Bioteknologi AStudentereksamenAf opgaverne 1 og 2 skal begge opgaver besvares. Af opgaverne 3 og 4 skal en og kun en af opgaverne besvares.

Torsdag den 24. maj 2012kl. 09.00 - 14.00frs121-BTK/A-24052012

112259.indd 1 04/04/12 08.07

2

2

Opgave 1 Gærceller og ølbrygning

Øl er et af de ældste bioteknologiske produkter. Ikke desto mindre arbejder man stadig med at fremstille nye øltyper og forbedre de eksisterende.

En gymnasieklasse har undersøgt faktorer af betydning for gærcellers aktivitet. I et eksperiment målte de gærcellers vækst i en opløsning med maltose. Figur 1 viser reaktionen, der finder sted, når gær i opløsningen omdanner maltose ved hjælp af enzymet maltase.

Figur 1. Enzymatisk nedbrydning af maltose.

1. Angiv reaktionstypen for reaktionen vist i figur 1.

Eleverne har også undersøgt maltases aktivitet ved 30 °C og pH 7. De har målt begyndelseshastigheden af enzymreaktionen ved forskellige koncentrationer af maltose. Resultaterne er vist i figur 2.

Figur 2. Sammenhørende værdier for substratkoncentration, [S], og begyndelseshastighed, V0, for maltase.

2. Bestem Vmax og KM for maltase. Anvend eventuelt bilag 1.

Ved ølproduktion pasteuriseres øllet ofte, før det sælges. Det betyder, at man kortvarigt opvarmer øllet til over 60 °C. Aktiviteten af maltase kan anvendes til at vise, om en øl er blevet pasteuriseret.

3. Giv en mulig forklaring på hvordan aktiviteten af maltase kan anvendes til at vise, om en øl er pasteuriseret.

O

O

OH

OH

OH

O

OH

OH

OHOHOH

H H

HH

H

HH

H

HHO

OH

OH

OHOH

H

H

H

H

H

OH

+ H2O 2

Maltose α-D-glucose

[S] (mM)

V0

(mM/min)

0,501,03,010204080

7,014327198

115125

Substrat-koncentration

Begyndelses-hastighed

112259.indd 2 04/04/12 08.07

3

3

Eleverne udførte også et væksteksperiment med gærceller. Når gærceller vokser i et flydende vækstmedium, bliver mediet mere og mere uigennemsigtigt. Det skyldes, at cellerne spreder lyset. Denne lysspredning kalder man optisk densitet (OD), og den er ligefrem proportional med celletætheden indtil mediet bliver for uigennemsigtigt. Man måler OD som absorbans ved hjælp af et spektrofotometer ved 600 nm. Resultaterne af eksperimentet kan ses i figur 3a og 3b.

Figur 3a. Koncentrationen af glucose og ethanol som funktion af tiden. Koncentration er målt i g/L. Figur 3b. Absorbans (OD600) som funktion af tiden. Celletæthed er målt ved at måle absorbansen ved 600 nm med et spektrofotometer.

4. Analysér forsøgsresultaterne vist i figur 3a og 3b.

Forskellige faktorer påvirker gærcellernes vækst, for eksempel:

a. pH i vækstmediet b. Temperaturen i vækstmediet c. Ilt-forholdene i vækstmediet d. Koncentration af ethanol i vækstmediet

5. Vælg to af de nævnte faktorer, og diskutér deres betydning for gærcellernes vækst i forbindelse med ølproduktion.

Konc

entr

atio

n (g

/L)

Tid (timer)

35

30

25

20

15

10

5

10 20 3000

a)

EthanolGlucose

Abs

orba

ns

Tid (timer)10 20 30

1

0,9

0,8

0,7

0,6

0,5

0,4

0

0,1

0,2

0,3

0b)

112259.indd 3 04/04/12 08.07

4

4

Opgave 2 Chili

Chilifrugter indeholder stoffet capsaicin, der giver chilis karakteristiske brændende smag, se figur 1.

Figur 1. a) Chilifrugter. b) Data og strukturformel for capsaicin.

1. Anfør alle carbon- og hydrogenatomer på formlen for capsaicin. Bilag 2 kan benyttes.

Capsaicin virker ved at aktivere sanseceller, der registrerer varme. Aktiveringen sker, når capsaicin binder sig til såkaldte TRVP1- receptorer i cellemembranen. Disse receptorer fungerer også som ionkanaler for positive ioner, primært calciumioner.

Figur 2. TRVP1-receptor der aktiveres af capsaicin.

2. Forklar, hvordan bindingen af capsaicin til TRVP1-receptorerne fører til, at der afsendes et nervesignal. Inddrag figur 2.

O

HO

N

O

H

Data om capsaicin

• Molarmasse: 305,41 g/mol

• Opløselighed i vand: 10,3 mg/L ved 25 oC

• Opløselighed i ethanol og dichlormethan: Mindst 30 g/L

• Fordelingskoefficient mellem octan-1-ol og vand:

pKow

= log = 3,04

• Smeltepunkt: 65 oC

• Strukturformel:

a) b)

[Capsaicin] octan-1-ol

[Capsaicin] vand

Capsaicin

Inderside

Yderside

+ + ++++++

+ +++ ++Ca2+

- - - -

TRVP1-receptor

Cellemembran

- - - -

- - - - - - - -

+ +

a) b)

Ca2+

112259.indd 4 04/04/12 08.07

5

Ca

Fhl

Kc

Tee

Id

1 m

Capand

Forhvoige

Koncap

Til ethaen k

I etdich

Pemid

psadet

r ator kevæ

ncepsai

3.

opanokro

t fohlo

4.

berdlert

aicitil

t finknuægt

enticin

Be

prenol oom

orsøorm

B

rsprtidi

in kbe

ndeustet ha

tratn i

Bereks

nsnog

mato

øg met

Bes

ray g b

kaneha

e ee oar i

tionva

regstra

ninek

ogr

anthan

stem

er eblind

n aand

et eog find

nenand

gn lakti

ng akstrrafi

nvenn. K

m m

et hd.

anvdlin

egnfindsti

n adfas

ligeion

af crakisk

ndtKo

ma

hånd

venng a

net ndelille

af csen

evænsm

capktetk m

te monc

asse

dvå

desaf s

oplte et s

capn b

ægmid

psat fil

meto

macen

en

åben

s i sm

løsfri

sig:

sailev

tskdde

aiciltreode

an fntra

af

n. N

såkmert

sninisk:

C

icinv b

konel.

in aeree.

filtatio

f ca

Når

kalte.

ngske c

Cap

n i est

nsta

anvs f

tratone

apsa

r de

ldteDe

smchil

sai

dictem

ant

venfor

tet en a

aic

r sp

e perfo

middllif

icin

chlmt t

ten

ndeat

fraaf c

cin

pray

pebfor

delfrug

n (a

lormtil 0

og

es tfje

a 30cap

i d

yes

bersøn

l tilgte

aq)

me0,0

g re

tørrerne

0,0psa

de 3

i a

sprske

l eker e

)

etha034

ede

rede c

0 g aici

30,

ansig

rayer m

kster e

anf4 m

egø

de ccell

tørin i

,0 g

gte

s1 oma

trakeks

C

fasmM

ør f

chilere

rrei op

g tø

t, b

5

og an a

ktiostra

Cap

senM.

for

ilifreste

edeplø

ørr

blive

i fat e

oneahe

psai

n bl

, om

fruger.

chøsn

red

er s

forseks

en eret

icin

lev

m

gteHe

hilining

e c

slim

skestra

af t m

n (

be

dic

r. Dere

ifrugen

chil

mhin

elliahe

capmed

dic

este

chl

Deefte

ugtn v

lifr

nde

igeere

psad di

chl

em

orm

tøer k

er.vist

rug

erne

naog

aicich

orm

mt ti

me

ørrekan

Me s

gter

e vo

aturg op

in hlor

me

il 0

etha

eden ca

Mansig

r.

olds

rmpre

harm

etha

0,09

an

e chaps

n opat

som

medens

r meth

an)

98

er

hilisaic

pløvæ

mt ir

dicise s

manhan

)

M

vel

ifrucin

østeære

rrite

insksto

n lan, C

M og

leg

ugtn op

e fi0,

ered

ke ffe

aveCH

g k

gne

ter pre

iltra21

O

de,

proet fr

et e2C

kon

et s

bleens

ate0 M

Op

og

odufra c

et ll2.

ncen

som

endses

et i M.

pgav

ma

uktchi

illeFø

ntr

m

desve

10

ven

an b

ter ilif

e foølge

rati

s med h

0,0

n f

bliv

blfrug

orsend

ion

medhjæ

mL

fort

ver

andgte

søgde

nen

d ælp

L

tsæ

dt er.

g,

af

p af

ætte

f

f

es.

112259.indd 5 04/04/12 08.07

6

6

Figur 3. Oprensning af capsaicin fra chilifrugter ved hjælp af søjlekromatografi. De røde prikker repræsenterer capsaicin. De øvrige prikker repræsenterer andre stoffer.

a) 30,0 g tørrede chilifrugter, blendes i ethanol og filtreres.

b) Filtratet påsættes en søjle. Søjlen indeholder et materiale, der binder upolære molekyler. Derefter vaskes med demineraliseret vand.

c) Capsaicin elueres (udvaskes) med 10,0 mL dichlormethan.

5. Forklar hvorfor det er muligt at oprense capsaicin ved den benyttede separationsmetode. Inddrag figur 1 og figur 3.

a) c) b)

112259.indd 6 04/04/12 08.07

7

7

Opgave 3 Vacciner mod lymfekræft

Non-Hodgkins Lymphonia (NHL) er en kræftsygdom, der angriber kroppens immunsystem. Sygdommen får immunforsvarets B-celler til at dele sig ukontrolleret og derved blive til kræftceller. B-cellerne ophobes blandt andet i lymfeknuderne og ophører med at udføre deres normale funktion. På overfladen af B-celler findes karakteristiske proteiner, se figur 1a og 1b.

Figur 1. Overfladeproteiner fra B-celler. a) 3D-struktur. b) Skematisk struktur.

1. Giv en beskrivelse af sekundær-, tertiær- og kvaternærstrukturen af overfladeproteinet vist

på figur 1a og 1b. 2. Forklar, hvordan B-celler normalt fungerer i kroppen, herunder hvilken betydning

overfladeproteinerne, vist i figur 1, har.

Opgaven fortsættes.

S-S- -S-S-

-S-S--S-S-

S

S

SS

S

S

SS

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

a)

b)

S-S- -S-S-

-S-S--S-S-

S

S

SS

S

S

SS

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

a)

b)

112259.indd 7 04/04/12 08.07

8

8

For at bekæmpe NHL forsøger man at udvikle en vaccine, der er skræddersyet til den enkelte kræftpatient. Vaccinen skal blandt andet indeholde overfladeproteinet fra B-cellerne for at virke.

Overfladeproteinet til vaccinen fremstiller man ved hjælp af transformerede tobaksplanter. Tobaksplanterne bliver transformeret ved hjælp af bakterien Agrobacterium sp. Bakterien indeholder et gensplejset plasmid, der blandt andet bærer genet for overfladeproteinet. Genet er isoleret fra kræftpatienten. Figur 2 viser, hvordan tobaksplanterne transformeres.

Figur 2. Transformation af tobaksplante.

3. Foreslå andre gener, som bakteriens plasmid kan indeholde, så det bliver muligt at selektere de transformerede planteceller. Inddrag figur 2.

Når vaccinen fremstilles, oprenses overfladeproteinet først fra planten. Herefter bindes overfladeproteinet til et transportprotein, som stammer fra en blæksprutte. Det er afgørende, at transportproteinet stammer fra en anden art end mennesket, for at vaccinen virker. Når vaccinen indsprøjtes i kræftpatienten dannes antistoffer, som virker mod B-cellerne.

4. Forklar, hvorfor det er nødvendigt at koble overfladeproteinet til et protein fra en anden

organisme end mennesket (her blæksprutter), for at vaccinen virker.

5. Diskutér brug af vacciner mod celler i immunforsvaret.

Skiver skæres ud afblade fra planten

Bladskiver placeres i en petriskål sammen med bakterier i 24 timer

Transformeret tobaksplante med gen fra kræftpatient.

Skud

TobaksplanteBladskiverne �yttes til nytmedium, der kun tilladertransformerede planteceller atvokse og danne skud

GMO

Dyrkningsmedium indeholdende Agrobacterier med gensplejset

plasmid

112259.indd 8 04/04/12 08.07

9

O

Aed

Bpf

Fv

C

P

Op

Alger edan

Biopå Cforv

Forvæk

Car

På f

pg

ger enenne

oenCOven

rsøkst

1.

rbo

2.

fig

gav

kaergiet o

nergO2-nnte

g htme

Ra

ond

Ov

gur

ve

an ui, d

orga

gi ineu

es a

haredi

Redalge

diox

Opsvil

2 s

e 4

udnderani

i foutrat k

r viiet.

deger.

xid

skrko

ses

4 A

nytr koisk

ormralekun

ist, Ti

gør

d op

CO

H2

HC

riv nce

s Bj

Alg

ttesomke m

m ae, bnne

at ilfø

r fo

plø

O2

2CO

CO

ligent

jer

ge

s timme

mat

af bbære er

væørs

or,

øse

(aq

O3

O3-

gevtrat

rrum

r o

il per fter

bioeredrsta

ækslen

hv

es i

q) +

(aq

(aq

vægtio

md

og

profra rial

ethdygatte

stenn af

orf

va

+ H

q)

q) +

gtsnen

diag

g b

dukfo

ler.

hangtige br

n hf ca

for

and

H2O

+ H

+ H

brøn a

gra

bio

ktirbr

nol ge erug

hosarb

r øg

d, o

O (

H2O

H2O

økeaf h

amm

F

oen

ionræn

ellenegen

s albon

get

og f

(l)

O (

O (

en hyd

me

igu

ne

n afndi

ler ergn af

lgendi

til

føl

(l)

(l)

fordro

et f

ur 2

erg

f biing

biogikif fo

n Uoxi

lfør

lgen

r reoge

for

. Bj

gi

ioegen

ogaildeoss

Ulvid

rse

nd

H

eaknca

ca

jerr

nern af

as er, silt

va lske

el a

e li

2C

HC

CO

ktioarb

arbo

rum

rgif bi

er debr

lacer v

af c

ige

O3

CO

O32

on bon

ons

mdia

i. Biolo

eker dræn

ctucved

carb

evæ

3 (a

O3-

2- (

(1)nat

syr

agra

9

Bioogi

semdelvnds

ca d a

bon

ægt

aq)

(aq

(aq

). Asti

resy

am

eneisk

mpvisstof

stiat u

ndi

te i

q) +

q) +

Argige

yst

for

ergk

plerst f.

igeudn

iox

ind

+ H

+ H

gume.

tem

r car

gi

r

r, nnytt

xid

dsti

H3O

H3O

men

met

rbo

nårte r

til

lle

O+ (

O+ (

nté

t.

onsy

r mrøg

væ

r s

(aq

(aq

ér f

yres

Fig

mangga

æks

ig:

q)

q)

for,

syst

gur

n tilas f

stm

(

(

(

, at

tem

1. G

lføfra

med

(1)

(2)

(3)

t nå

met.

Grø

rerkra

diet

år d

ønal

r maftv

t k

der

lgen

merevar

kan

r til

n U

e crm

øg

lfø

O

Ulva

carbmevæ

ge v

øres

Op

a la

bonærk

væ

s ca

pgav

actu

ndiker

ækst

arb

ven

uca.

ioxr.

ten

bon

n f

xid

n ho

ndio

fort

til

os

oxi

tsæ

id

ætte

es.

1,0

0,9

0,8

0,7

0,6

0,5

0,4

0,3

0,2

0,1

0,02 4 6 8 10 12 140

pH

Syre

brøk

112259.indd 9 04/04/12 08.07

10

10

Vækstforsøg med Ulva lactuca er foregået i udendørs vækstkar med havvand ved pH 8,0, se figur 3a.

3. Bestem hvor stor en del af carbonsyren, der findes som hydrogencarbonat i vækstforsøgene ved pH 8,0. Benyt eventuelt bilag 3.

Den daglige produktion af biomasse2 hos algerne blev undersøgt ved 5 forskellige tætheder i vækstkarrerne. Tætheden af algerne var henholdsvis 1, 2, 4, 6 og 8 kg alger pr. m2 i de 5 forskellige vækstkar.

Produktionen blev bestemt både som tilvækst i biomasse (g vådvægt/m2/dag) og som vækstrate (%/dag) ved 5 forskellige algetætheder. I vækstforsøget var abiotiske forhold som lys ved overfladen, temperatur og næringsindhold ens i de 5 forskellige vækstkar. Se figur 3a og 3b.

Figur 3a. Vækstkar med Ulva lactuca. Figur 3b. Tilvækst i biomasse (g vådvægt/m2/dag) og vækstrate (%/dag) som funktion af algetæthed i vækstforsøg med Ulva lactuca. Prik = vækstrate; Søjler = tilvækst i biomasse.

4. Forklar resultaterne af vækstforsøget vist på figur 3b.

2 Biomasse er en fælles betegnelse for alt organiske stof, som dannes ved planternes fotosyntese.

a)

b)Algetæthed (kg vådvægt/m2)

Tilv

æks

t i b

iom

asse

(g

våd

vægt

/m2 /d

ag)

Væks

trat

e(%

/dag

)

1 2 4 6 8

400

300

200

100

0

20

15

10

5

0

Vækstrate

Tilvækst i biomasse

112259.indd 10 04/04/12 08.07

11

11

Bioenergi kan dannes ud fra majs, sukkerrør, halm, andet planteaffald samt marine alger. Vækstforsøg med grønalgen Ulva lactuca har vist et udbytte, der er 2-5 gange større end for landbaserede planter anvendt til bioenergi.

5. Diskutér udnyttelsen af marine makroalger som en del af fremtidens energiforsyning i

forhold til udnyttelsen af landbaserede bioenergikilder.

112259.indd 11 04/04/12 08.07

12

Kilder:

Opgave 1: http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/yea.1436/pdf

Opgave 2: http://www.sciencelab.com/msds.php?msdsId=9923296 og http://www.caymanchem.com/pdfs/10010743.pdf Arpad, S. and Blumberg, P. M.: Vanilloid (Capsaicin) Receptors and Mechanisms, Pharmacological Reviews, June 1, 1999, vol. 51 no. 2, s. 159-212, http://pharmrev.aspetjournals.org/content/51/2/159.full Rosenbaum, T and Simon, S. A.: TRPV1-Receptors and Signal Transduction. In: Liedtke WB, Heller S (eds.): TRP Ion. Channel Function in Sensory Transduction and Cellular Signaling Cascades, kap. 5, Boca Raton (FL): CRC Press; 2007. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK5260/ Foto: Per Schriver.

Opgave 3: http://www.research.bayer.com/edition-21/21_non_hodgkins_lymphoma.pdfx

Opgave 4: http://dx.doi.org/10.1016/j.biortech.2010.10.010 Annette Bruhn, et.al. Bioenergy potential of Ulva lactuca: Biomass yield, methane production and combustion. Bioresource Technology 102 (2011) 2595-2604. Foto: Peter Bondo Christensen, DMU og Michael Bo Rasmussen, AU.

Tegninger: MarkR grafik/ Hans Marker Alle internet kilder pr. 9. januar 2012

112259.indd 12 04/04/12 08.07

112259.indd 13 04/04/12 08.07

112259.indd 14 04/04/12 08.07

112259.indd 15 04/04/12 08.07

112259.indd 16 04/04/12 08.07

Studentereksamen 2012 Bioteknologi A 24. maj 2012

Bilag 1 Ark nr. _____ af i alt ______ ark.

Navn: ________________________________

Klasse: ______________

Skole: ________________________________

a) Sammenhørende værdier for substratkoncentration, [S], og begyndelseshastighed, V0, for maltase.

b) Tomt ark der eventuelt kan anvendes til bestemmelse af Vmax og KM for maltase.

[S] (mM)

V0

(mM/min)

0,501,03,010204080

7,014327198

115125

Substrat-koncentration

Begyndelses-hastighed

V 0 (mM

/min

)

[S] (mM)

140

120

100

80

60

40

20

10 20 3000

908070605040

112259.indd 17 04/04/12 08.07

112259.indd 18 04/04/12 08.07

Studentereksamen 2012 Bioteknologi A 24. maj 2012

Bilag 2 Ark nr. _____ af i alt ______ ark.

Navn: ________________________________

Klasse: ______________

Skole: ________________________________

Strukturformel for capsaicin.

O

HO

N

O

H

112259.indd 19 04/04/12 08.07

112259.indd 20 04/04/12 08.07

Studentereksamen 2012 Bioteknologi A 24. maj 2012

Bilag 3 Ark nr. _____ af i alt ______ ark.

Navn: ________________________________

Klasse: ______________

Skole: ________________________________

Bjerrumdiagram for carbonsyresystemet.

1,0

0,9

0,8

0,7

0,6

0,5

0,4

0,3

0,2

0,1

0,02 4 6 8 10 12 140

pH

Syre

brøk

112259.indd 21 04/04/12 08.07