Bioteknologi ATerminsprøve 2018

HoId3zLærer: Karen Nitschke

Af opgaverne i og 2 skal begge opgaver besvares.

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

Torsdag d. 12. april 2018

Kl. 9.00 — 14.00

Opgave i Produktion af Butan-1-oIBrug af fossile brændstoffer øger den globale opvarmning, og man leder derfor efter merebæredygtige kilder til produktion afbrændstoffer.

Den anaerobe bakterie Clostridium acetobutylicurn kan omdanne svært nedbrydelige carbohydrateri blandt andet halm og træ til monosaccharider, og ud fra disse kan den danne alkoholen butan- 1-oL.Butan- 1-ol kan være et bæredygtigt alternativ til benzin.

+ CO2 + 1120

Figur I. Anaerob oindannelse afgiucose tiL butan-L-oI.

I. Afstem reaktionsskemaet for omdannelsen af glucose til butan- 1-ol, vist i figur i, idet allecarbon- og hydrogenatomer angives. Benyt eventuelt bilag I.

2. Beregn det maksimale udbytte af butan- 1-ol ved omdannelse af 100 kg glucose. Angivresultatet i kg.

-

Figur I viser C acetobutylicurn’s anaerobe omdannelse af glucose til butan- 1-ol.

For at øge udbyttet af butan- 1-ol ønsker man blandt andet at transformere C. acetobutylicuin medgener, der gør det muligt for bakterien at omsætte svært nedbrydelige carbohydrater fra halm og træmere effektivt. Inden transformationen er det nødvendigt at kende restriktionssites’ for derestriktionsenzymer, som elostridiumbakterier selv danner. Derfor har man i et forsøg tilsat etrestriktionsenzym fra elostridiumbakterier til en opløsning af en bestemt type plasmid. Forsøgetviste, at enzymet klippede plasmidet i flere stykker.

Figur 2 viser udsnit afenkeltstrengede DNA-sekvenser fra plasmidet. Sekvenserne indeholder etrestriktionssite, der genkendes af bakteriens erizym.

Baseposition Sekvens

200-215 GGGTCTCGCGTTATCA

318-333 TGATACCGCGAGACCC

394-409 CAGCAACGCGGCCTTT

Figur 2. Udsnit af enkeltstrengede DNA-sekvenser fra et plasmid, hvor et restriktionsenzym fraciostridiumbakterien klipper et sted i sekvensen.

3. Angiv ved hjælp affigur 2 den dobbeltstrengede DNA-sekvens, som restriktionsenzymethar genkendt.

4. Forklar, hvorfor det er vigtigt at identificere restriktionssites for de restriktionsenzymer, somciostridiumbakterier naturligt danner, inden bakterierne transformeres med nye gener.

For at gøre omsætning af carbohydrater mere effektiv har man reguleret aktiviteten af bestemtegener hos C. acerobutvlicurn, som har betydning for produktion af butan- 1-ol.

5. Giv forslag til, hvordan man kan regulere aktiviteten af gener, sa man øger syntesen afbutan-1-ol.

‘Sted på DNA-stykke. hvor restriktionsenzym klipper.

Opgave 2 Benzoesyre som konserveringsmiddelFor at øge holdbarheden af fødevarer tilsætter man ofte konserveringsmidler. Et af dissekonserveringsmidler er benzoesyre, se figur Ja

a) b)

Figur 1. a) Bcnzoesyre b) Bcnzoat.

Det er benzoesyre på dens syreform, der har den konserverende effekt. Benzoesyre er imidlertidikke særlig opløsclig i vand. Derfor anvendes i stedet stoffets korrcspondcrende base bcnzoat, sefigur Jb, der har en større opløselighed i vand. I fødevarer med lav pH vil benzoat omdannes tilbenzoesyre.

Ifigur 2 ses et bjerrumdiagrani for benzoesyre.

Figur 2. Bjem~mdiagram for bcnzocsyre.

1. Angiv, i hvilket pH-interval benzoesyre kan bruges som konserveringsmiddel, hvis manantager, at højest 10 ~o af stoffet må være benzoat. Inddragfigur 2.

i

0,9 1- ~0,8 I ~II I

1~j~ i ~ .

~iLi Ih— •‘H .~_i ~o.H 6 78 9 ~0 ~1

pH

13 14

Til hjemmelavet marmelade tilsættes ofte en opløsning af natriumbenzoat somkonserveringsmiddeL. En natriumbenzoatopløsning indeholder 0,741 M benzoat. Kb for benzoat er1,59 lo-lo M ved 25 °C.

2. Beregn pH i natriumbenzoatopløsningen ved 25 C.

Desværre er der mennesker, der er allergiske overfor benzoesyrc og benzoat. Man er derforinteresseret i at finde andre måder at konservere på. En mulighed er at pakke fødevarerne i enmodificeret atmosfære med et lavt indhold af dioxygen og et højt indhold af carbondioxid.

3. Giv forslag til, hvorfor den modificerede atmosfære kan standse eller hæmme væksten afsvampe.

Opgaven forsættes pa næste side.

Den modificerede atmosfære er ikke nok til at hæmme væksten af alle typer svampe. Man harderfor undersøgt, om man kan tilføre et stof til emballagen, der hæmmer al svampevækst.

Blandt andet har man forsøgt at anvende olie fra sennepsfrø Sennepsolien blev oprenset vedmetoden vist og beskrevet i figur).

a) b)

• Knus 50 g sennepsfrø i en morter, og anbring deknuste frø i en rundkolbe.

• Tilsæt 200 mL 95 % ethanol.• Kog med tilbagesvalin~ i 30 minutter.• Filtrer indholdet i rundkolben, så frørester med mere

filtreres fra.• Destiller væsken ved Ca. 100 °C.

Figur 3 a) Vejledning iii oprensning b) Forsøgsopstilhing til kognrng med tilbagesvaling

Efter oprensningen findes sennepsolien i destillationskolben. 95 0~ afsennepsolien udgøres af detaktive stof 3-isothiocyanatprop-l-en, vist iflgur 4.

a) b) 3-Isothiocyanatprop-1-en:

Kogepunkt: 152 COpløselighed i vand: 0, 2 g/L

S C N CH2—CH CH2 Opløselighed i ethanol: Ca. 125 g/l.

Ethanol:Kogepunkt: 78,4 C

Figur 4. a) Strukiurformel for 3-isothiocyanatprop-l -en b) Udvalgte fysiske egenskaber for 3 isothtocyanatprop- 1-enog ethanol

4. Forklar, hvorfor sennepsolie kan oprenses ved metoden vist iJlgur 3. Inddragflgur 4.

2 Tilbagesvahirig betyder, at gassen kondenseres, og væsken løber tilbage til kolben.

Forskerne lavede undersøgelser afsennepsoliens evne til at konservere bred. Sennepsolien blevplaceret i brødemballagen men ikke i direkte kontakt med brødet. Man undersøgte effekten af olienalene og i kombination med en modificeret atmosfære. Resultaterne fra forsøget er vist i figur 5.

a)

b)

35EE

30c00-z‘I-.to

at

022Ei0

-Dtal

c

io

E8

—e—Kontrol —t—l j~L senriepsolie

Tid (dage)—•—S% 0280 % CO2 —*5% 02 80% CO2 + I kit. sennep5olie

Figur 5a) Rugbrød med kolonier afmugs~amp Diaineteren af en koloni bruges som et ina for vækst afmnugs’~ampenb) Uds ikling af svarnpc~ækst i forskellige pakninger med sennepso mc og ellem modificeret atmosfære. Alle grafer startemi punktet (0, 0).

t

2 4 6 B 1 12 14 16

5. Analysérfigur 5k og vurder mulighederne i brug afsennepsolie til konservering afbrød.

Opgave 3 Enzymer der nedbryder proteinerProteaser er en type af enzymer, der nedbryder proteiner ved at spalte deres peptidbiadinger, somvist i figur I. Mennesket har mere end 500 forskellige proteaser, og de spiller en afgørende rolle rormange biokemiske processer i kroppcn.

NH~&Çt~tNH.fN~tft%NW~+ H~O ProIease +

Figur I. Nedbrydning af protein ved hjælp afproicasc.

1. Angiv reaktionstypen for reaktionen, vist i figur I.

Det har vist sig, at et unormalt indhold af proteaser i kroppens celler og væv har betydning i

forbindelse med en række sygdomme blandt andet kræft. Kræft opstår, når celler deler sigukontrollabelt. I et studie afbrystkræftpatienter blev patienterne opdelt efter mængden afproteasentæPA (urokinase-type plasminogen aktivator) i deres kræftsvulster. Resultaterne af studiet er vist ifigur 2.

too

go

600)

0)40

020 -4 Lavt niveau af uPA

Højt niveau at uPA

0 2Tid (år) _____________________ _______

Figur 2 Overlevelse af biystkræftpatienter. hvor patienterne er opdelt efter mængden af uPA i deres Jcræftsvulst.

2. Analysér resultaterne, vist i figur 2, og vurder sammenhængen mellem indhold af uPA i

kræftsvulster og risiko for at dø afbrystkræft.

3. Giv forslag til årsager til et unormalt indhold af bestemte proteiner i en celle eller et væv,som for eksempel proteaser i kræftsvulster.

En gymnasieklasse har undersøgt aktiviteten afproteasen uPA ved an’. cndelse af et substrat, derspaltes til et farvet produkt, der kan måles ved hjælp afspektrofotometri.Resultaterne er ‘.ist i figur 3.

[S](mM) (mM/min)

5,9• iO~ 7,1. 10.62,3 102 2,8 iO~9,4~ 102 6,4 iO~3,8~1O’ 9,4~1O~7,5 10.1 1,0 io~

1,5 1,2 i0~3,0 1,4 i0~

Ligur 3 Sammcnhercndc værdier for koncentration afsubs ra og initia1Iiasn~hed for sP~

4. Bestem KM og ~ ,~ for ,,PA.

Enzyrners aktivitet kan hæmmes ved, at en inhibitor binder sig til dem. En inhibitor kan også kaldesen hæmmer. Reaktion (1) ~iser en reaktion mellem et enzym og dets inhibitor, h~ or E er enzymet, Ier inhibitoren og El er et enzyrninhibitorkoinpleks.

El~E+1 (I)

Ligevægtskonstanten for reaktionen kaldes inhibitorkonstdnten og betegnes Ki.Gymnasieeleveme bestemte inhibitorkonstanten for tre inhibitorer afuPA. Resultaterne er vist ifigur 4.

K1Inhibitor(M)

Nb4 2,26 10PAB 41,5.106

uPAIN-1 53,2~ 106

Figur 4 Tre inliibitorcr afuPA og de tilhørende inhibitorkonstanter K

5. Diskuter om inhibitorerne, vist i figur 4, kan indgå i behandling af brysikræfi.Inddrag figur 2.

Opgave 4 Immunforsvar

I modern~ælk findes antistof A (LgA), som er sammensat af to antistof-monomerer. Antistoffetbeskytter især spædbarnets tarmkanal mod infektioner, idet barnets immunforsvar endnu ikke selvhar dannet de nødvendige antistoffer. En autistof-monomer består af en konstant region og envariabel region, se figur 1.

Figur 1. Struktur al en antistof-monomer

• ~ .• ••.

I ~ ;t. .4 , i.t

I ~ ~;4Ytn≥ .~4%

Shutterstcck.com

I. Giv forslag til, hvorfor det er hensigtsmæssigt, at antistof-monomerer har en variabel region.

En gymnasieklasse har bestemtkoncentrationen af IgAmonomerer i modermælk ved enELISA-test. Eleverne fremstilledeførst en række standardopløsningeraf IgA-monomerer og tilsatte dissetil små brønde, hvortil der er bundetanti-IgA. Herefter tilsatte debrøndene endnu et antistof, hvor tilder var bundet et enzym, sefigur 2.

Mellem hver tilsætning skyllede degrundigt.

Substrat —

Mwkf? G,cihk

IgA —

— Anti-I9A medenzym bundet

/— Anti-IgA

Figur 2. Princippet i ELISA-test.

2. Forklar, hvorfor det er vigtigt, at der skylles mellem hver tilsætning. Inddrag figur 2.

Vanabel regionSvovibro

Konstant region

I

10

Mængden af bundet enzym blev bestemt ved at tilsætte et substrat, der blev omdannet til et orangeprodukt, som kunne måles ved hjælp af spektrofotonietri ved 450 nm. Sammenhorende værdier afkoncentration af lgA-rnonomerer i standardopløsrnnger og absorbans af det orange produkt er vist ifigur 3.

KoncentrationaflgA- 75 100 150 250

monomerer

WWL)

Absorbans 0,198 0,300 0,402 0,594 0,999

Figur 3. Sammenherende værdier af koncentration afigA-monomerer i standardoplasninger og absorbans af orangeprodukt ved 450 nm og kuvetiebredde 1,00cm

3. Vis, at resultaterne i figur 3 er i overensstemmelse med Lambert-Beers lov.

For at bestemme koncentrationen af IgA-monomerer i modermælk og modermælkserstatning lavedeeleverne en 10 gange fortynding af tre prøver med modermælk og tre prøver medmodermælkserstatning. Derefter udførte de en ELISA-test på prøverne og målte absorbansen, somvist i figur 4.

Modermælk Modennælk Modermælk Erstatning Erstatning Erstatning

Prøve I Prøve 2 Prøve 3 Prøve 4 Prøve 5 Prøve 6

Absorbans 0,412 0,410 0,414 0,00 1 0,003 0,003

Figur 4. Absorbans af orange produkt ved 450 nm i fortyndede mælkeprøver efter ELISA-test. Kuvettebredde 1,00 cm.

4. Bestem det gennemsnitlige indhold af IgA-monomerer i henholdsvis modermælk ogmodermælkserstatning. Svaret skal angives i igfL

Sundhedsstyrelsen anbefaler, at spædbørn ammes fuldt til de er omkring 6 måneder, blandt andet pågrund af indholdet af IgA i modennælk.Nyere undersøgelser har vist, at fluorholdtge organiske stoffer fra det omgivende miljø kan væreophobet i kroppen af den ammende mor og overføres til hendes barn gennem modermælken.Stofferne har vist sig at kunne have forskellige sundhedsskadelige virkninger, for eksempel at værehormonforstyrrende og forhindre vacciner i at have den ønskede effekt.

5. Diskuter om Sundhedsstyrelsens anbefaling vedrørende amning bør ændres. lnddragresultaterne, vist ifigur 4.

Figurliste

Opgave i

Foto: Shutterstock.com

Figur I: Hanne Wolff

Figur 2: Kristine Rask Raae.

Opgave 2

Figur i og 5b: Dorte Ankerfelt.

Figur 2, 3b og 4a: Hanne Wolff

Figur 3a og 4b: Kristine Rask Raae.

Figur 5a (foto): Shutterstock.corn

Opgave 3

Figur i: Dorte Ankerfelt.

Figur 2: Lone Als Egebo.

Figur 3 og 4: Hanne Wolff.

Opgave 4

Foto: Shutterstock.com

Figur 1 og 2: MarkR grafik/Hans Marker.

Figur 3 og 4: Kristine Rask kaae.

af i alt ______

Bilag i

Ark nr.

Navn:

Klasse:

Skole:

ark.

—+ Go2 + H20

Anaerob omdannelse af glucose til butan- 1-ol.

r-.

>-(9