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 23. maj 2013kl. 09.00 - 14.00frs131-BTK/A-23052013

121554.indd 1 27/03/13 10.11

2

Opgave 1 Lactoseintolerans

Mennesker er i stand til at nedbryde lactose (mælkesukker) som børn. I store dele af verden mister den voksne befolkning dog helt eller delvist denne evne og bliver lactoseintolerante. Lactoseintolerante får i større eller mindre grad maveproblemer og diarré, hvis de indtager mælk.

Figur 1. Nedbrydningen af lactose.

1. Angiv hvilken enzymklasse lactase tilhører.

Koncentrationen af lactose i mælk kan bestemmes ved en spektrofotometrisk metode. Først behandles mælken med lactase, så lactose nedbrydes til glucose og galactose som vist i figur 1.

Glucose og galactose kan ved reaktion med 3,5-dinitrosalicylsyre danne den rødbrune forbindelse 3-amino-5-nitrosalicylsyre, der absorberer lys ved 540 nm, vist i figur 2.

Figur 2. Princippet for reaktion mellem galactose og 3,5-dinitrosalicylsyre. Reaktionen er ikke afstemt. Glucose reagerer på tilsvarende vis.

2. Argumenter for at der er tale om en oxidation af galactose i reaktionen vist på figur 2.

O

OHOH

OH

CH2OH

H

H H

HO

HHO O OH

OH

OH

CH2OH

HH H

HHO OCH

2OH

HOH

OH

O

HH

O

OHOH

OH

CH2OH

H

H H

H

H

+ H2OLactase

+H HH

H

Lactose GlucoseGalactose

C

C

C

C

C

CO

HO

HO

OH

OHH

H

H

H

H

C

C

C

C

C

O

HO

HO

OH

OHH

H

H

H

OH

CHO

+ +

Galactose 3,5-dinitrosalicylsyre 2,3,4,5,6-pentahydroxy-hexansyre

3-amino-5-nitrosalicylsyre(rødbrun)

H

H OH H

H

C

OH

NO2

HO O

O2N

C

OH

NH2

HO O

O2N

121554.indd 2 27/03/13 10.11

3

I et forsøg lod man en række standardopløsninger af galactose og glucose reagere med 3,5-dinitro-salicylsyre. Absorbans af opløsningerne blev målt ved 540 nm, se figur 3.

Figur 3. Sammenhørende værdier for den samlede koncentration af galactose og glucose og absorbans ved 540 nm. Kuvettebredde 1,0 cm.

3. Eftervis at måleresultaterne fra ovenstående forsøg vist i figur 3 er i overensstemmelse med Lambert-Beers lov.

Efterfølgende blev mælk behandlet med lactase og fortyndet 100 gange med vand. Derefter reagerede den fortyndede mælk med 3,5-dinitrosalicylsyre, og absorbansen blev målt ved 540 nm i en kuvette med en bredde på 1,0 cm. Absorbansen blev målt til 0,513.

4. Bestem koncentrationen af lactose i mælken. Resultatet angives i mM.

Samlet koncentrationaf galactose og glucose

(mM)

Absorbans

02,04,06,08,0

10,0

00,1980,3970,5950,7940,992

Opgaven fortsætter næste side.

121554.indd 3 27/03/13 10.11

4

m

n

Fomecel

De

EngenGeLaned

orsketolle

en g

n annmeneactadbr

kerdenan

gen

ndemodet easeryd

re hn e

nve

nm

5.

en mdifier oeendes

6.

harer and

mod

Sfr

meiceroprzym

s. M

Dm

r freat indes

difi

krirem

etoretensme

Mæ

Diskmed

emndstil

cer

iv emst

de t sksetet eælke

kutd la

mstisæfre

red

en tille

tilkimt oger aen

ter avt

illetteem

de k

F

koes.

at mmg inaktika

folac

et e et

msti

ko

Fig

ort f

prelsndsivt

an p

rdecto

en kekllin

pro

gur

fig

rodsvasat se

på

eleose

ko,kstrng

odu

4. F

gurt

ducamp

i eelv den

ogind

, dera gaf

uce

Frem

tek

erep. Een sven m

g udho

er pgenen

ere

mst

kst

e mEt gskid l

måd

lemold

pron fo

n ge

er la

tilli

til f

mælgenimmlavde

mpd.

oduor lenm

act

ing

fig

lk mn fmee tean

er

ucelacmo

tas

af e

gur

mefor elsvem

nven

ved

ererctasdif

se i

en g

r 4,

ed llac

vammpe

nd

d d

r mse fice

i yv

gen

de

lavctamp,erates

de t

mæli eere

ver

nmo

er b

vt inase , deturaf

to m

lk mn c

et k

ret,

odif

bes

ndher er n

rer lac

me

mecellko,

og

fice

skr

holfunu ogcto

etod

ed ele fse f

g d

eret

ive

ld aund

kag ka

sei

der

et lfra fig

derm

ko

er h

af det an pan tinto

r næ

lavet

gur

me

.

hvo

laci enprotilsole

æv

vt inko

r 4.

d n

ord

ctosn bodusæteran

vnt

ndhofo.

ned

dan

se bakucettesnte

ov

holoste

dbr

n en

er kterere s ale pe

ven

ld aer.

ryd

n g

vedrie,laclmers

nfor

af lDe

des

enm

d h, dectaind

son

r ti

lacen t

lac

mo

hjæer l

ase delner.

il p

ctostran

cto

odi

ælp levi sig .

prod

se. nsf

ose

fic

af ver stormæ

duk

Prfor

i m

cere

f eni G

re mælk

ktio

rincrme

mæ

et k

n Grømæk, s

on

cipere

ælke

ko

ønlængså l

af

petde

en.

kan

langdelact

f m

t i

.

n

d. er. tos

mælk

se

k

DNA medlactasegen

Celler fra etkofoster

Kerne

Kerne

Ægcelleuden kerne

Tidligtembryon

Rugeko

Kerne

Udtages

Indsættes

1

2

3

4

5

121554.indd 4 27/03/13 10.11

5

Nnnu

f

Op

Nenernerudv

SyDeskyfig

Fig

pg

eurrvervevik

ygden kyld

gur

gur

gav

ofiesyecekle

domkan

des2a

2.

ve

ibroysteelle

sig

1.

mmn n, at

a.

a) D

2 N

omemerneg ti

R

mennedt cy

Den

Ne

matoetses il k

Red

n erdarvyto

n no

eu

osis ststø

kræ

deg

r envesosin

orm

ro

is ttøttøtteæft.

gør

n gs eln o

male

ofib

typteceevæ.

for

enelleromd

e og

bro

e 1elle

æv,

r fu

etisr opdan

g de

om

1 (Ner. , fo

unk

sk pstnne

en æ

ma

NFDe

or e

ktio

sygtå ses f

ænd

ato

F1)er deks

one

gdospofra

dred

osis

er dan

sem

en

omonta

de

de c

s ty

ennne

mpe

af

m, dantens

cyto

yp

n syes el i

de

dert. Ns no

osin

pe

ygdsåki de

Fig

e Sc

r skNårorm

n. b

1

domkale S

gur

chw

kyldr enmal

b) B

m, ldtechw

r 1.

wan

desn syle f

Base

dere nwa

En

nn

s enygfor

epa

r bneurann

n ne

ske

n fdom

rm

arrin

blanrof

nsk

erve

e c

fejlm til

ng i

ndtfibr

ke c

ecel

ell

l i eopen

i de

t anromcell

lle.

er.

et estå

n æn

el af

ndemerler

In

enkår sndr

f DN

et gr, s. D

ndd

keltsporet

NA

givsom

Der

drag

t gontat fo

A-m

er m e

er

g fi

en antorm

mole

forer k

ris

figu

påt, k

m. S

ekyl

ranknusik

ur 1

å krkanSe

le.

ndrudeo f

1.

romn deæn

ingedafor

moet fndri

gerannat

somfor ing

r i nels

kn

m nek

ger

ser nud

nr. ksemr i c

i dern

17mpcyt

ne

7. pel tosi

ka

in p

an

på

Dendritter

Cellekrop

Kerne

Akson

Ranviersk indsnøring

Myelinskede produceretaf Schwannsk celle

Kernen i Schwannsk celle

Aksonets ende

Signalretning

Akson

P

O

O

O O-

N

G

N

N N

NC

C

C

C C

A

N

N N

NC

C

C

C C

H

H

H

H

CH2

C

CC

C

O

H H

H

P

O

O

O

P

O

O

O

C C

C C

O

H H

H

H

CH2

O

N O

C

HC

CN H

TC

N

N

N H

HC

HC

C

CC

O CH2

C

CC

C

O

H H

H

C C

C C

OH H

H

H

CH2

5’

3’

O

NH

H

P

O

O

O O-

5’

3’

H2C

H

O

H

H

H

H

H

H

H

H

P

O

O

O-O

-O

-O

C CC C

O

H H

H

H

CH2 N

N

N H

HC

HC

C

CC

O

H

O

1

2

3

4

5

6

a) b)

H

P

O

O

O

C CC C

O

H H

H

H

CH2 N

N

N

HC

HCC

CO

H

O

CH

1

2

3

4

5

61

2

3

4

5

6

1

2

3

4

5

6

1

2 3

4

56

1

2 3

4

56

7

8

9

7

8

9

-O

Opgaven fortsætter næste side.

121554.indd 5 27/03/13 10.11

6

2. Argumenter ved hjælp af figur 2 for, at den viste ændring af cytosins struktur kan

medføre, at cytosin vil baseparre med adenin i stedet for guanin. Brug eventuelt bilag 1.

3. Forklar hvorfor ændring af cytosins struktur kan føre til udvikling af en genetisk

sygdom, for eksempel NF1. I en familie har man kortlagt nedarvningen af NF1 ved at undersøge et stykke af kromosom 17 på 1500 basepar. DNA fra familiemedlemmer blev behandlet med restriktionsenzym og analyseret ved hjælp af gelelektroforese. Resultatet af analysen ses i figur 3.

Figur 3. Analyse af generation I, II og III i en familie med NF1. Sygdommen er opstået spontant hos person I-1. Kolonne 1 er en størrelsesmarkør.

4. Forklar forskellene i resultaterne af gelelektroforesen hos de undersøgte personer vist

i figur 3.

I familien er sygdommen opstået spontant hos person I-1. Personerne I-1 og I-2 har sammen børnene II-1 og II-3. Personerne II-1 og II-2 har sammen børnene III-1 og III-2, og personerne II-3 og II-4 har sammen barnet III-3.

5. Tegn en stamtavle på baggrund af figur 3, der viser hvordan sygdommen nedarves.

Markør II-2 II-1 I-2 II-3 III-2 II-4I-1 III-3 III-1

1600

800

400

200

100

(bp)

+

-

Mand

Kvinde

121554.indd 6 27/03/13 10.11

7

Opgave 3 Produktion af yoghurt

Siden oldtiden har vi kendt til at fremstille surmælksprodukter som yoghurt. Yoghurt produceres ved en syrning af mælk. Det sker ved at tilsætte mælkesyrebakterier til mælk, som omsætter lactose (mælkesukker).

Til produktionen af yoghurt anvendes ofte højpasteuriseret mælk. Det vil sige at mælken opvarmes til over 85°C i 15 sekunder.

1. Forklar hvorfor man anvender højpasteuriseret mælk til produktion af yoghurt.

Under omsætningen af lactose danner mælkesyrebakterierne organiske syrer, primært mælkesyre (2-hydroxypropansyre), se figur 1. Mælkesyre giver yoghurts karakteristiske syrlige smag.

Figur 1. Mælkesyre.

I et forsøg har man tilsat mælkesyrebakterier til højpasteuriseret mælk og fulgt syrningen ved at måle pH. Forsøget blev udført ved forskellige temperaturer, og øvrige forsøgsbetingelser var ens. Figur 2 viser resultaterne fra forsøget.

Figur 2. Forsøg med syrning af højpasteuriseret mælk tilsat mælkesyrebakterier. pH er målt som funktion af tid ved forskellige temperaturer.

2. Giv en mulig forklaring på resultaterne vist i figur 2.

OHOH

CO

CC pKs = 3,86

HH

H

H

30 oC35 oC40 oC

Tid (timer)

7,0

6,5

6,0

5,5

5,0

4,5

4,0

pH

0 1 2 3 45 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

Opgaven fortsætter næste side.

121554.indd 7 27/03/13 10.11

8

Det viser sig at der er andre stoffer end mælkesyre, der påvirker pH-værdien i yoghurt, idet pH-værdien i en vandig opløsning af ren mælkesyre er 2,46.

3. Beregn stofmængdekoncentrationen af mælkesyre i en vandig opløsning med en pH-værdi på 2,46.

Indholdet af mælkesyre i en yoghurt er normalt mellem 6 og 10 g/L. Som det ses på figur 2 er pH-værdien i yoghurt cirka 4,5 og ikke 2,46 som i den rene opløsning af mælkesyre. Det skyldes stoffer i yoghurt, eksempelvis proteiner, der har puffervirkning. Blandt andet bidrager sidekæderne på aminosyrerne glutaminsyre og lysin til puffervirkningen.

4. Forklar hvilke egenskaber aminosyrernes sidekæder skal have for at virke som puffer.

Ladningen på aminosyrernes sidekæder er afhængig af pH. På figur 3a ses et udsnit af et polypeptid, der indeholder aminosyrerne lysin og glutaminsyre. På figur 3b og 3c ses Bjerrum-diagrammer for aminosyrernes sidekæder.

Figur 3. a) Udsnit af et polypeptid hvor der indgår aminosyrerne lysin og glutaminsyre. b) Bjerrumdiagram for lysins sidekæde c) Bjerrumdiagram for glutaminsyres sidekæde.

5. Forklar i hvilket pH-område polypeptidet har ladninger som vist i figur 3a.

- N - CH - C - N - CH - C -

CH2

CH2

CH2

CH2

CH2

CH2

NH3

+

CO O

-

O O

a)

Amino-syre Amino-

syreAmino-syre

Amino-syre

H H

0 5 10 14

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

0

pH

Syre

brøk

b)

0,9

0,7

0,5

0,3

0,1

Lysinssidekæde

0 5 10 14

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

0

pH

Syre

brøk

c)

0,9

0,7

0,5

0,3

0,1

Glutaminsyressidekæde

121554.indd 8 27/03/13 10.11

9

Opgave 4 Igler kan afsløre regnskovens pattedyr

Visse arter af igler lever af at suge blod fra pattedyr. Iglerne opkoncentrerer blodet, og de kan derefter oplagre det i adskillige måneder. Forskere har indsamlet blodigler i regnskove i Malaysia og undersøgt indholdet af pattedyr-DNA i oplagret blod. De forsøger at få indblik i, hvilke arter af pattedyr iglerne har været i kontakt med. Da cirka ¼ af verdens pattedyr er truet af udryddelse, kan iglerne måske hjælpe med at kortlægge hvilke pattedyrarter regnskoven stadig rummer.

Figur 1. Økologibegreber. Figur 2. Igler i et laboratorium, klar til at suge blod.

1. Angiv hvilke begreber fra figur 1, der kan anvendes til at beskrive en blodsugende igles rolle og ernæringsmåde i et økosystem.

For at undersøge stabiliteten af pattedyr-DNA i igler har forskerne lavet laboratorieforsøg, se figur 2. De vejede iglerne umiddelbart før og efter fodring med frisk blod fra geder. Derefter udtog de med jævne mellemrum igler, slog dem ihjel ved frysning og ekstraherede DNA.

Den anvendte ekstraktionsopløsning indeholdt blandt andet calciumchlorid. Calciumchlorid øger udbyttet af DNA fra cellerne, idet det virker på én af følgende måder:

a. Calciumchlorid er osmotisk aktivt, og det øger derfor udstrømningen af stoffer fra cellen, herunder DNA.

b. Calciumioner modvirker frastødning mellem de negative ladninger på

phosphatgrupper i DNA og i cellemembranens phospholipider. Dermed tillader de at DNA kan trænge ud af cellerne.

Fotoautotrof

Heterotrof

Primærproducent

Nedbryder

Parasit

Planteæder

Rovdyr

Opgaven fortsætter næste side.

121554.indd 9 27/03/13 10.11

10

2. Argumentér for, hvilken af de to ovenstående forklaringer, der kan forklare hvorfor

calciumchlorid øger udbyttet af DNA fra cellerne.

Man opformerede det ekstraherede DNA fra iglerne ved hjælp af PCR med primere specifikke for gede-DNA. På det grundlag blev mængden af gede-DNA i iglen ved dens død beregnet og sammenlignet med mængden af DNA i frisktappet gedeblod for at vurdere stabiliteten af gede-DNA i igler. Resultaterne af disse undersøgelser er vist i figur 3.

Figur 3. Stabilitet af gede-DNA i igler som funktion af tid efter fodring. Y-værdierne er angivet som antal DNA-kopier pr. gram opsuget gedeblod i forhold til antal DNA-kopier pr. gram frisk gedeblod i procent.

3. Beregn DNA’s halveringstid ved hjælp af forskriften på figur 3.

4. Giv forslag til hvilke forhold, der kan påvirke stabiliteten af DNA i det oplagrede blod i iglen.

For at kunne analysere pattedyr-DNA fra regnskovens igler brugte man primere, der matcher DNA-stykker, som findes hos alle pattedyr. Efter opformering ved hjælp af PCR blev DNA sekventeret og sammenlignet med kendte DNA-sekvenser fra forskellige pattedyr. Ved analyse af 25 igler fra regnskoven fandt man DNA fra fire forskellige relativt sjældne pattedyr.

5. Diskutér om brug af DNA-analyser fra igler, som beskrevet ovenfor, er en anvendelig metode til at undersøge biodiversiteten i et område.

y = 100e - 0,066x

R2 = 0,7051

Ant

al D

NA

-kop

ier (

%)

Tid efter fodring (dage)

0

20

40

60

80

100

50 1500 100

121554.indd 10 27/03/13 10.11

11

Kilder:

Opgave 2:

http://www.bio.miami.edu/dana/250/250S12_14print.html

http://ekstern.infonet.regionsyddanmark.dk/files/dokument136137.htm

Opgave 4:

http://politiken.dk/videnskab/ECE1605679/blodhungrige-igler-afsloerer-regnskovens-pattedyr-i-flaeng/

http://www.science.ku.dk/presse/nyhedsarkiv/2012/igler_zoo_biodiversitet/

Schnell, Ida S., Thomsen, Philip F. m.fl.: Screening mammal biodiversity using DNA from leeches. Current Biology Vol. 22, no 8.

Figur 2: Zoologisk Have, København.

Tegninger MarkR grafik/ Hans Marker

Alle internetkilder pr. 12. januar 2013

121554.indd 11 27/03/13 10.11

541 TRYKSAG 457

Studentereksamen 2013 Bioteknologi A 23. maj 2013

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

Navn: ________________________________

Klasse: ______________

Skole: ________________________________

a) Den normale og den ændrede cytosin. b) Baseparring i dele af DNA-molekyle.

P

O

O

O O-

CH2

CCC

C

O

H H

H

P

O

O

O

P

O

O

O

C CC C

OH H

HH

CH2 CH2

CCC

C

O

H H

H

C CC C

OH H

HH

CH2

5’

3’

H

P

O

O

O O-

5’

H

O

H

H

H

H

-O

-O

P

O

O

O O-

CH2

CCC

C

O

H H

H

P

O

O

O

P

O

O

O

C CC CH H

HH

CH2CH2

CCC

C

O

H H

H

C CC C

OH H

HH

CH2

H

P

O

O

O O-

3’

H

H

H

H

H

-O

-O

O

121554.indd 13 27/03/13 10.11