Laboratoriekursus 2016

Transkript

1 Laboratoriekursus 2016 Øvelsesvejledninger Biologi B VUC Aarhus, Dalgas Avenue 2, 8000 Aarhus C På kursusdagene kan du få fat på os på telefon

2 Indholdfortegnelse: Velkomstbrev (læses grundigt) side 3 Vejledning i rapport og journalskrivning side 4-5 Øvelsesvejledninger: Øvelse nr. 1: Bestemmelse af primærproduktionen side 6-9 Øvelse nr. 2: Forsøg med osmose i kartofler side Øvelse nr.3: Undersøgelse af skovbunden som et levende system side Øvelse nr. 4: Metode til påvisning af stivelse og maltose side Øvelse nr. 5: Forsøg med enzymet spytamylase side Øvelse nr. 6: Bestemmelse af kondital side Øvelse nr. 7: Måling af blodglukose ved indtagelse af kulhydrater side Øvelse nr. 8: Diagnosticering af sygdommen seglcelleanæmi side Øvelse nr. 9: Mitosen - den almindelige celledeling side

3 Kære flex- eller selvstuderende i biologi. Vi ønsker dig velkommen på laboratoriekursus på VUC Aarhus Kurset foregår på Dalgas Avenue 2, 8000 Aarhus C i Biologilokalerne på 2 etage, bygning D (Tårnet) Laboratoriekurset skal følges i fuldt omfang for at få det godkendt. Du skal sammen med dine medkursister udføre 9 eksperimenter og lave journal/rapport for hvert enkelt eksperiment. Rapporterne skal rettes og godkendes af kursets lærere for at få godkendt laboratoriekurset. Oplysninger om mailadressen til fremsendelse af rapporter oplyses på kurset. Om lørdagen og søndagen er skolen kun åben lige omkring kl. 9.00, hvor vi henter jer ved indgang A. Skulle du blive forsinket og ikke andet er aftalt, kan du dog komme i kontakt med biologi læreren på tlf.: , så du kan blive lukket ind. Om kurset: Laboratoriekurset omfatter den eksperimentelle del i faget biologi B og er en forudsætning for at blive indstillet til prøve i faget. For at få udstedt et kursusbevis kræver det, at du har udført alle forsøgene på kurset, at dine rapporter lever op til de krav der stilles i rapporten og at rapporterne afleveres rettidigt - afleveringsfristerne meddeles på kurset. Til eksamen, på din egen skole, skal du huske at medbringe de rettede rapporter, dine journaler og dit kursusbevis. Kurset starter fredag kl lørdag og søndag starter vi kl.9.00 og slutter kl Kursusmaterialet indeholder: En vejledning i rapportskrivning En Vejledning til hver øvelse Først i hver øvelsesvejledning finder du et punkt kaldet "relevant baggrundsstof" her henvises der til den teori, det kan være relevant at sætte sig ind i, inden du skal lave øvelsen. Rapporter og journaler skal følge den traditionelle opbygning for rapportskrivning. Forberedelse til kurset: Det forventes at du inden kurset har printet kursusmaterialet ud og medbringer dette på kurset. Og at du til de enkelte kursusdage forbereder dig til forsøgene dvs. som et minimum læser dine øvelsesvejledninger og sætter dig grundigt ind i hvordan forsøgene skal udføres. Husk også at laboratoriekurset er et godt tilbud til at få diskuteret faglige spørgsmål undervejs. På kurset skal du medbringe: Dit kursusmateriale, lærebog, lommeregner, lineal, blyant og papir. Da der indgår feltarbejde udendørs skal du medbringe tøj og fodtøj (gummistøvler) til dårligt vejr. Det er desværre ikke muligt at købe mad på skolen. Det er derfor en god ide at medbringe en madpakke eller du kan købe mad i nærheden. Der er både en kiosk og et pizzeria. Kaffe og te laver vi selv og skolen har også en mikrobølgeovn. Med venlig hilsen Biologilærerne på VUC Aarhus 3

4 Vejledning i rapportskrivning. I forbindelse med det eksperimentelle arbejde udarbejdes der rapporter over de udførte forsøg. Rapporten er en skriftlig formidling af et eksperimentelt arbejde til en modtager. Rapporten skal derfor være formuleret præcist, og den skal være saglig og objektiv. Læseren er dig selv og læreren. Rapporten skal skrives så begge parter hurtigt forstår indholdet - også lang tid efter det pågældende forsøg er lavet. (Rapporterne skal bl.a. bruges i eksamenssituationen). For at kunne skrive en fyldig rapport skal man have gjort personlige notater under udførelsen af et forsøg. Disse personlige notater er kun til en selv og behøver derfor ikke være så formfuldendte, men dog alligevel så klare og tydelige at de giver et godt grundlag for rapporten. Heri nedskrives fremgangsmåde, eventuelle ændringer i forhold til vejledningen, kladde til resultater (gerne i skemaform), stikord om resultaterne og eventuelle spørgsmål og konklusioner man kommer i tanke om undervejs. Ofte vil det være en god idé at styre notaterne efter de samme punkter som en rapport senere skal bygges op over. En biologirapport skal give læseren svar på følgende: Hvad har vi undersøgt? Hvordan er forsøget udført? Hvilke resultater er der kommet ud af det? Hvilken betydning kan det have? Rapporten opbygges efter nedenstående punkter i den angivne rækkefølge: Forsøgets titel: Der laves en forside med forsøgets titel, nummer, navn og holdnummer. Hvis I arbejder flere sammen skrives gruppens navne på. Forsøgets formål: Her noteres formålet med forsøget. Ofte vil der være en hypotese, der skal afprøves, men formålet kan også være at anvende noget specielt apparatur. Forsøgets hypotese: Ofte kan det være godt at formulere en eventuel hypotese som et selvstændigt afsnit. Teori til forsøget: I dette afsnit skal du i en kortfattet form præsentere den teori der hører til forsøget. Undlad at skrive afsnit direkte af fra lærebogen, prøv i stedet selv at formulere teorien i dit eget sprog. Husk også at præsentere de centrale begreber, der knytter sig til emnet. Materialer: Under dette punkt anføres hvilke dyr/planter der er anvendt, hvilke kemikalier der er brugt samt anvendt apparatur. Hvis der ikke er afvigelser fra den udleverede øvelsesvejledning, kan du nøjes med at henvise hertil (husk at vedlægge vejledningen). Fremgangsmåde: Under dette punkt beskrives, hvordan forsøget er udført. Gør det kort og klart og i logisk rækkefølge. Skriv hvad du/ gruppen har gjort, dvs. brug jeg form. Det kan i mange tilfælde være en fordel at tegne forsøgsopstillingen for at gøre tingene mere overskuelige. 4

5 Resultater: Alle iagttagelser og målinger (data) skal naturligvis med i rapporten. I det omfang det er rimeligt, skal resultaterne af hensyn til overskueligheden anføres i skemaform, tabelform og i kurveform. Afbildning af resultater/kurvetegning: - Giv figurer og tabeller en titel, samt en kort tekst, der fortæller, hvad kurven viser. - Ved tegning af kurver vælges en hensigtsmæssig inddeling af akserne. - Angiv benævnelse og enheder på alle akser. - Markér punkterne tydeligt på kurven, afvigende resultater skal også anføres. - Få punkter forbindes med rette linjer - mange punkter tegnes som blød kurve. - Hvis værdier mangler stiples linjen. - To kurver der skal sammenlignes bør altid have samme inddeling. Fejlkilder: Her anføres overvejelser om fejlkilder og usikkerheder under forsøgets udførelse. Ideer til forbedringer eller udvidelse af forsøget kan ligeledes beskrives her. Diskussion: Under dette punkt diskuteres forsøgsresultaterne (både de forventede og de uventede). Dette gøres ved, at man analyserer og tolker de opnåede resultater. Du bør besvare følgende spørgsmål: Har forsøget vist, hvad man teoretisk kunne forvente (er hypotesen bekræftet)? Er formålet/formålene med forsøget blevet opfyldt? Kan fejlkilder forklare eventuelle afvigelser? Er alle nødvendige kontrolforsøg blevet udført? Ofte indeholder den trykte vejledning nogle diskussionsspørgsmål, der skal besvares. Sådanne spørgsmål skal tjene som inspiration og skal derfor ikke besvares med ja/nej, men indgå i en samlet diskussion af data. Konklusion: Som afslutning på rapporten anføres den konklusion, som kan drages ud fra forsøgsresultaterne. Ofte vil det være en stillingtagen til den hypotese, som blev efterprøvet i forsøget. Mens diskussionen er fyldig og bredt formuleret, skal konklusionen være kortfattet og formuleret så præcist som muligt. Konklusionen skal være en konklusion på det der var forsøgets formål. Litteratur: Her anføres den litteratur, der har været anvendt ved udarbejdelse af såvel forsøget som rapporten. 5

6 Eksperiment nr.: Bestemmelse af primærproduktionen ved O 2 - metoden Rapporten er udført af: I samarbejde med: Dato: Rettet af: 6

7 Øvelsesvejledning: Bestemmelse af primærproduktionen ved O 2 - metoden. Relevant baggrundsstof: Fotosyntese og respiration, planternes primærproduktion. Teori: Grønne planter er i stand til at danne glukose ud fra kuldioxid og vand, samt energi i form af sollys. Dette foregår i planternes grønkorn ved processen fotosyntese. Planterne optager kuldioxid gennem deres spalteåbninger, som oftest sidder på undersiden af bladet. Vand optages gennem rødderne sammen med de næringssalte planten har brug for, til at danne alle de organiske stoffer der indgår i dens opbygning. Hos vandplanter er den mest anvendte kulstofkilde HCO 3 -. Hydrogencarbonat-ionen fremkommer når CO 2 opløses i vand (kulsyres ligevægtssystem). At vandplanterne kan udnytte hydrogencarbonat-ionen til fotosyntesen skyldes, at de har et enzym der katalyserer processen: 2 HCO 3 - CO 2 + CO H 2 O den frigjorte CO 2 udnyttes herefter til fotosyntesen. Da planterne er første led i en fødekæde, kaldes de for primærproducenter. Planter har imidlertid brug for energi til forskellige livsprocesser, den får de ved at udføre en respiration. Respirationsprocessen foregår i plantens mitochondrier, som ligger i cellens cytoplasma. Ved respirationen kan planten ved brug af glukose og ilt frigøre energien i glukosen. Fotosyntesen : 6CO 2 +6H 2 O +lysenergi C 6 H 12 O 6 +6O 2 Respirationen : C 6 H 12 O 6 + 6O 2 6CO 2 + 6H 2 O + energi i form af ATP Bemærk fotosyntesen er en opbygningsproces, hvor der opbygges organiskstof i form af glukose, mens respirationen er en nedbrydningsproces, hvor den dannede glukose nedbrydes og omsættes til energi i form af ATP. ATP, Adenosin-Tri-Phosfat er den universelle energiform i cellen. Den totale mængde organisk stof, som planten har dannet ved fotosyntesen kaldes bruttoprimærproduktionen (BPP). Den del af produktionen, der er tilbage når planten har brugt energi til egne livsprocesser ved respiration (R), kaldes nettoprimærproduktionen (NPP). Det er således nettoprimærproduktionen som kan føres videre i fødekæden. Primærproduktionen opgives ofte pr. tidsenhed (år) og pr. arealenhed (km 2 ). Følgende sammenhæng haves: BPP = NPP + R, NPP kaldes også for tilvæksten 7

8 Formål: At bestemme en vandplantes primærproduktion i løbet af et døgn, samt iagttage under hvilke forhold planten udskiller O 2 og optager O 2. Materialer: Til forsøget benyttes vandplanter, da disse er lettere at arbejde med. Vandplanter har ingen spalteåbninger, da bladpladerne kun er få cellelag tykke. Læg eventuelt et blad under mikroskopet og se på grønkorn og cytoplasmastrømninger. to portioner afvejet vandplante (Elodea) tre Bluecap flasker 500ml vand fra hanen evt. mineralvand (CO 2 ) iltmåler staniol stor plastikspand med vand Metode: Til at bestemme en plantes primærproduktion i et soldøgn, vil vi benytte den såkaldte O 2 -metode. Metoden forudsætter at planten optager O 2 fra vandet til sin respiration og udskiller O 2 ved sin fotosyntese. Ændringen i vandets oxygenindhold, fra start til slut, kan på den måde føre frem til en værdi for plantens nettoprimærproduktion og respiration. Der opstilles tre forsøg: Forsøg Plante Vand CO 2 Lys O 2 indhold start O 2 indhold slut kontrolflaske + + lysflaske mørkeflaske Der måles iltindhold inden flaskerne lukkes. Flaskerne skal lukkes så der ikke er luftlommer, dette gøres ved at skrue hætten på under vand. Stil flaskerne i samme miljø (lys i 12 timer et soldøgn). Hypotese/forventninger: Hvad forventer du der vil ske med O 2 indholdet i de tre forsøgsflasker. Beregning: Følgende sammenhæng gælder: BPP = NPP + R, hvor man kan finde: NPP = lysflaske/slut lysflaske/start (mg O 2 /liter ) R = mørkeflaske/start mørkeflaske/slut (mg O 2 /liter) Det er nu muligt at omregne mængden af oxygen til milligram glukose ud fra følgende sammenhæng: 6CO 2 + 6H 2 O + lysenergi C 6 H 12 O 6 + 6O 2 264g/mol 108g/mol 180g/mol 192g/mol 8

9 Ud fra fotosynteseligningen og de forskellige reaktanters - og produkters molmasse, finder vi at 1g oxygen udskilt ved fotosyntesen svarer til 0,94g glukose da forholdet mellem dem er 180g/mol : 192g/mol = 0,94. Resultatbehandling: Opstil et skema med forsøgsresultaterne og beregn herudfra: NPP i mg O 2 /gram plante/soldøgn, Respirationen (R) i mg O 2 /gram plante/soldøgn og BPP udtrykt som mg O 2 /gram plante/soldøgn. Ved at udnytte oplysningen om at 1 g O 2 svarer til 0,94 g glukose skal du nu omregne værdien for NPP i mg O 2 /gram plante/soldøgn, til mængden af glukose produceret pr.gram plante i et soldøgn. Udregn NPP (i gram glukose pr.gram plante) på årsbasis, idet du antager at fotosyntesen kan finde sted i 200 soldøgn på et år. Beregn hvor stor en procentdel af energien (proportional med mg O 2 ) der er gået til plantens respiration (R) henholdsvis nettoprimærproduktion (NPP). Diskussion: 1. Forklar hvilke processer der er foregået i de to glas med planter 2. Hvorfor er det nødvendigt at afveje plantematerialet? 3. Hvorfor må der ikke være luftlommer i glassene ved start? 4. Hvorfor laver vi forsøget med vandplanter? 5. Hvor stor en procentdel udgør den energi der går til henholdsvis respirationen og tilvæksten (NPP) Stemmer de fundne resultater overens med de teoretiske værdier? 6. Nævn forskellige forhold, der har betydning for primærproduktionens størrelse. Konklusion: Fejlkilder: Er der fejlkilder i dette forsøg? 9

10 Eksperiment nr.: Forsøg med osmose Rapporten er udført af: I samarbejde med: Dato: Rettet af: 10

11 Øvelsesvejledning: Forsøg med osmose Relevant baggrundsstof: Plantecellens opbygning, cellemembranens opbygning og transportformer gennem cellemembranen. Teori: Alle celler er afgrænset af en cellemembran. Membranen er fortrinsvis opbygget af fedtstoffer (fosfolipider) og proteiner og er karakteriseret ved, at den kun tillader visse stoffer at passere igennem (kaldes semipermeabel). Cellemembranens egenskaber gør det muligt for cellen at opretholde et indre miljø, der er forskelligt fra omgivelserne. Forskellige opløste stoffer kan bevæge sig gennem membranen på forskellig måde afhængig af deres størrelse eller andre egenskaber. Man taler her om forskellige transportformer gennem membranen. En af de mekanismer der driver stoffer gennem membranen er diffusion. Ved diffusion forstår man molekylernes egen bevægelse gennem membranen. Denne bevægelse er ikke retningsbestemt, men nettobevægelsen vil være, fra et sted med høj koncentration af det pågældende stof til et sted med lav koncentration af stoffet. Et eksempel kunne være diffusionen af ilt fra lungealveolerne til blodbanen. En særlig form for diffusion er bevægelse af vand gennem en cellemembran, dette fænomen kaldes for osmose. Cellens cytoplasma består af vand med opløste stoffer - det kan være glukose, salte eller proteiner disse molekyler er for store til selv at kunne gå gennem cellemembranen. Forestil dig nu en celle omgivet af rent vand dvs. at koncentrationen af vand udenfor cellen er højere end inde i cellen. I dette eksempel vil vandet udenfor cellen bevæge sig gennem membranen. Vandet vil bevæge sig fra høj koncentration af vand til lav koncentration af vand. Man siger vandet har bevæget sig ved osmose. Den mængde vand, der kan passere over membranen vil være bestemt af, hvor stor en koncentration der er af "osmotisk aktive stoffer" på de to sider af membranen. Med osmotisk aktive stoffer menes der stoffer, som ikke uden videre kan passere gennem cellemembranen. Det tryk der opstår som følge af forskellen i koncentrationen af opløste stoffer på de to sider af cellemembranen kaldes det osmotiske tryk. Formål med forsøget: o At påvise osmosefænomenet - vands diffusion fra en højere til en lavere koncentration af vand. o At undersøge hvilken sammenhæng, der er mellem vand-/salt-koncentration og vægtændringerne i vores kartoffel. o At undersøge hvilken koncentration af salt, der modsvarer koncentrationen inde i kartoffelcellerne. o At beregne det osmotiske tryk i en kartoffelcelle. 11

12 Hypotese: Opstil en hypotese, der forudsiger hvordan kartoflens vægt vil ændres i henholdsvis en hyperton-, hypoton- og en isotonopløsning. Materialer: Kartofler, pommefrites-jern (evt. kniv), saltopløsninger med forskellige koncentrationer, analysevægt, køkkenrulle, kulturglas og saltopløsninger. Metode: Hvert hold laver et antal ensartede kartoffelstykker svarende til antallet af saltopløsninger. Hvert af kartoffelstykkerne vejes omhyggeligt (3 decimaler), hvorefter de kommes ned i hvert sit reagensglas med hver sin saltkoncentration. Der hældes saltopløsning over kartoflen til den er dækket. Glassene med kartoffelstykkerne står overdækket med plastfilm eller lignende i minimum 2 timer. Herefter fiskes de op af glassene og vejes efter, kortvarigt, at have ligget til afdrypning (ikke klemme) på et stykke køkkenrulle. NB! Husk at notere kartoflens vægt ved start, samt koncentrationen (%) af den saltopløsning den lægges. Fremstilling af saltopløsninger: Saltopløsningerne laves som fortyndinger af den mest koncentrerede opløsning, nemlig 8% saltopløsningen. Af denne 8 % stamopløsning laves 1 L (= 1000 ml) ved at opløse 80 gram salt (NaCl) i demineraliseret vand til det samlede rumfang er i alt 1L. Fortyndingerne er fremstillet ud fra nedenstående skema: koncentration af færdig saltopløsning der skal bruges følgende rumfang 8% saltopløsning 0 % 0,0 ml 250 ml 0,5 % 15,6 ml 250 ml 0,75 % 23,4 ml 250 ml 1,0 % 31,3 ml 250 ml 1,5 % 46,9 ml 250 ml 2,0 % 62,5 ml 250 ml 2,5 % 78,1 ml 250 ml 3,0 % 93,8 ml 250 ml 4,0 % 125,0 ml 250 ml 6,0 % 187,5 ml 250 ml 8,0 % 250,0 ml en ukendt opl. der fortyndes op til et rumfang på i alt 12

13 Resultatbehandling: Lav tabel der indeholder følgende data: Glas nr Saltkoncentrationen i % Kartoflens vægt ved start Kartoflens vægt ved slut Vægtændringen i % Vægtændringen i % beregnes: (vægt efter - vægt før) vægt før x 100% 1. Resultaterne afbildes i et koordinatsystem med den procentiske vægtændring som funktion af saltkoncentrationen, hvor X-aksen =saltkoncentration i % og Y-aksen= vægtændring i %. 2. Aflæs på grafen den "ukendte saltopløsning" koncentration af salt (i %) 3. Aflæs ved hvilken saltkoncentration opløsningen er isotonisk og beregn det osmotiske tryk i cellen. Beregning af det osmotiske tryk i kartoffelcellerne: Ved hjælp af nedenstående formel kan det osmotiske tryk (Ψ) i en kartoffelcelle bestemmes: Ψ = i C R T, hvor i = 1,9 (en konstant for en næsten ideal opløsning) R= 0,0821 L atm K -1 mol -1 (gaskonstanten) T= 298K (temperaturen i Kelvin, svarer til 20 C ) C er den molære koncentrationen af NaCl M (Molmassen for NaCl )= 58, 5 g/mol hvor den molære koncentration, C, beregnes ud fra den isotoniske saltopløsning som: saltopløsning aflæst og omregnet til gram NaCl / liter C = M NaC Diskussion: 1. Forklar hvad der sker, når kartoffelcellen placeres i henholdsvis en hypertonisk-, hypotonisk- eller en isotonisk saltopløsning. 2. Gør rede for, hvor stort er det osmotiske tryk er i kartoffelcellen og forklar hvordan cellen er i stand til at modstå så højt et osmotisk tryk. Til sammenligne kan du bruge, at 10 meter vandsøjle svarer til 1 atm tryk. 3. Forklar hvorfor man skal undgå luftlommer i flaskerne når proppen lukkes til. 4. I dette forsøg har vi arbejdet med osmose. Gør rede for de øvrige transportformer, der medvirker til transport af stoffer gennemcellemembranen. I din gennemgang skal du gøre rede for, om der er tale om passiv eller aktiv transport. 5. Giv eksempler på, diffusion og osmose i kroppen. Konklusion: Lav til sidst en kort konklusion på dette forsøg (Er hypotesen besvaret?) Fejlkilder: Her angives de fejlkilder i forsøget, der har haft betydning for resultatets troværdighed. 13

14 Eksperiment nr.: Undersøgelse af skovbunden som et levende system. Rapporten er udført af: I samarbejde med: Dato: Rettet af: 14

15 Øvelsesvejledning Undersøgelse af skovbunden som et levende system. Relevant baggrundsstof: Stofkredsløb og nedbryderfødekæden Teori til forsøget: Tager man en håndfuld jord, kan denne groft inddeles i dødt organisk materiale, uorganiske stoffer (næringssalte), uorganiske partikler (mineraler), vand, luft samt de levende organismer. Når man ønsker at beskrive jordbundsforholdene er det blandt andet for at forstå, hvordan disse faktorer er afhængige af hinanden. Det døde organiske materiale nedbrydes af jordens mikroorganismer og svampe. Der sker en mineralisering, hvor der frigøres næringssalte. Ved den mikrobielle nedbrydning bliver der nogle svært nedbrydelige organiske rester tilbage, disse forbindelser kaldes humus. Humus sammenkittes med jordens mineraler til jordkolloider. Dette giver en god krummestruktur og kaldes muld. Andre steder hvor det døde organiske materiale er vanskeligt at nedbryde eller der mangler naturligt kalk, sker der en forsuring og jorden kan karakteriseres som morbund. Surhedsgraden, jordens krummestruktur og jordens vandindhold er abiotiske faktorer, der har betydning for nedbrydernes evne til at omdanne det døde organiske stof til næringssalte. Del 1. Bestemmelse af skovens træer og buske. Start med at bestemme hvilke træer, der vokser i skoven (løvtræer, nåletræer osv). Gå systematisk til værks og lav en liste over de store træer der udgør skovens krone, underskovens træer og buske samt urter der vokser i skovbunden. Undersøg også hvilke visne blade du finder i førnelaget. Skovens træer små træer og buske Urter Førnelagets blade Hypotese: Opstil ud fra ovenstående iagttagelser en hypotese, for hvilken jordbundstype du forventer at finde i den pågældende skov (muldjord/ morjord/ sandet lerjord). Del 2. Undersøgelse af jordbundsforholdene Beskrivelse af jordbundsprofilen. Grav med en spade et dybt hul, helst med lige sider. Grav indtil du når mineraljorden i ca. en ½ meters dybde tegn eller tag et foto af jordbundsprofilen. Husk også at beskrive førnelagets tykkelse og giv en karakteristik af de enkelte lags tykkelse og udseende. 15

16 1. Bestemmelse af jordens ph. Ved hjælp af en ph indikator (Ohlsens enke) bestemmes jordens ph- brugsanvisningen følges. 2. Indsamling af jordprøver. Der indsamles ca. 800 gram jord fra hvert prøvested. Jordprøven tages i de øverste cm af jorden (under førnelaget) Resultatskema: Lokalitet: bøgeskov kommentar Jordstruktur (visuelt bedømt) Førnelagets tykkelse (løvdækket) Surhedsgrad (ph) Diskussion: 1. Giv en karakteristik af den aktuelle jordprofil og hvilken jordbundstype der er tale om. 2. Giv en forklaring på, at førnelaget i bøgeskoven nedbrydes meget langsomt og diskuter hvordan førnelaget/løvdækket kan have betydning for både planter og dyr. 3. Beskriv i hvilke lag nedbrydningen foregår og hvilke næringssalte du vil forvente at finde i jorden. 4. Hvilken betydning har ph for nedbrydningshastigheden? 5. Gør rede for, hvordan henholdsvis lerlag eller sand i jorden har betydning for tilgængeligheden af næringssaltene. 6. Diskuter til sidst hvilke andre forhold, der har betydning for omsætningen i en skovbund. Del 3. Undersøgelse af respirationen i forskellige jordprøver. Teori: Når mikroorganismerne nedbryder dødt organisk stof udfører de en respirationsproces. Respirationsprocessen kan opskrives som: C 6 H 12 O 6 + 6O 2 6H 2 O + 6 CO 2 + energi eller Dødt organisk stof + O 2 H 2 O + CO 2 + næringssalte + energi Som et mål for mikroorganismernes respiration, kan man benytte flere parametre. Man kan f.eks. måle udskillelsen af CO 2 eller optagelsen af O 2. Teoretisk kunne man også opstille et forsøg, der viser hvor meget organisk stof der forsvinder. En væsentlig fejlkilde, når man udfører respirationsmålinger i laboratoriet er, at de ikke foregår under naturlige betingelser. Metoden er derfor bedst til relative sammenligninger, hvor man således ser bort fra de aktuelle forhold på lokaliteten. 16

17 Formål: Vi vil i denne øvelse vise at jordbunden er et levende system, dette gøres ved at undersøge hvor meget CO 2 der udskilles fra jordprøven, som følge af mikroorganismernes respiration. Samtidig ønskes det belyst om jordbundforholdene har betydning for nedbrydernes aktivitet. Samtidig med CO 2 målingerne kan man registrerer forbruget af O 2 - der laves ingen beregninger på O 2 data. Materialer: Udstyr til måling af CO 2 udskillelse og O 2 forbrug. Et antal biokamre (2 liter) Et antal forskellige jordprøver á samme størrelse (ca. 600 g) f.eks. fra bøgeskov, granskov, havejord, kompost (prøverne fugtes let hvis jorden er meget tør). Metode: Biokamrene monteres med 600 gram jordprøve (som eventuelt fugtes) Der monteres CO 2 -sensor/o 2 -sensor til dataopsamling i biokammerets gummiring. Husk at sætte CO 2 - sensoren på måleområdet H-høj. Der opsamles data i minimum 24 timer. Forsøget stilles et ikke alt for varmt sted. CO 2 -sensoren måler i enheden ppm CO 2. Denne figur viser skærmbilledet ved et forsøg, hvor der blev målt på beholderens indhold af både CO 2 og O 2 : 17

18 Vi skal kun bruge den nederste kurve, hvor ændringen af CO 2 -indholdet er afsat som funktion af tiden. Tidsrummet hvori målingerne er blevet foretaget kan således aflæses på X-aksen. Det var i dette tilfælde (1548 0) sekunder = 1548 sekunder. Ændringen i CO 2 -koncentration aflæses på Y-aksen. Den var i dette tilfælde ( ) ppm = 278 ppm. Vi har altså en CO 2 -ændring på 278 ppm /1548 sek. = 0,1796 ppm/sek Beregninger: 1. Der laves en tabel, der angiver typen af jordprøve samt den dannede mængde CO 2 i ppm pr. 24 timer pr 100 gram jord (se ovenstående figur). Den dannede mængde CO 2 kan omegnes fra ppm CO 2 til liter CO 2 ved at gange værdien for ppm CO 2 med faktoren 0,99 x 10-6 (under forudsætning at beholderens luftvolumen er 1 liter er luftvolumen over jordprøven i biokamret forskellig fra 1 liter, ganges med volumen i liter). Den beregnede værdi indføres i skemaet. 2. Omregn mængden af CO 2 i ppm til CO 2 i liter pr.24 timer pr. 100 gram jord. 3. Ud fra resultatet i 2) kan man nu beregne hvor mange liter CO 2 der udskilles pr. år pr. 100 jord. Diskussion: 1. Gør rede for de abiotiske faktorer, der har betydning for mikroorganismernes nedbrydningsaktivitet. 2. Diskuter hvorfor der er forskel på den udskilte mængde af CO 2 i de undersøgte jordprøver. I besvarelsen skal indgå en vurdering af jordbundstypen og hvordan denne har betydning for stofomsætningen. 3. Hvordan kan man opstille et kontrolforsøg, der viser at CO 2 udskillelsen skyldes mikroorganismerne? 4. Nævn nogle at de naturlige forhold, der ikke er taget højde for i den pågældende forsøgsopstilling og som kan anses for at være en fejlkilde. Husk konklusion og fejlkilder. 18

19 Eksperiment nr.: Metode til påvisning af stivelse og maltose Rapporten er udført af: I samarbejde med: Dato: Rettet af: 19

20 Øvelsesvejledning: Metode til påvisning af stivelse og maltose. Relevant baggrundstof: kulhydraters opbygning, enzymer og fordøjelsesprocessen. Teori: Når vi i kosten indtager kulhydrater, skal disse spaltes inden kroppen kan udnytte dem. Denne spaltning er en del af vores fordøjelse. Spaltningen af kulhydrater starter allerede i mundhulen, hvor der med udskillelsen af spyt også tilsættes et enzym, spytamylase. Da fødens opholdstid i munden er begrænset fortsætter fordøjelsen af kulhydrater, når føden kommer ned i tolvfingertarmen og tyndtarmen, hvor der udskilles en række enzymer, som nedbryder kulhydraterne til den mindste enhed nemlig monosakkarider. Føden indeholder forskellige typer af kulhydrater: Monosakkarider: Simple sukkerarter som består af et sukkermolekyle f.eks.glukose, fruktose og galaktose. Disakkarider: Sukkerarter der er opbygget af to monosakkarider, f.eks. maltose (2 glukose), sakkarose (glukose+fruktose) eller laktose (glukose + galaktose) Polysakkarider: Er store molekyler der er opbygget af mange tusinde glukose molekyler f.eks. stivelse (amylose) og cellulose (kostfibre/plantecellevægge). Karakteristisk for de simplekulhydrater er, at de smager sødt mens polysakkariderne ikke rigtig smager af noget - tænk selv efter! Formål: Når man laver forsøg med enzymer, har man brug for at kunne påvise, at en spaltning har fundet sted f.eks. i forbindelse med nedbrydning af stivelse. Stivelse + spytamylase maltose maltose + maltase 2 glukose substrat enzym produkt substrat enzym produkt Øvelsens formål er at afprøve en metode til påvisning af forskellige kulhydrater. Resultatet af dette forsøg kan benyttes, hvis man arbejder med enzymet spytamylase. Spytamylase spalter stivelse til maltose. Bemærk: De fleste enzymer navngives efter ordstammen til den forbindelse eller reaktion de deltager i, tilføjet endelsen -ase, f.eks. spalter enzymet maltase kulhydratet maltose. 20

21 Materialer: 10 små reagensglas 1% stivlesesopløsning En glasspatel til omrøring 1% maltose-opløsning En gryde med kogende vand JJK-opløsning (jod-jod-kalium) Et bægerglas til spyt Benedict- opløsning En pipette Metode: TEST FOR STIVELSE: Opstil 5 glas af følgende indhold (der tilsættes 2 ml opløsning i hvert glas): glas 1 reagens (JJK) glas 2 vand, glas 3 stivelse, glas 4 maltose, glas 5 spyt. Noter farven på glassets indhold og tilsæt JJK til glassene 1-5. Noter farven efter reaktion. Glas nr. Indhold Farve ved start (før tilsætning af JJK) 1 JJK Iodfarvet /iodbrun 2 Vand+JJK 3 Stivelse +JJK 4 Maltose + JJK 5 Spyt+JJK Farve slut (med JJK) TEST FOR MALTOSE: Opstil dernæst 5 glas med følgende indhold: glas 1 reagens (Benedict ) glas 2 vand, glas 3 stivelse, glas 4 maltose, glas 5 spyt. Tilsæt Benedict til opløsningerne og noter farven på glassets indhold ved start Stil glassene i varmebad og kog i ca. 1minut. Noter farven herefter. Glas nr. Indhold farve ved start (inden kogning) 1 Benedict Turkis blå 2 Vand+Benedict 3 Stivelse +Benedict 4 Maltose + Benedict 5 Spyt+Benedict farve ved slut efter kogning) 21

22 Diskussion: 1. Hvilket af de to reagenser (JJK eller Benedict) kan bruges til at påvise stivelse og hvilken farve får prøven? 2. Hvilket reagens kan bruges til at påvise maltose og hvilen farve får prøven? 3. Antag vi har opstillet et forsøg, hvor man har haft et glas med stivelse og spytamylase (spyt). Forklar hvad der vil ske i glasset og hvilken farve man vil få ved test for stivelse og test for maltose, hvis al stivelsen er blevet spaltet? 4. Hvorfor opstilles der et glas kun med spyt? 5. Hvorfor opstilles der et glas kun med vand? Konklusion: 22

23 Eksperiment nr.: Forsøg med enzymet spytamylase Rapporten er udført af: I samarbejde med: Dato: Rettet af: 23

24 Øvelsesvejledning: Forsøg med enzymet spytamylase. Relevant baggrundstof: Proteiner - og kulhydraters opbygning, enzymer og fordøjelsesprocessen. Teori: Enzymer er proteiner, som katalyserer kemiske reaktioner i den levende celle. En katalysator er i stand til at ændre den hastighed, hvormed en kemisk reaktion foregår. Det vil i praksis sige, at de forskellige kemiske reaktioner i cellen kun kan foregå, fordi der er enzymer tilstede. Enzymerne bliver ikke forbrugt under processen og fremtræder efter endt reaktion i uændret form. Et enzym er mere eller mindre specifikt og deltager kun i en eller få beslægtede processer. De fleste enzymer navngives efter ordstammen til den forbindelse eller reaktion de deltager i, tilføjet endelsen -ase, f.eks. spalter enzymet maltase kulhydratet maltose. To andre begreber er værd at kende nemlig substrat og produkt. Man kan sige, at den forbindelse som enzymet binder sig til kaldes substratet og det, der kommer ud af reaktionen kaldes produktet. Maltose + enzym 2 glukose + enzym substratet produktet Enzymerne kan opdeles i to kategorier: endoenzymer, som virker inde i cellen og ektoenzymer som udskilles af cellen og virker uden for denne (f.eks. fordøjelsesenzymerne). Enzymerne er opbygget af en eller flere kæder af proteiner. Herforuden indgår der ofte et såkaldt coenzym (ofte vitamindel) og en metalion (f.eks. Mg 2+, Mn 2+, Fe 3+ eller Zn 2+ ). apoenzym + coenzym = holoenzym proteindel vitamindel Enzymet Enzymers aktivitet afhænger af flere forskellige forhold. Typisk kan man sige, at de forhold der kan ændre et proteins struktur også vil have betydning for enzymets evne til at katalysere en reaktion. Her skal nævnes tre forhold som har betydning: temperatur, ph og tilstedeværelsen af tungmetalioner (f.eks. Hg 2+, Cd 2+ og Cu 2+ ). Både temperatur og ph har indvirkning på proteindelens struktur og tungmetalioner kan gå ind og påvirke det reaktiveområde i enzymet. Endvidere har mængden af enzym og koncentrationen af substrat selvfølgelig også betydning for reaktionshastigheden. 24

25 Formål: At undersøge forskellige faktorers indvirkning på fordøjelsesenzymet spytamylase. Enzymet findes i spyt hos mennesker og andre pattedyr og påbegynder, allerede i munden, nedbrydningen af stivelse (amylose) til simple sukkerarter (maltose). I dette forsøg undersøges hvordan temperatur, ph og kobbersulfat (CuSO 4 ) virker på enzymaktiviteten. Materialer til forsøget: Spyt (læs mundvand) 1% stivelsesopløsning Iod-iodkalium opløsning Benedictopløsning 0,1M HCl (saltsyre) 0,5M CuSO 4 ph-sticks Bægerglas til spyt reagensglas og reagensglasstativ mærkningstape, glasspatel til omrøring engangspipette til spyt termobade ved forskellige temperaturer køleskab gryde med kogende vand Metode: Forsøg med temperaturens indvirkning på enzymaktiviteten: Enzymaktiviteten undersøges ved et udvalg af temperaturer mellem 5 C og 100 C. Til hver temperatur opstilles 3 reagensglas: Glas 1 indeholder 2 ml spyt Glas 2 indeholder 4 ml stivelsesopløsning Glas 3 indeholder 4 ml stivelsesopløsning. Husk at mærke glassene med navn, nummer, indhold, m.m. temperatur navn Lad glassene stå i mindst 5 minutter og akklimatiseret ved forsøgstemperaturen. Herefter overføres de 4 ml stivelse fra glas 2 til glasset med spyt (glas1)- rør rundt. Glas 3 tilsættes ikke spyt (kontrolglas) Reaktionen får nu lov at forløbe i ca.15 minutter ved den valgte forsøgstemperatur. Afkøl de glas der har stået ved høj temperatur i et par minutter. Fordel indholdet fra hvert forsøgsglas (1-3) i to nye glas. Undersøg nu indholdet i glassene vha. Iod - og Benedict prøven som i det indledende forsøg.*) OBS: I forsøget ved 5 C er det vigtigt at lave analysen på indholdet straks, så enzymerne ikke når at blive aktive dvs. Benedictprøven sættes i spilkogende vand!!! *) Forsøg med påvisning af stivelse og maltose. 25

26 Forsøg med ph s indvirkning på enzymaktiviteten (37 C). Opstil 3 glas på følgende måde: Glas 1 indeholder 2 ml spyt + 2ml HCl Glas 2 indeholder 4 ml stivelsesopløsning Glas 3 indeholder 4 ml stivelsesopløsning. Husk at mærke glassene med navn, nummer, indhold m.m. Lad glassene stå i mindst 5 minutter og akklimatiseret ved 37 C. Herefter overføres de 4 ml stivelse fra glas 2 til glasset med spyt+ HCl (glas1) omrør og mål ph i blandingen- lad blandingen stå i 5 minutter. Glas 3 tilsættes ikke spyt (kontrolglas) Reaktionen får nu lov at forløbe i ca.15 minutter ved 37 C Fordel indholdet fra hvert forsøgsglas (1-3) i to nye glas. Undersøg nu indholdet i glassene vha. Iod - og Benedict prøven som i det indledende forsøg.*) OBS. Mål ph i opløsningen før og efter tilsætning af syren! Forsøg med kobbersulfats (CuSO 4 ) indvirkning på enzymaktiviteten (37 C). Opstil 3 glas på følgende måde: Glas 1 indeholder 2 ml spyt + 1ml CuSO 4 Glas 2 indeholder 4 ml stivelsesopløsning Glas 3 indeholder 4 ml stivelsesopløsning. Husk at mærke glassene med navn, nummer, indhold, m.m. temperatur og navn Lad glassene stå i mindst 5 minutter og akklimatiseret ved 37 C. Herefter overføres de 4 ml stivelse fra glas 2 til glasset med spyt+cuso 4 (glas1) - rør rundt og lad blandingen stå i 5 minutter. Glas 3 tilsættes ikke spyt (kontrolglas) Reaktionen får nu lov at forløbe i ca.15 minutter ved 37 C Fordel indholdet fra hvert forsøgsglas (1-3) i to nye glas. Undersøg nu indholdet i glassene vha. Iod - og Benedict prøven som i det indledende forsøg.*) I ventetiden kan du formulere en hypotese og lave resultatskema. 26

27 Resultater: Opstil et skema med forsøgsresultaterne Diskussion/ spørgsmål til forsøget: 1. Forklar hvordan man af forsøgsresultaterne kan se, om enzymet er aktivt eller inaktivt? 2. Gør rede for aktiviteten ved de forskellige forsøgstemperaturer og diskuter resultaterne i forhold til teorien. 3. Ved hvilken ph er enzymet spytamylase normalt aktivt? 4. Forklar hvilken betydning en ændring i ph vil have på enzymaktiviteten og gør rede for resultaterne i dit eget forsøg. 5. Hvad sker der med enzymaktiviteten, når der tilsættes CuSO 4? 6. Hvorfor er der i opstillet glas med og uden spyt ved hvert forsøg? Konklusion: Fejlkilder: Angiv her hvilke fejlkilder har haft indflydelse på dine resultater. 27

28 Eksperiment nr.: Bestemmelse af kondital Rapporten er udført af: I samarbejde med: Dato: Rettet af: 28

29 Øvelsesvejledning: Bestemmelse af kondital Formål: Formålet med dette eksperiment er at beregne forsøgspersonernes kondital. Introduktion: Konditallet beregnes som den maksimale iltoptagelse pr. minut pr. kilo legemsvægt. Konditallet benyttes som et udtryk for hvor god kroppen er til at udføre aerobt arbejde, fx løb eller cykling. Evnen til at udføre dette arbejde afhænger af lungernes evne til at optage luftens ilt, hjertet og kredsløbets evne til at transportere ilten ud til musklerne og musklernes evne til at udnytte den tilførte ilt ved arbejde. Vi antager at der er lineær sammenhæng mellem 1) pulsfrekvens og 2) iltoptagelse altså jo højere puls, jo mere ilt optager (og bruger) kroppen. Vi antager også, at der er en lineær sammenhæng mellem 3) pulsfrekvens og 4) arbejdsintensitet altså jo hårdere man arbejder, jo hurtigere slår hjertet. (Se figuren nedenfor). Er disse antagelser korrekte, så må der også være en lineær sammenhæng mellem 2) iltoptagelse og 3) arbejdsintensitet (da de begge er proportionale med pulsfrekvensen) altså at der er en lineær sammenhæng mellem den mængde ilt, kroppen kan optage (og bruge) og intensiteten af det arbejde kroppen kan udføre. Altså jo mere ilt man kan optage, jo hårdere kan man arbejde eller sagt lidt omvendt jo hårdere man arbejder, jo mere ilt skal der optages. For at bestemme den maksimale iltoptagelse skal man derfor finde den maksimale arbejdsintensitet, hvilket kan gøres ved at køre sig selv helt ud på kondicyklen. Der findes dog mindre anstrengende metoder, hvor man arbejder med submaksimal intensitet (= under maksimal intensitet) og benytter sig af de lineære sammenhænge mellem pulsfrekvens, iltoptagelse og arbejdsintensitet det er denne type konditest, vi skal benytte os af her. Testen udføres som en tre-punktstest, hvor det maksimale cykelarbejde bestemmes på baggrund af en grafisk afbildning se senere. Forsøget udføres på en kondicykel. Umiddelbart inden testen skal forsøgspersonen varme op ved at cykle med meget lav belastning i 4-5 minutter. Under selve forsøget skal forsøgspersonen cykle i fem minutter på tre forskellige belastninger (de kaldes cykelarbejde 1, 2 og 3). Kadencen skal være 60 omdrejninger pr minut (kan aflæses på kondicyklens display). Den første belastning (cykelarbejde 1) skal være således at pulsen stabiliseres i området slag/min efter ca. 5 minutters cykling. Den anden belastning (cykelarbejde 2) skal være således at pulsen stabiliseres i området slag/min efter yderligere 5 minutters cykling Den tredje belastning (cykelarbejde 3) skal være således at pulsen stabiliseres i området slag/min efter yderligere 5 minutters cykling Testen giver det bedste resultat, hvis de tre pulsværdier ikke kommer til at ligge for tæt. Fx vil 120, 140 og 160 være fint. 29

30 Materialer: Kondicykel, Pulselektrode/brystrem, trådløs modtager af signal fra brystremmen, LabQuest, pc med softwaren Logger Pro, og diverse kabler. Alternativ til pc-registrering: Pulsur med tilhørende elektrode-/sender-rem, samt en medhjælper til at kontrollere og aflæse pulsen). Fremgangsmåde: Cyklen indstilles, så den er behagelig at sidde/cykle på. Pulselektroden/brystremmen placeres om brystkassen i hjertehøjde og fugtes så der er bedst mulig kontakt med huden, og det sikres at der et forbindelse mellem elektroden og den trådløse modtager. Pulsregistreringen startes (se særskilt vejledning i laboratoriet). Alternativt aflæser pulsuret. Forsøgspersonen varmer nu op ved at cykle i ca. 5 minutter ved lav belastning (50-75 watt afhængig af træningstilstand, vægt, køn og alder). I samråd med læreren bestemmes første belastning (Cykelarb. 1) ud fra køn, alder, kropsvægt og puls ved opvarmningens ophør. Belastningen indstilles på cyklen. Køn, kropsvægt, alder og belastningen noteres i nedenstående skema!! Der cykles nu i 5 minutter med den indstillede belastning. Det skal bestræbes at holde den samme kadence under hele eksperimentet fx 60 omdrejninger/minut. Er belastningen ikke for høj, vil pulsen nogenlunde have stabiliseret sig på en bestemt værdi efter de 5 minutter se kurven på pc en. Den stabile pulsfrekvens noteres i skemaet- I samråd med læreren bestemmes anden belastning (Cykelarb.2). Belastningen noteres i nedenstående skema. Belastningen indstilles på cyklen og forsøgspersonen cykler nu i 5 minutter. Den stabile pulsfrekvens bestemmes som ved første cykelarbejde ud fra kurven, og den noteres i skemaet. I samråd med læreren bestemmes tredje belastning (Cykelarb.3). Belastningen noteres i nedenstående skema. Belastningen indstilles på cyklen og forsøgspersonen cykler nu i 5 minutter. Stabiliserer pulsen sig ikke, er belastningen måske valgt for høj. Lad forsøgspersonen hvile til pulsen er på ca. 100 slag/min og fortsæt derefter forsøget med en lavere belastning i samråd med læreren. Der cykles nu i 5 minutter. Pulsregistreringen fortsættes endnu 5 minutter efter af cyklingen er afsluttet. Pulsregistreringen afsluttes og de opsamlede data (pulskurven) udskrives og vurderes. Der bør findes tre stabile pulsniveauer. Et for hver arbejdsintensitet. Alternativt til registreringen på pc en har medhjælperen noteret de stabile pulsniveauer, der noteres i skemaet. Konditallet kan nu beregnes. Resultatskema: Køn Alder Vægt kg Cykelarb.1 Belastning. (watt) Cykelarb.2 Belastning. (watt) Cykelarb.3 Belastning. (watt) Puls. 1 (slag/min) Puls. 2 (slag/min) Puls. 3 (slag/min) Puls max (slag/min) Forsøgsperson Aktivitetsniveau 30

31 Beregning af kondital: Til beregningerne skal den anslåede maksimale puls bruges: maksimale puls (puls max) = 208 (0,7 x alder). Herefter skal det maksimale cykelarbejde i watt findes. Det gøres grafisk ved at afbilde de tre fundne pulsværdier som funktion af de tilsvarende arbejdsintensiteter (cykelarbejder) i et Excel-ark (se eksemplet på figuren nedenfor). Den bedste rette linje mellem de tre punkter findes ved at få Excel til at lave en tendenslinje (se vejledningen: Den bedste rette linje ) og linjen forlænges (ekstrapoleres) op til den skærer en vandret streg svarende til den beregnede maksimale puls. Fra skæringen mellem de to linjer tegnes en lodret linje ned på x-aksen. Det maksimale cykelarbejde aflæses, hvor den lodrette linje skærer x-aksen. Denne værdi findes dog lettere ved at indsætte den maksimale pulsværdi som x i ligningen for tendenslinjen. Det maksimale cykelarbejde findes derefter ved at løse ligningen for y (y = det maksimale cykelarbejde). Det maksimale cykelarbejde (i watt) er imidlertid kun en mindre del af det samlede maksimale arbejde kroppen udfører, da en stor del af musklernes arbejde bruges til at overkomme gnidningsmodstanden i musklerne. Respirationsmusklernes og hjertets arbejde er også en del af kroppens samlede arbejde. Ved cykling er den såkaldte nyttevirkning kun 23%. Det vil sige, at kun 23% af det arbejde musklerne udfører går til at cykle. Resten bliver til varme. Det samlede maksimale arbejde kan derfor udregnes ud fra det maksimale cykelarbejde på følgende måde: Maksimale arbejde (i watt) = maksimale cykelarbejde (i watt) x 100/23 Det maksimale arbejde omregnes til kilojoule pr. minut (kj/min)ved at gange med 60 og dividere med 1000 (da en watt svarer til en joule pr. sekund). Maksimale arbejde (i kilojoule pr minut) = maksimale arbejde (i watt) x 60/1000 Da der for hver liter ilt, der optages i kroppen, frigives 21,1 kj, og da hvilestofskiftet svarer til et iltoptag på 0,25 liter O 2 /min, kan den maksimale iltoptagelse beregnes således: VO 2 (max) (i Liter/min) = Maksimale arbejde (i kj/min) /21,1 kj/liter + 0,25 Liter/min Den maksimale iltoptagelse pr minut omregnes til kondital ved at dividere med kropsvægten og gange med tusinde (for at få værdien i ml ilt pr minut pr kilo): Kondital (ml ilt pr minut pr kilo) = VO 2 (max)(i liter pr minut) x 1000 / kropsvægt. 31

32 RAPPORTVEJLEDNING: Teori: 1. Forklar kort hjertets og kredsløbets funktion og opbygning. Hypotese: 2. Hvorfor har de arbejdende muskler brug for rigelig blodtilførsel? Fremgangsmåde: Skriv kun hvis den anvendte fremgangsmåde afviger fra vejledningens. Resultater: 1. Forsøgsresultaterne skal indføres i resultatskema. 2. Udprintede pulskurver vedlægges. (Hvis en pulskurver er lavet) 3. Udregningerne af konditallet vises for en enkelt af forsøgsdeltagerne. De resterende kondital angives blot. Diskussion: 1. Vurdér forsøgspersonernes kondital i forhold til normalværdierne (skema udleveres i laboratoriet eller findes på internettet). 2. Er der en sammenhæng mellem forsøgspersonernes aktivitetsniveau og kondital? 3. Hvilken effekt vil du vurdere at rygning har på ens kondital? Begrund! 4. Hvorfor skal man dividere med kropsvægten for at finde konditallet? 5. Hvorledes kan man forbedre sit kondital? 6. Hvilken effekt tror du en forbedret kondition vil have på pulsen ved en bestemt arbejdsbelastning (fx hvilepulsen)? Begrund! 7. Forklar pulskurvens forløb. Hvor længe er pulsen om at indstille sig på et nyt aktivitetsniveau? Er der her en sammenhæng med konditallet? 8. Er der en sammenhæng mellem konditallet og den måde pulsen falder på de første 5 minutter efter cyklingens ophør? Begrund! 9. Vurdér testens fejlkilder. Konklusion: 32

33 DEN BEDSTE RETTE LINJE til brug ved beregningerne af kondital I konditesten finder vi eksperimentelt sammenhængen mellem cykelbelastningen i watt og forsøgspersonens puls ved tre belastninger. Vi antager, at der er en lineær sammenhæng mellem disse to sæt af værdier Watt Puls Vi vil afbilde denne sammenhæng grafisk, og derefter vil vi ekstrapolere (forlænge) sammenhængen så vi kan bruge den til at finde den maksimale cykelbelastning forsøgspersonen kan klare ud fra den beregnede maksimale puls. Til det brug, skal vi bruge programmet Excel 2013 eller et lignende regnearksprogram. Vi starter med at skrive de ovenstående værdier ind i regnearket: Marker tabellen og klik på fanen Indsæt, klik derefter på ikonet for X-Y-diagram endelig på ikonet for punktdiagram, som vist på figuren nedenfor Klik nu på diagramfeltet, og der vil dukke tre ikoner op til højre ved øverste hjørne. Klik på det øverste Marker de punkter, du ser på figuren til venstre. Klik også på pilen ud for tendenslinje. Der fremkommer endnu en menu, og her klikkes på den nederste mulighed flere indstillinger Herefter dukker følgende menu op i højre side af skærmen: 33

34 Her skal lineær og vis ligning i diagram markeres, hvis de ikke er det automatisk. Der vil nu være lagt en tendenslinje ind i diagrammet. En tendenslinje kan man også kalde den bedste rette linje mellem vores målepunkter. Det er altså den sammenhæng mellem belastning og puls, vi forudsætter er til stede i dette eksperiment: Ved tendenslinjen står ligningen for linjen. Vi forudsætter at den lineære sammenhæng også gælder uden for området mellem de fire eksperimentelt bestemte punkter i diagrammet vi ekstrapolerer. Og på den måde bruger vi ligningen til at beregne det maksimale cykelarbejde. Indsættes den maksimale puls som y, kan det maksimale cykelarbejde findes ved at løse ligningen for x. I dette viste eksempel kommer ligningen til at se sådan ud: x = (y -76,65)/0,355. Klikker man på aksetitel på hhv. x- og y-aksen kan man give disse akser betegnelserne hhv. Belastning (watt) og Puls (slag pr. minut) og klikker man på diagramtitlen, kan den ændres til Sammenhæng mellem cykelbelastning og puls og vupti, så har man et fint diagram til rapporten. 34

35 Puls (slag pr. minut) VUC Aarhus. Biologi B. Laboratoriekursus. Sammenhæng mellem cykelbelastning og puls y = 0,355x + 76, Cykelbelastning (watt) 35

36 Eksperiment nr.: Måling af blodglukose-niveauet ved indtagelse af kulhydrater Rapporten er udført af: I samarbejde med: Dato: Rettet af: 36

37 Øvelsesvejledning: Måling af blodglukose-niveauet ved indtagelse af kulhydrater. Relevant baggrundsstof: kulhydraternes opbygning og fordøjelse, hormoner, regulering af blodglukosen, Glykæmisk index, diabetes. Teori: Alle kroppens celler har brug for energi blandt andet i form af glukose, især hjernen som er meget følsom, da den næsten udelukkende bruger glukose som energikilde. Endvidere er det vigtigt for cellernes indre miljø, at koncentrationen af glukose ikke svinger for meget, da glukosen er osmotisk aktiv. Når vi indtager kulhydrater nedbrydes de store kulhydrater blandt andet til glukose og fruktose, disse transporteres over i blodbanen og det er her reguleringen af blodglukosen (også kaldet blodsukkeret) starter. Efter et måltid vil koncentrationen af glukose i blodet være høj (op til 10 mmol/l) mellem måltiderne vil koncentrationen svinge mellem 3 og 6 mmol/l. Hvor meget blodglukosen stiger efter et kulhydratrigt måltid afhænger bl.a. af, hvilke typer kulhydrater man har spist, samt ens evne til at regulerer blodsukkerkoncentrationen. Tidligere troede man at stivelse var sundest, fordi den var længere tid om at blive fordøjet. Denne teori holder ikke, da der er rigeligt med fordøjelsesenzymer i tarmen. Derimod skyldes forsinkelsen snarere tilstedeværelsen af visse typer af kostfibre. Det har også vist sig at de forskellige monosakkarider ikke transporteres lige hurtigt fra tyndtarmen til blodbanen. Kartofler eller hvidt brød får således blodglukosen til at stige lige så hurtigt som ren glukose. To af de hormoner, der er ansvarlige for reguleringen af blodglukosen er insulin og glukagon. Begge hormoner produceres i bugspytkirtlens langerhanske øer i hhv. -cellerne og -cellerne. Insulin fremmer optagelsen af glukose i muskelcellerne, mens det påvirker levercellerne til at omdanne glukose til glykogen (et polysakkarid som svarer til stivelse). Glukagon virker modsat og aktiverer levercellerne til at omdanne sit depot af glykogen til glukose, når der mangler glukose i blodbanen. Foruden de to nævnte hormoner spiller hormonet adrenalin også en rolle i reguleringen af blodglukosen. Efter et måltid er koncentration af glukose i blodet høj hormonet insulin glukosen trækkes ind i muskelceller glukosen omdannes til glykogendepot i leveren Ved sult er koncentrationen af glukose i blodet lav hormonet glukagon Glykogen spaltes til glukose i levercellerne glukosen frigives til blodet 37

38 Diabetes mellitus (DM) er en fællesbetegnelse for flere forskellige stofskiftesygdomme, hvor omsætningen af blandt andet glukose ikke forløber, som den skal. Der skelnes mellem to typer af diabetes. Diabetes type-1, der kort fortalt skyldes manglende produktion af insulin i -cellerne og diabetes type-2, tidligere kendt som aldersdiabetes, der er en form for insulinresistens, som bevirker at cellerne ikke reagerer på hormonet insulin. Resultatet bliver i begge tilfældet at blodglukosen vil forblive meget høj efter et måltid, hvis ikke patienten behandles. På lang sigt udvikles en række følgesygdomme, her kan nævnes øget risiko for hjerte-karsygdom, blindhed, nyreproblemer og dårlig sårheling. Hvis en persons fasteblodglukose er over 7mmol/l eller hvis ikke-fastende blodglukose ligger over 11,1mmol/l, har personen diabetes. Et normalt faste blodglukose ligger under 5mmol/l. Diabetes kan blandt andet konstateres ved at udføre en glukosebelastningstest. Flere oplysninger om diabetes finder du på hjemmesiden: Tabel over glykæmisk indeks kan findes på: Formål: At undersøge variationen i koncentrationen i blodglukoseniveauet efter indtagelse af forskellige kulhydrater. Materialer: bagevægt forskellige kulhydratrige fødevarer apparat til måling af blodglukose glukosticks spritservietter prikkepen tabel over det glykæmiske indeks (udleveres til øvelsen) Metode: Der vælges 2-3 forsøgs personer, som møder fastende dvs. ingen mad, drikke eller røg de sidste 2-3 timer. Personernes blodglukose måles inden forsøget starter. Personerne indtager nu hver en portion kulhydratholdigt føde svarende til 1 gram kulhydrat/ kg legemesvægt (beregnes vha. kosttabel) til maden indtages samme mængde vand 2dl. Forsøgspersonerne indtager nu den udvalgte fødevare og deres blodglukose måles med intervaller på minutter i ca.90 minutter afhængig af om blodglukosen er faldet til normal niveau eller ej. 38

39 Rapportvejledning: Hypotese: Formuler dine forventninger til forsøget - hvordan forventer du blodglukosen vil stige ved indtagelse af de valgte næringsmidler? Resultater: Lav et skema der viser forsøgspersonernes blodglukosekoncentrationer på måletidspunkterne. Tegn en kurve over forsøgsresultaterne der viser blodglukose koncentrationen, som funktion af tiden. Diskussion: Forklar hvorfor kroppens celler har brug for glukose og gør rede for hvordan glukosen kan deponeres i kroppen. Diskuter personernes blodglukosekoncentration inden forsøget starter. Forklar hvordan de forskellige forsøgsresultater ser ud og hvordan det passer med teorien om forskellige kulhydraters optagelse i blodet. Giv en definition af det glykæmiske index og diskuter om man kan se, at det glykæmiske indeks har betydning for blodsukkerstigningen i de tre forsøg? Hvilke kulhydrater er bedst at indtage, hvis man skal udføre et langvarigt fysisk arbejde? Hvordan kan blodsukkerniveauet opretholdes f.eks. under en løbetur? Analyser figurerne 12, 13 og 14 side 4 og forklar hvem af de to personer på figur 13 der har diabetes. Konklusion: Fejlkilder: 39

40 Figuren er hentet fra opgave 108, Biofag nr Særnummer/opgavesamling 40

41 Eksperiment nr.: Diagnosticering af sygdommen seglcelleanæmi Ved brug af DNA restriktionsanalyse. Rapporten er udført af: I samarbejde med: Dato: Rettet af: Formålet med forsøget At undersøge genotypen hos de enkelte familiemedlemmer for derved at kortlægge barnets risiko for at få seglcelleanæmi. 41

42 Relevant baggrundsstof Seglcelleanæmi Seglcelleanæmi er en arvelig sygdom, der bevirker at personens blodceller antager form som et segl, når koncentrationer af oxygen er lav. Personer med seglcelleanæmi kan ikke danne hæmoglobin af typen HbA1, i stedet dannes der et defekt hæmoglobin kaldet HbS. Seglcelleanæmi kommer kun til udtryk hos personer der er homozygote (HbS,HbS). Hos personer der er heterozygote ( HbA, HbS) ses kun det man kalder seglcelletræk idet generne er codominante. Fejlen i genet for HbA1 skyldes en punktmutation i det gen, der koder for β-kæden. På figur 2 ses, at mutationen består i en udskiftning af aminosyren glutamin med aminosyren valin. I det normale gen, er koden for aminosyrerne 5, 6 og 7 (Pro-Glu-Glu) i betakæden: CCT-GAG-GAG. Punktmutationen i sjette triplet ændrer A til T, hvilket giver følgende baserækkefølge: CCT-GTGAG. Sygdommen er dødelig og resulterer i at blodcellerne lettere klumper sammen, at de røde blodlegemers levetid er forkortet, iltforsyning til organerne er nedsat med skader på bl.a. lever, nyrer, øjne til følge. Prenatal diagnostik kan tilbydes (abort inden 12 uge er tilladt for muslimer).. fig. 1 figur 2 42

43 Figur 1 og 2 er hentet på: 43

44 DNA analyse Man kan ved brug af få celler fra et individ, udtrække DNA og via Polymerase Chain Reaction (PCR) øge mængden af DNA til videre analyse. Baggrunden for testen er at man bruger restriktionsenzymer der klipper i specifikke palindromiske sekvenser (sekvenser der kan læses i begge retninger i det dobbeltstrengede DNA). Når man i dette forsøg har valgt restriktionsenzymet MstII skyldes det, at enzymet kun klipper i det normale gens basesekvens CCTGAGGAG, og ikke den muterede sekvens CCTGTGGAG, hvor basen Adenin er udskiftet med basen Thymin. Genkendelsesstedet for Restriktionsenzymet Mstll ses her markeret med rødt CC TNAGG, hvor N kan være enhver af de fire nukleotider (T, C,G eller A). Palindromsekvensen i genet HbA. C-C T-G-A-G-G- G-G-A-C-T C-C- Pilene markerer klippestedet for MstII. Den markerede base svarer til basen betegnet N i den forklarende tekst. Restriktionsenzymer. Restriktionsenzymer er endonukleaser, som katalyserer kløvningen af phosfatbindingerne i DNA strengen. Det specielle ved restriktionsenzymerne er, at de kun klipper i helt specifikke base-sekvenser. Enzymerne produceres i mange forskellige arter af bakterier og der findes i dag et katalog med over 1500 forskellige restriktionsenzymer. Enzymerne er typisk navngivet efter de organismer de er isoleret fra. Man navngiver enzymet ved hjælp af slægtsnavnet samt et romertal i tilfælde af, at flere enzymer isoleres fra samme slægt. Restriktionsenzym Organisme Bgl I Bacillus globigii Bam HI Bacillus amyloliquefaciens H Eco RI Eschericia coli, strain RY 13 Eco RII Eschericia coli, strain R 245 Hae III Haemophilus aegyptius Hind III Haemophilus influenzae R 44

45 Generel vejledning til Gelelektroforese Teori om elektroforese. Agarose Gel elektroforesen som anvendes i dette forsøg udnytter at agarose gelen består af mikroskopiske porer der fungerer som et slags filter. DNA er stærkt negativ ladet ved neutralt ph. Derfor vil DNA fragmenterne vandre mod den positive pol i det elektriske felt der skabes i elektroforeseapparatet. DNA fragmenterne adskilles efter størrelse således, at de mindste stykker vandrer hurtigst. Efter elektroforesen synliggøres DNA ved farvning. Materialer DNA-prøver (seglcellegener), agarosegel, FlashBlue Flydende Stain, destilleret vand, elektroforese apparat, støbningsbakke, plast kamme, mikropipette Metode: (SE OGSÅ FORSØGSOVERSIGTEN - FLOWCHART PÅ SIDSTE SIDE) 1. Støbning af gelen. Der støbes en 0,8 % agarose gel. a. Tag støbeformen til gelen og sæt gummiklodserne på enderne. b. Placer kammen i positionen nærmest enden af formen. c. Hæld nu gelen forsigtigt ud i formen uden at der dannes luftblærer. d. Lad gelen størkne i ca. 20 minutter 2. Klargøring af gelen til elektroforese. Når gelen er størknet fjernes gummiklodserne og kammen tages forsigtigt op så prøvebrøndene ikke beskadiges. Gelen anbringes i elektroforesekarret og karret fyldes op med elektroforesebuffer gelerne skal være helt dækkede. Bemærk gelen skal være orienteret i strømretningen (minus til plus). 45

46 3. Påsætning af prøverne Med mikropipette opsuges 35 l (mikroliter/ 10-6 liter) DNA prøve. Prøven afsættes i gelens brønd i rækkefølgen A-F. Husk at skifte pipettespids for hver prøve. Når prøven skal påsættes anbringes pipettespidsen forsigtigt midt i brønden uden at røre bunden. Brønden er fyldt med buffer og princippet er, at prøven fortrænger væsken i brønden. Pipetter langsomt, så prøven ikke får mulighed for at diffundere ud i karbufferen. Metoden kaldes submarine fordi prøverne påsættes under væskeoverfladen. Læg evt. et stykke farvet papir under elektroforesekarret så brøndene træder tydeligere frem. DNA-prøver i rørene A - F har følgende indhold: 1. A DNA-prøve fra person med Seglcelleanæmi 2. B DNA-prøve fra person med seglcelletræk 3. C DNA-prøve fra en normal rask person 4. D Mors DNA-prøve 5. E Barnets DNA-prøve 6. F Fars DNA-prøve 4. Kørsel af prøverne - elektroforesen. Strømmen sluttes til elektroforeseapparatet via strømforsyningen. Forbind sort ledning til sort input( ) og rød ledning til rød input (+). Elektroforesen udføres ved: Spændingen (Volt) 70V Anbefalet tid (timer) Ca. 120 minutter Under kørslen kan man følge prøvernes vandring vha. en farvemarkør. Lad markøren vandre 3,5 4 cm inden kørslen stoppes. Når kørslen er færdig slukkes for strømforsyningen og gelerne kan tages op af karret. 46

47 5. Farvning og fremkaldelse af DNA prøverne. Farvebad med Methylen Blåt: Lav 600 ml farveopløsning (brug handsker.) 1. Tag gelen ud af formen og Læg den i en farvebakke og hæld farveopløsningen over. 2. Lad gelen stå i badet 5-20 minutter og hold væsken i bevægelse undervejs. 3. Affarv gelerne i 300 ml 37 C varmt destilleret vand to gange á 15 minutter. 4. Gelerne tages herefter op og lægges på et stykke plastikfilm eller lignende. OBS. Gelerne kan opbevares flere uger i køleskab. De mørke blå bånd vil blive synlige mod den lyseblå baggrund. Yderligere affarvning kan give bedre resultater (mere tydelige resultater). 47