjerg
Figur 2.2: Peder Kjær Gasbjerg
Figur 2.3: Joan Ilsø Sørensen
Figur 2.4: Peder Kjær Gasbjerg

Opgave 3  
Figur 3.1: Peder Kjær Gasbjerg
Figur 3.2: Rune Harbo Lehmann
Figur 3.3: Rune Harbo Lehmann

Opgave 4  
Figur 4.1: (foto) Colorbox og Kim Bruun
Figur 4.2: Peder Kjær Gasbjerg
Figur 4.3: Rune Harbo Lehmann