Bioteknologi A
Ny ordning
Kl 09.00-14.00
Vejledning
Prøven
Opgavesættet består af 4 opgaver. Opgaverne 1 og 2 skal begge besvares. Kun en af opgaverne 3 og 4 skal besvares.
Alle hjælpemidler er tilladt.
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:
| - | anvendelse af 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 Ammoniak fra gylle
| Dannelse og fordampning af ammoniak fra gylletanke skaber lugtgener og kan muligvis skade følsomme naturtyper som fx heder. Ammoniak dannes af bakterier i gyllen, som ved hjælp af enzymet urease omdanner carbamid (urinstof) til ammoniak. Figur 1.2 viser denne reaktion. |
Figur 1.1 En hede. |
Figur 1.2 Dannelse af ammoniak ud fra carbamid
| 1. | Angiv enzymklassen for urease. Begrund dit svar. |
Excelfilen datafil1.1 indeholder målinger af enzymets aktivitet ved forskellige koncentrationer af carbamid.
| 2. | Bestem vmax og Km for urease ved hjælp excelfilen datafil1.1. |
Fra 500 mL gylle frigives der 0,30 g ammoniak på 2,5 time. Den frigivne ammoniak opfanges i 250 mL vand.
| 3. | Beregn den formelle stofmængdekoncentration af ammoniak i den vandige opløsning. |
Ammoniakopløsningen hældes ned i et bægerglas med 250 mL 0,1 M saltsyreopløsning, hvorefter opløsningens pH-værdi i bægerglasset måles til at være 1,8.
| 4. | Opskriv reaktionsskemaet for reaktionen mellem ammoniak og saltsyre og forklar, hvorfor pH-værdien i opløsningen er steget. |
Forsøg har vist, at hvis man tilsætter fluorid og garvesyre, hæmmes dannelsen af ammoniak i gylle. Forskerne har opstillet to hypoteser, som er vist i figur 1.3.
Figur 1.3 Forskernes to hypoteser vedrørende fluorid og garvesyres hæmmende effekt på ammoniakdannelsen i gylle.
For at undersøge disse hypoteser har forskerne som indledende forsøg målt den samlede mængde af dannet ammoniak fra gylle efter 5 timer med forskellige koncentrationer af fluorid og garvesyre. Figur 1.4 viser forskernes resultater.
| 5. | Analysér figur 1.4 og vurder, om resultaterne af det indledende forsøg gør, at forskerne må afvise én eller begge af hypoteserne fra figur 1.3. |
Opgave 2 Sødemidlet thaumatin
| Katemfe-frugten stammer fra katemfe-planten (Thaumatococcus daniellii), der vokser i vestafrikanske regnskove. Fra katemfe-frugten fås et thaumatinekstrakt, og dets sødeevne er 2000 gange større end sukkers. Thaumatin er et protein med et energiindhold på cirka 1 kJ/g. Nedbrydning af thaumatin påbegyndes i mavesækken. |
Figur 2.1 Katemfe-frugten. |
| 1. | Giv forslag til, hvorfor thaumatin er interessant som kunstigt sødemiddel. |
Film 2.1 viser thaumatins struktur.
| 2. | Beskriv sekundærstrukturen af thaumatin. Inddrag film 2.1. |
Thaumatin isoleres fra katemfe-frugten og oprenses herefter ved metoden gelfiltrerings-chromatografi efterfulgt af ionbytnings-chromatografi, se figur 2.2.
| 3. | Skriv en figurtekst til figur 2.2. |
|
| 4. | Giv forslag til en opløsning, som kan fungere som en elueringsvæske1 for thaumatin i punkt 6. |
Forskere har undersøgt, hvilke aminosyrer i thaumatin, der har betydning for molekylets binding til smagsreceptorer og dermed opfattelsen af sødme. Figur 2.3 viser værdier for sødmetærsklen for den naturlige udgave af thaumatin og for fire forskellige kunstigt fremstillede varianter af thaumatin, hvor én aminosyre er skiftet ud med en anden. Sødmetærsklen er den laveste koncentration af molekylet, der opfattes som sød.
| Naturlig thaumatin | Lysin i aminosyreposition 67 ændres til: |
Arginin i aminosyreposition 82 ændres til: |
|||
| Alanin | Arginin | Alanin | Lysin | ||
| Sødmetærskel (nM thaumatin) |
45 | 870 | 44 | 1100 | 240 |
Figur 2.3 Sødmetærskel for fem varianter af thaumatin. For de fire kunstige varianter er aminosyresubstitutionen angivet.
| 5. | Analysér figur 2.3. |
1 Eluering er udvaskning af kemiske forbindelser fra søjlematerialet.
Af opgaverne 3 og 4 skal én og kun én af opgaverne besvares.
Figur 3.2 Forsimplet reaktionsskema for spaltning af disulfidbinding mellem to cystein-sidekæder indbygget i et protein.
figur3.2.sk2 figur3.2.mrv
Dødelig dosis er meget lav, blot 22 µg/kg, når det injiceres i blodbanen, men 50 gange højere, hvis det spises. Mavesyren har en pH-værdi på 1-2.
Castorolie fremstilles ved at knuse castorbønnerne, opvarme dem til 80 °C og presse castorolie fra den såkaldte ”oliekage”. Castorolien indeholder en meget lav koncentration af ricin, mens oliekagen kan indeholde 5 % ricin.
Opgave 3 Ricinforgiftning
| Ricin er et kraftigt giftstof, der findes naturligt i castorbønner. Det er et glycoprotein på 529 aminosyrer, der er opbygget af én A- og én B-kæde, som er bundet sammen med en disulfidbinding. Disulfidbindingen mellem de to kæder kan spaltes ved en reduktion, se figur 3.2. |
Figur 3.1 Fra castorbønner kan der udvindes den stærke gift ricin og castorolie. |
Figur 3.2 Forsimplet reaktionsskema for spaltning af disulfidbinding mellem to cystein-sidekæder indbygget i et protein.
figur3.2.sk2 figur3.2.mrv
| 1. | Vis, at spaltningen af disulfidbindingen er en reduktion. Inddrag figur 3.2. |
| A- og B-kæden i ricin har forskellige egenskaber. A-kæden i ricin er en hydrolase, der spalter en binding i ribosomet, som er nødvendig for ribosomets binding af tRNA. B-kæden bindes til forskellige transportproteiner i dyrecellers membraner, så ricinet transporteres ind i cellerne. Her spaltes ricinet i sine to kæder, så hydrolasen bliver aktiv. De første symptomer kommer tidligst efter 6 timer, og ofte går der 24 timer, inden alvorlige symptomer opstår. |
Figur 3.3 Ricin. Til venstre ses B-kæden og til højre A-kæden. Disulfidbindingen er indcirklet med rødt. |
| 2. | Forklar, hvorfor både A- og B-kæden er vigtige for at opnå ricins høje giftighed. |
|
| 3. | Forklar, hvorfor ricins giftvirkning indtræder så langsomt. |
Dødelig dosis er meget lav, blot 22 µg/kg, når det injiceres i blodbanen, men 50 gange højere, hvis det spises. Mavesyren har en pH-værdi på 1-2.
| 4. | Giv forslag til, hvorfor den dødelige dosis er meget lav, når ricin indsprøjtes i blodbanen, men væsentligt større, når det spises. |
Castorolie fremstilles ved at knuse castorbønnerne, opvarme dem til 80 °C og presse castorolie fra den såkaldte ”oliekage”. Castorolien indeholder en meget lav koncentration af ricin, mens oliekagen kan indeholde 5 % ricin.
| 5. | Giv forslag til, hvorfor ricin stort set ikke findes i castorolien. |
Af opgaverne 3 og 4 skal én og kun én af opgaverne besvares.
EPO er et hormon, der produceres i nyrerne, og som bl.a. regulerer mængden af røde blodceller i kroppen. EPO bindes til EPO-receptoren, der udtrykkes i cellemembranen på forstadier til de røde blodceller. EPO er et peptidhormon på 165 aminosyrer. Virkningen af EPO kommer til udtryk i cellekernen.
Genet for EPO-receptoren findes i en normal og en muteret udgave. En sekvensanalyse blev lavet af genet for EPO-receptoren. Figur 4.2 viser RNA-sekvensen, der svarer til genet for EPO-receptoren hos to personer. Person A har ikke mutationen, og person B har mutationen. Der er vist et udsnit af sekvensanalysen.
Mutationen i genet for EPO-receptoren gør røde blodceller mere følsomme over for EPO. Koncentrationen af EPO og hæmoglobin i blodet blev målt hos to grupper af personer. Gruppe 1 har mutationen, og gruppe 2 har ikke mutationen. Resultaterne er vist i figur 4.3.
En familie med samme sygdomssymptomer blev undersøgt for, om nogle af familiemedlemmerne har mutationen. DNA fra fire personers alleler for genet for EPO-receptoren blev klippet med et restriktionsenzym, som kun klipper i én af de to typer af alleler. Til sidst blev de fremkomne DNA-stykker adskilt på en agarosegel. Figur 4.4 viser stamtavlen for familien og resultatet af DNA-elektroforesen.
Opgave 4 Hæmoglobin og EPO
| Færdigmodnede, røde blodceller indeholder hæmoglobin, der binder dioxygen, se figur 4.1. Mængden af hæmoglobin i blodet måles ved hjælp af spektrofotometri efter at hæmoglobin er blevet isoleret fra de røde blodceller. Absorbansen blev målt på en række fortyndinger af en stamopløsning af hæmoglobin. Excelfilen datafil4.1 viser måledata. |
Figur 4.1 Røde blodceller. |
| 1. | Redegør for, at måledata fra datafil4.1 følger Lambert-Beers lov, og bestem koncentrationen i en prøve af hæmoglobin med absorbansen 0,295. Angiv resultatet i g/L. |
EPO er et hormon, der produceres i nyrerne, og som bl.a. regulerer mængden af røde blodceller i kroppen. EPO bindes til EPO-receptoren, der udtrykkes i cellemembranen på forstadier til de røde blodceller. EPO er et peptidhormon på 165 aminosyrer. Virkningen af EPO kommer til udtryk i cellekernen.
| 2. | Forklar, hvorfor peptidhormoner som EPO virker gennem en receptor i cellemembranen og ikke gennem en receptor i cellekernen. |
Genet for EPO-receptoren findes i en normal og en muteret udgave. En sekvensanalyse blev lavet af genet for EPO-receptoren. Figur 4.2 viser RNA-sekvensen, der svarer til genet for EPO-receptoren hos to personer. Person A har ikke mutationen, og person B har mutationen. Der er vist et udsnit af sekvensanalysen.
Figur 4.2 Resultatet af en sekvensanalyse af EPO-receptor genet for person A og B angivet som RNA.
| 3. | Angiv mutationstypen i genet for EPO-receptoren og forklar, hvilken effekt mutationen har for dannelsen af EPO-receptor proteinet. Inddrag figur 4.2. |
Mutationen i genet for EPO-receptoren gør røde blodceller mere følsomme over for EPO. Koncentrationen af EPO og hæmoglobin i blodet blev målt hos to grupper af personer. Gruppe 1 har mutationen, og gruppe 2 har ikke mutationen. Resultaterne er vist i figur 4.3.
Figur 4.3 Koncentrationen af EPO i grafen til venstre og hæmoglobin i grafen til højre hos personer med mutationen (1) og uden mutationen (2) vist som gennemsnit af måleværdierne. Koncentrationen af EPO er målt i mU/ml, hvor U står for international standard enhed.
| 4. | Analysér figur 4.3. |
Figur 4.4 A). Stamtavle for tre generationer af en familie med samme sygdomssymptomer.
(B). Elektroforese af DNA fra udvalgte familiemedlemmer, hvor bp står for basepar.
(B). Elektroforese af DNA fra udvalgte familiemedlemmer, hvor bp står for basepar.
| 5. | Argumentér for hvilken allel, der klippes af restriktionsenzymet, og angiv genotypen for personerne III-1 og III-2. Inddrag figur 4.4. |
Filer til opgaverne
| Filnavn | Opgave | Figur | Beskrivelse |
| 193738_datafil_1_1.xlsx | 1 | 1.1 | Excel datafil |
| 193738_figur_3_2.mrv | 3 | 3.2 | Marvin sketch fil |
| 193738_figur_3_2.sk2 | 3 | 3.2 | Chemsketch fil |
| 193738_datafil_4_1.xlsx | 4 | 4.1 | Excel datafil |
Klik her for at downloade alle filer.
Figurliste
| Opgave 1 | |
| Figur 1.1: | (foto) Colourbox |
| Figur 1.2: | Rune Harbo Lehmann |
| Figur 1.3: | Rune Harbo Lehmann |
| Figur 1.4: | Rune Harbo Lehmann |
| Opgave 2 | |
| Figur 2.1: | The-Sweetest-Fuits-2.jpg (300×225) (softpedia.com) |
| Film 2.1: | Peder Kjær Gasbjerg. RSCB PDB (rcsb.org), PDB ID 1JL4 (Wang, J.-H., Meijers, R., Reinherz, E.L.) (2001) og Mol* (D. Sehnal, A.S. Rose, J. Kovca, S.K. Burley, S. Velankar (2018) Mol*: Towards a common library and tools for web molecular graphics MolVA/EuroVis Proceedings (doi:10.2312/molva.20181103). |
| Figur 2.2: | Peder Kjær Gasbjerg |
| Figur 2.3: | Tina Sølbek Schmidt |
| Opgave 3 | |
| Figur 3.1: | https://women.lv/ricinellas-efektivitate-un-ieguvumi-jusu-matiem |
| Figur 3.2: | Peder Kjær Gasbjerg |
| Figur 3.3: | Oliveira, Natalia & Machado, Olga. (2011). Allergens and Toxins from Oleaginous Plants: Problems and Solutions. 10.5772/18020. |
| Opgave 4 | |
| Figur 4.1: | (foto) Colourbox |
| Figur 4.2: | Peder Kjær Gasbjerg |
| Figur 4.3: | Tina Sølbek Schmidt |
| Figur 4.4: | Peder Kjær Gasbjerg |