BIOLOGI HØJT NIVEAU. Mandag den 8. august 2005 kl

Transkript

1 STUDETEREKSAME AUGUST BIOLOGI ØJT IVEAU Mandag den 8. august 2005 kl Af de store opgaver 1 og 2 må kun den ene besvares. Af de små opgaver 3, 4, 5 og 6 må kun to besvares.

2 STORE OPGAVER 1. DA-sekvensanalyse A. Ved kortlægningen af det menneskelige genom bestemmer man blandt andet nukleotidrækkefølgen i DA. Det sker ved en såkaldt sekvensanalyse. Princippet i sekvensanalysen er vist i figur 1. Ved denne metode anvendes nukleotidanaloger, såkaldte dideoxynukleotider. De adskiller sig fra de normale deoxynukleotider som vist i figur 2. år et dideoxynukleotid indbygges under DA-kopiering, stopper kopieringen. 3' CGACTCGATTC 5' 5' GCTGAGCTAAG 3' DA der skal analyseres 3' CGACTCGATTC 5' DA denatureres og kun den ene streng anvendes 3' CGACTCGATTC 5' 5' GCTG 3' + DA polymerase + alle de fire normale nukleotider Radioaktiv primer påsættes + ddg + dda + ddt + ddc Til hvert reagensglas tilsættes et af de fire dideoxynukleotider GCTGAG GCTGAGCTAAG GCTGA GCTGAGCT GCTGAGCTA GCTGAGCTAA GCTGAGC 7 6 G A T C DAfragmenterne adskilles ved elektroforese Figur 1. Princippet i en DA-sekvensanalyse. 2

3 O - 5 O P O 4 O - O 3 2 O ormalt DA-nukleotid (deoxynukleotid) Guanin 1 O O P O O O Dideoxynukleotid (ddg) Guanin 1 Figur 2. a. Gør rede for forskellen mellem normale DA-nukleotider og dideoxynukleotider, se figur 2. b. Forklar, hvorfor den i figur 2 viste nukleotidanalog stopper DA-kopieringen. c. Gør rede for princippet i metoden vist i figur 1, og aflæs resultatet af elektroforesen. Opgaven fortsætter 3

4 B. Ved hjælp af sekvensanalyse har man kortlagt nukleotidrækkefølgen i et muteret gen, der forårsager den sjældne lidelse Li-Fraumenis syndrom. Syndromet nedarves som vist i figur 3. Li-Fraumenis syndrom kendetegnes bl.a. ved en øget risiko for udvikling af kræftsygdomme. Risikoen stiger kraftigt med alderen. Der er 40% risiko for at få kræft inden man er 45 år, mens risikoen er 65% for personer over 45 år. En af kræftformerne rammer binyrebarken og medfører stærkt forøget udskillelse af binyrebarkhormon. Sekventeringen af genet er baggrunden for, at det i dag er muligt at afgøre, om en person har det muterede gen. I II III ? Rask kvinde Rask mand Kvinde med Li-Fraumenis syndrom Mand med Li-Fraumenis syndrom Figur 3. edarvningen af Li-Fraumenis syndrom i en familie. III-13 er en 22-årig kvinde, der ikke kender sin genotype. a. vilke symptomer kan forekomme hos personer med stærkt forøget udskillelse af binyrebarkhormon? b. Analyser og forklar arvegangen vist i figur 3. Angiv mulige genotyper for II-11, II-12 og III-13. c. Diskuter med udgangspunkt i det omtalte eksempel betydningen af, at man er i stand til at tilbyde DA-analyser af sygdomsgener. 4

5 2. Malariabekæmpelse A. Tropesygdommen malaria forårsages af en encellet parasit, som overføres fra myg til mennesker. Sygdommen koster hvert år mange mennesker livet. Især mindre børn og førstegangsgravide kvinder risikerer at dø af malaria. Parasitterne har en kompliceret livscyklus med flere livsstadier. I nogle af stadierne lever de i myg, i andre stadier i mennesker. I et af disse lever de i menneskets røde blodlegemer, se figur 1b. Myg overfører parasitter Voksen myg klækkes Efter at have suget blod lægges æg i vand Lever Larven bliver til en puppe Æg klækkes til larver Parasitter i røde blodlegemer Myg suger blod med parasitter Figur 1a. Malariamyggens livscyklus. Figur 1b. Malariaparasitten i mennesket. Parasitterne danner forskellige overflademolekyler, som udstilles på overfladen af de inficerede røde blodlegemer. Det medfører, at blodlegemerne klæber fast til blodkarvæggen, se figur 2a. På den måde undgår parasitterne at blive transporteret til milten, hvor røde blodlegemer normalt nedbrydes. En sjælden variant af parasitten danner imidlertid kun overflademolekyler, som bindes til celler i moderkagen, se figur 2c. Mennesker, der lever i malariaområder, udvikler efterhånden en vis modstandsdygtighed over for malaria, se figur 2b. 5

6 Røde blodlegemer med parasitter 2a. Malariainfektion hos ikke-immune Blodkarrets væg Forskellige typer af overflademolekyler Overflademolekyle hos graviditetsvarianten 2b. Malariainfektion hos immune Blodkarrets væg Forskellige typer af overflademolekyler 2c. Malariainfektion hos førstegangsgravide Moderkagen Overflademolekyle hos graviditetsvarianten Figur 2. Parasittens overflademolekyler på inficerede blodlegemer. a. Forklar, hvordan organismen danner antistoffer mod de inficerede røde blodlegemer. b. Inddrag figur 2a og 2b i en beskrivelse af, hvordan antistofdannelsen kan bidrage til bekæmpelse af malariainfektionen. c. Giv med udgangspunkt i figur 2 en mulig forklaring på, at det især er mindre børn (2a) samt førstegangsgravide (2c), der rammes hårdt af malaria. 6

7 B. Da parasitten hurtigt udvikler resistens over for de anvendte malariamidler, forsøger man at finde nye stoffer, som kan forebygge og behandle malaria. Parasitterne benytter hæmoglobin som proteinkilde. Under fordøjelsen af hæmoglobin dannes hæm-grupper, som er giftige for malariaparasitterne. Parasitterne har imidlertid enzymer, som kan nedbryde hæm-grupperne, se figur 3a. Et af de stoffer, man arbejder med for tiden, er fundet i en kinesisk urtemedicin, som udvindes af bynkeplanter (Artemisia). Stoffet, som kaldes artemisinin, virker som vist på figur 3b. 2 C C C 3 3 C C 3 C Fe ++ C 3 Enzymer fra parasitten O æm-gruppen nedbrydes og udskilles O 3a COO COO æm-gruppe 2 C C C 3 2 C C C 3 3 C C 3 C C Fe ++ Artemisinin Fe C C 3 3 C C 3 3b COO COO COO COO æm-gruppe Form for hæm, der ikke kan nedbrydes Figur 3. Artemisinins virkning. a. vorfor har parasitten brug for en proteinkilde, som fx hæmoglobin? b. Giv ud fra figur 3 en mulig forklaring på, at artemisinin kan bruges som malariamedicin. c. Giv forslag til andre former for malariabekæmpelse. Inddrag figur 1 og figur 2 i besvarelsen. 7

8 SMÅ OPGAVER 3. Prioner Prionsygdommen kogalskab skyldes fejlfoldning af et bestemt protein med en kendt aminosyrerækkefølge. Sygdommen udvikler sig ved, at det fejlfoldede protein får det korrekt foldede protein til at ændre form, så det får den samme fejlfoldning. Er proteinet først fejlfoldet, kan det ikke nedbrydes, men ophobes især i hjerne og rygmarv. Man har fundet en mulig baserækkefølge for genet for det pågældende protein, efter at have bestemt aminosyrerækkefølgen. a. b. Figur 1. Korrekt protein (a) og fejlfoldet protein (b). Det korrekt foldede protein indeholder α-helix (spiralerne på figuren). Det fejlfoldede protein indeholder både α-helix (spiralerne på figuren) og β-foldeblad (røde og grønne pile). a. vordan kan man ud fra et proteins aminosyrerækkefølge bestemme en mulig baserækkefølge i genet? b. Beskriv forskelle i struktur på de afbildede proteiner. c. Giv en mulig forklaring på, hvorfor fejlfoldet protein ikke kan nedbrydes. 8

9 4. avalger og kvælstofudvaskning Blæretang og andre store havalger vokser bl.a. på stenrev, se figur 1. Man har gennem en årrække undersøgt, hvor stor en del af stenene, der er dækket af store havalger (procent algedække) på stenrevet Kims Top i Kattegat. Resultatet er vist i figur 2, hvor der også er vist en kurve over kvælstofudvaskningen til havmiljøet i samme periode. Figur 1. Alger på stenrev. Procent algedække -udvaskning til havet (1.000 t) Udvaskning Algedække Figur 2. Figuren viser dækningsprocenten af havalger på 18,5 meters dybde ved Kims Top i Kattegat samt udvaskningen af kvælstof fra land. a. Forklar, hvorfor udvaskningen af kvælstof til havet varierer fra år til år. b. Beskriv en metode til at bestemme procent algedække på et stenrev. c. Giv mulige forklaringer på, at algedækket på stenrevet Kims Top varierer som vist på figur 2. 9

10 5. Pelsfarve hos labradorhunde To forskellige gener bestemmer pelsfarven hos labradorhunde. Det ene gen bestemmer, om hundens grundfarve bliver sort eller brun. Genet for sort farve dominerer over genet for brun. Det andet gen bestemmer om grundfarven skal bleges, hvorved pelsfarven bliver gul. Blegningen forekommer kun hos hunde, der er homozygote for denne recessive allel. Den gule farve fremkommer derfor uanset om hunden har gener for sort eller brun grundfarve. Farven på hundenes snuder er alene bestemt af genet for grundfarven. a. Opstil de mulige genotyper for sorte, brune og gule hunde. b. vilke snudefarver forventes hos de gule hunde fra spørgsmål a? c. Er udsagnet: Krydsninger mellem brune hunde resulterer udelukkende i brune hvalpe sandt? Begrund dit svar. 10

11 6. EPO ormonet erythropoietin (EPO) dannes især i nyrerne. EPO fremmer dannelsen af de ilttransporterende røde blodlegemer. Produktionen af EPO øges, når iltkoncentrationen i blodet, der passerer nyrerne, er lav, se figur 1. EPO består af 166 aminosyrer. De første 10 aminosyrer er angivet i figur 2. Man har ud fra aminosyrerækkefølgen bestemt baserækkefølgen i genet for EPO. Lav O 2 koncentration + Erythropoietin (EPO) fremmer dannelsen af røde blodlegemer yre Figur 1. øj O 2 koncentration Alanin Prolin Prolin Arginin Leucin Isoleucin Cystein Asparaginsyre Serin Arginin 1 10 Figur 2. a. Angiv en mulig baserækkefølge for den del af EPO-genet, der koder for de viste aminosyrer. b. vilken type hormon er erythropoietin, og hvordan udøver denne type hormon sin virkning på målcellerne? c. Analyser figur 1, og forklar princippet i reguleringsmekanismen. 11

12 Kilder: Opgave 1: Brock s Biology of Microorganisms, 9. edit., Prentice all, Opgave 2: Figur 1: Vi og vore omgivelser 3. Grundbog i økologi. Gyldendal. Figur 2: Aktuel aturvidenskab Dansk Kemi 1, Opgave 4: Figur 1: Foto Steffen Lundsteen, DMU. Figur 2: atur og Miljø 2001 Udvalgte indikatorer. Miljøministeriet Opgave 5: Ing-Marie E-son Thoor, Labradoren, Clausens forlag, 1974.