BIOLOGI HØJT NIVEAU. Mandag den 19. maj 2003 kl

Transkript

1 STUDENTEREKSAMEN MAJ BIOLOGI HØJT NIVEAU Mandag den 19. maj 2003 kl Af de store opgaver 1 og 2 må kun den ene besvares. Af de små opgaver 3, 4, 5, 6 og 7 må kun to besvares.

2 STORE OPGAVER 1. Grønne anlæg til spildevandsrensning A. Til rensning af husspildevand har man udviklet en ny type rodzoneanlæg kombineret med en efterfølgende fosfatfjernelse. Den nye type anlæg kaldes beplantede filteranlæg. I modsætning til traditionelle rodzoneanlæg har den ny type beplantede filteranlæg en lodret vandgennemstrømning. Spildevandet fordeles i det øverste lag træflis og siver derefter ned gennem et ikke-vandmættet grusfilter med planterødder til et dræn i bunden af anlægget, se figur 1. Toilet 20 cm træflis 90 cm filtergrus 15 cm drænlag Beplantet filter Målebrønd Fosfatfilter Bundfældningstank Afløb Figur 1. a. Ved hvilke biologiske processer kan det organiske stof fjernes fra spildevandet i det beplantede filteranlæg? Se figur 1. b. Giv forslag til, hvordan de uorganiske gødningssalte nitrat og fosfat kan fjernes i det viste anlæg. 2

3 B. Ved vurderingen af renseanlægs effektivitet inddrages forekomsten af bakterier i indløbs- og udløbsvand. Desuden er der grænseværdier for, hvor meget organisk stof, og hvor mange gødningssalte, der må være i det udledte husspildevand. Figur 2 viser nogle målte værdier i ind- og udløbsvand i traditionelle rodzoneanlæg og i beplantede filteranlæg. Figur 3 viser grænseværdier for udløbsvand fra renseanlæg. Traditionelt Beplantet filteranlæg rodzoneanlæg med fosfatfjernelse (8 m 2 pr. person) (3 m 2 pr. person) Indløb Udløb Indløb Udløb BI 5 (mg O 2 /L) <5 Total-N (mg/l) NH 4 -N (mg/l) NO 3 -N (mg/l) <0,5 <0,5 <0,5 32 Total-P (mg/l) ,4 Fækale colibakterier (antal/100 ml) 19 x x x10 6 4x10 3 Fækale streptokokbakterier (antal/100 ml) 0,4 x x ,4 x Figur 2. BI 5 højst 15 mg/l Total kvælstof højst 8 mg/l Total fosfor højst 1,5 mg/l Figur 3. Grænseværdier for udløbsvand fra renseanlæg. a. Hvad er BI 5 et mål for, og hvordan kan BI 5 bestemmes? b. Angiv en metode til bestemmelse af bakterieindholdet i spildevand. c. Hvorfor interesserer man sig specielt for colibakterier ved vurdering af spildevand? d. Analyser figur 2, og vurder de to anlægs rensningseffektivitet. Inddrag figur 3. 3

4 2. Transplantationer A. Transplantation af organer fra levende eller døde donorer er blevet en mulig behandling af mange sygdomme, som tidligere ville have ført til døden. Nogle organer som fx nyrer, knoglemarv og hud kan fås fra levende donorer, helst nære slægtninge med beslægtet vævstype. Hjerter, lunger og lever fås fra hjernedøde donorer. Hvis der ikke er vævstypeforligelighed afstødes det transplanterede organ. Figur 1 viser immunforsvarets reaktion, når der ikke er vævstypeforligelighed. Der findes flere forskellige versioner af vævstypegener. Disse gener ligger på kromosom nr. 6 og er tæt koblede, se figur 2. Figur 1. Immunforsvarets reaktion ved manglende vævstypeforligelighed. Figur 2. Stamtræ, der viser nedarvning af vævstypegener. a. Forklar, hvordan immunforsvaret kan skelne et transplanteret organ fra organismens egne organer. b. Hvordan afstøder immunforsvaret et transplanteret organ. Inddrag figur 1. c. Hvor er der størst sandsynlighed for at finde fuld vævstypeforligelighed: Mellem forældre og børn eller blandt søskende? Inddrag figur 2. 4

5 B. Ved transplantationer lykkes det kun sjældent at skaffe organer fra en donor med nøjagtig den samme vævstype som modtageren. Derfor skal de transplanterede resten af livet i medicinsk behandling med stoffer, som skal forhindre afstødning. Stofferne har desværre ofte alvorlige bivirkninger. Et af disse stoffer er ciclosporin, som hæmmer transskriptionen af gener, der regulerer celledelingen i T-lymfocytterne. Se figur 3. Stamceller til transplantation Det er for nyligt lykkedes forskere at isolere stamceller fra fedtvæv fra mennesker. Metoden vil forøge udbuddet af stamceller til medicinsk forskning. Stamceller er celler, der kan udvikle sig til hele organer eller væv. Den vigtigste kilde til stamceller har hidtil været menneskefostre og blod fra navlestrengen. Figur 3. Figur 4. a. Forklar ud fra figur 3, hvorfor ciclosporin er i stand til at hæmme afstødningen af et transplanteret organ. b. Hvilke bivirkninger vil man forvente ved en livslang behandling med ciclosporin? c. Diskuter med udgangspunkt i figur 4 muligheden for at gennemføre andre typer af transplantationer i fremtiden. 5

6 SMÅ OPGAVER 3. Alkaptonuri Alkaptonuri er en arvelig sygdom. Personer med alkaptonuri mangler et enzym, som er nødvendigt for nedbrydning af aminosyren phenylalanin. Normalt nedbrydes phenylalanin gennem en række stofskifteprocesser til aceteddikesyre og fumarsyre som vist på figur 1. Personer med alkaptonuri ophober homogentisinsyre i blodet, hvilket bl.a. kan give ledproblemer. På figur 2 ses en stamtavle over en familie, hvor sygdommen forekommer. Figur 1. Figur 2. a. Hvordan indgår fumarsyre i kroppens normale stofskifte? b. Analyser figur 2, og giv en mulig forklaring på arvegangen. c. Personerne II-4, III-3 og III-4 har ingen sygdomstegn, men har et unormalt højt indhold af homogentisinsyre i blodet. Hvordan kan det forklares? 6

7 4. Epilepsi Glutaminsyre og gamma-amino-smørsyre (GABA) er transmitterstoffer i hjernen. Glutaminsyre virker fremmende, og GABA virker hæmmende. Nerveceller genbruger transmitterstoffer, mens gliaceller nedbryder dem. I nogle typer af epilepsi (krampeanfald) er der påvist mangel på GABA i nogle af hjernens synapser. Figur 1 viser en synapse, hvor transmitterstoffet er GABA. Figur 1. a. Forklar, hvordan glutaminsyre og GABA udøver deres virkning i en synapse. Inddrag figur 1. b. Giv mulige forklaringer på, at der kan mangle GABA i synapsen. Inddrag figur 1. c. Forklar, hvorfor mangel på GABA i hjernens synapser kan medføre krampeanfald. 7

8 5. Ulstrup Langsø Ulstrup Langsø er en 44 hektar stor, klarvandet sø med største dybde på 12 m. Omgivelserne består overvejende af nåleskov. Søen har intet tilløb, og kun i nedbørsrige år løber der vand fra søen. Ulstrup Langsø er udpeget som et særligt værdifuldt naturområde, hvor søens plante- og dyreliv ikke må påvirkes af menneskelig aktivitet. Der tages løbende prøver for at følge søens tilstand. Se figur 1. Figur 1. a. Hvad er klorofylindholdet i vandet et mål for? b. Analyser og forklar figur 1. c. Giv eksempler på, hvordan menneskelig aktivitet vil kunne ændre plantelivet i Ulstrup Langsø. 8

9 6. Antisense-medicin Ny forskning viser, at antisense-medicin kan blive en mulig behandlingsform for sygdomme som fx Parkinsons syge. Ved Parkinsons syge dannes defekte proteiner, som ophobes i hjernen. Antisense-medicin kan bestå af korte RNAsekvenser. Kender man basesekvensen for sygdomsgenet, kan man fremstille en komplementær RNA-sekvens på typisk baser. Behandlingen med antisense-medicin betyder i praksis, at man kan ramme sygdomskilden direkte. Figur 1 viser, hvad der sker i en celle, når der tilsættes antisense-medicin. Figur 1. a. Forklar kort, hvordan et protein normalt syntetiseres. b. Forklar på baggrund af figur 1, hvilken mulig virkning antisense-molekyler kan få for proteinsyntesen. c. Giv en mulig forklaring på fordelene ved at anvende antisense-medicin fremfor fx genterapi. 9

10 7. Pelsfarve hos hunde Krydser man rene linier af sorte og brune hunde, kan pelsfarven nedarves som vist i figur 1. Arvegangen for benlængde hos den samme hunderace styres af et gen med allelerne S og s. Dette gen sidder ikke på samme kromosom som pelsfarvegenet. De heterozygote Ss hunde har unormalt korte ben, mens homozygote ss dør i et tidligt fosterstadium. Figur 1. a. Giv ud fra figur 1 et forslag til arvegangen for pelsfarve, og angiv genotypen for en plettet hund i generation II. b. Forklar, hvordan man kan fremstille en ren linie af sorte hunde udfra plettede forældre. c. Hvilke fænotyper vil afkommet fra en krydsning mellem to plettede og kortbenede hunde give? Angiv udspaltningsforholdet mellem fænotyperne. 10

11 Kilder: Opgave 1: Ny Viden fra Miljøstyrelsen, årgang 4, nr.2, april Opgave 2: Roitt: Immunology, Mosby, Opgave 3: Opgave 4: Lægemiddelforskning, Opgave 5: Ulstrup Langsø , Teknisk rapport, Århus Amt, Natur og Miljø, Opgave 6: Lægemiddelforskning, Opgave 7: Bundgaard, J., Biologisk institut, afdeling for genetik og økologi, Århus Universitet,

12