Laboratoriekursus

Transkript

1 Laboratoriekursus Øvelsesvejledninger Biologi B Aarhus HF og VUC, Dalgas Avenue 2, 8000 Aarhus C 1

2 På kursusdagene kan du få fat på os på telefon

3 Indholdsfortegnelse: 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: Undersøgelse af skovbunden som et levende system side Øvelse nr. 3: undersøgelse af gærcellers aktivitet side Øvelse nr. 4: Bestemmelse af kondital side Øvelse nr.5: Måling af blodglukose ved indtagelse af kulhydrater side Øvelse nr. 6: Elisatest påvisning af kyssesyge side Øvelse nr. 7: Diagnosticering af sygdommen seglcelleanæmi side Øvelse nr. 8: Mitosen - den almindelige celledeling side (Siderne ikke optræder i øvelsesvejledningen. Det er en fejl i layoutet. ) 3

4 Kære online- 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 4

5 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. 5

6 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. 6

7 Eksperiment nr.: Bestemmelse af primærproduktionen ved O 2 - metoden Rapporten er udført af: I samarbejde med: Dato: Rettet af: 7

8 Øvelsesvejledning: Bestemmelse af primærproduktionen ved O2- 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 HCO3 -. Hydrogencarbonat-ionen fremkommer når CO2 opløses i vand (kulsyres ligevægtssystem). At vandplanterne kan udnytte hydrogencarbonat-ionen til fotosyntesen skyldes, at de har et enzym der katalyserer processen: 2 HCO3 - CO2 + CO H2O den frigjorte CO2 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: 6CO2 +6H2O +lysenergi C6H12O6 +6O2 Respirationen: C6H12O6+ 6O2 6CO2+ 6H2O + 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-Phosphat 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 8

9 Formål: At bestemme en vandplantes primærproduktion i løbet af et døgn, samt iagttage under hvilke forhold planten udskiller O2 og optager O2. 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 (CO2) iltmåler stanniol stor plastikspand med vand Metode: Til at bestemme en plantes primærproduktion i et soldøgn, vil vi benytte den såkaldte O2-metode. Metoden forudsætter at planten optager O2 fra vandet til sin respiration og udskiller O2 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 CO2 Lys O2 indhold start O2 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 O2 indholdet i de tre forsøgsflasker? Beregning: Følgende sammenhæng gælder: BPP = NPP + R, hvor man kan finde: NPP = lysflaske/slut lysflaske/start (mg O2/liter ) R = mørkeflaske/start mørkeflaske/slut (mg O2/liter) Det er nu muligt at omregne mængden af oxygen til milligram glukose ud fra følgende sammenhæng: 6CO2 + 6H2O + lysenergi C6H12O6 + 6O2 264g/mol 108g/mol 180g/mol 192g/mol 9

10 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 O2 /gram plante/soldøgn, Respirationen (R) i mg O2 /gram plante/soldøgn og BPP udtrykt som mg O2 /gram plante/soldøgn. Ved at udnytte oplysningen om at 1 g O2 svarer til 0,94 g glukose skal du nu omregne værdien for BPP i mg O2 /gram plante/soldøgn, til mængden af glukose produceret pr. gram plante i et soldøgn. Udregn BPP (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 O2) 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? 10

11 Eksperiment nr.: Undersøgelse af skovbunden som et levende system. Rapporten er udført af: I samarbejde med: Dato: Rettet af: 11

12 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. 12

13 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: C6H12O6 + 6O2 6H2O + 6 CO2 + energi eller Dødt organisk stof + O2 H2O + CO2 + næringssalte + energi Som et mål for mikroorganismernes respiration, kan man benytte flere parametre. Man kan f.eks. måle udskillelsen af CO2 eller optagelsen af O2. 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. 13

14 Formål: Vi vil i denne øvelse vise at jordbunden er et levende system, dette gøres ved at undersøge hvor meget CO2 der udskilles fra jordprøven, som følge af mikroorganismernes respiration. Samtidig ønskes det belyst om jordbundforholdene har betydning for nedbrydernes aktivitet. Samtidig med CO2 målingerne kan man registrere forbruget af O2- der laves ingen beregninger på O2 data. Materialer: Udstyr til måling af CO2 udskillelse og evt. O2 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 CO2-sensor og evt. O2-sensor til dataopsamling i biokammerets gummiring. Husk at sætte CO2- sensoren på måleområdet H-høj. Der opsamles data i minimum 30 minutter, men gerne et par timer. Forsøget stilles et ikke alt for varmt sted. CO2-sensoren måler i enheden ppm CO2. Denne figur viser skærmbilledet ved et forsøg, hvor der blev målt på beholderens indhold af både CO2 og O2: 14

15 Vi skal kun bruge den nederste kurve, hvor ændringen af CO2-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. Alternativt kan man aflæse et større stykke af kurven, som er tilnærmelsesvis lineær. Ændringen i CO2-koncentration aflæses på Y-aksen. Den var i dette tilfælde ( ) ppm = 278 ppm. Vi har altså en CO2-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 CO2 i ppm pr. 24 timer pr 100 gram jord (se ovenstående figur). Den dannede mængde CO2 kan omegnes fra ppm CO2 til liter CO2 ved at gange værdien for ppm CO2 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 CO2 i ppm til CO2 i liter pr.24 timer pr. 100 gram jord. 3. Ud fra resultatet i 2) kan man nu beregne hvor mange liter CO2 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 CO2 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 CO2 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. 15

16 Eksperiment nr.: Undersøgelse af gærcellers aktivitet under forskellige forhold. Rapporten er udført af: I samarbejde med: Dato: 16

17 Rettet af: Teori om Gærceller. saccharomyces Gær er encellede eukaryotiske mikroorganismer. Det vil sige, at de er organiseret ligesom plante- og dyreceller med eksempelvis cellekerne, mitokondrier, endoplasmatisk retikulum, golgiapparat osv., se Figur 1. Gærceller har en meget tyk cellevæg, der bl.a. består af glucaner og kitiner, hvilket gør cellerne meget robuste. De forskellige organeller i cellen varetager specifikke funktioner. I peroxisomerne foregår blandt andet nedbrydningen af fedtsyrer (også kaldet b-oxidation). Vakuolerne er vigtige organeller, der sommetider fungerer som endestation for intracellulær trafik af proteiner. De indeholder blandt andet en masse uspecifikke proteaser til nedbrydning af proteiner. Desuden bruges de også til at opbevaring af visse aminosyrer. Figur 1. Skematisk tværsnit af en gærcelle. Figur 2. Knopskydning af gær. Gæren S.cerevisiae er normalt en diploid organisme ligesom mennesker og har 16 par kromosomer, det vil sige 32 kromosomer i alt. Ligesom det kan forekomme hos grønne planter, kan gær dog også formere sig vegetativt på det haploide stadium. Den har ca. 12 millioner DNA-nukleotidpar og 6200 proteinkodende gener (på den haploide form). Arvemassen er dermed kun ca. tre gange større, end den som colibakterien klarer sig med og 250 gange mindre end DNA-mængden i en human celle. Man kender ikke funktionen af en tredjedel af de 6200 gener. S. cerevisiae er heterotrof, det vil sige en organisme, der opnår sin energi ved at oxidere (eller nedbryde) organiske kemiske stoffer. Disse stoffer er hovedsageligt sukre. Yderligere er S. cerevisiae en fakultativ anaerob organisme, det vil sige, at den under de rette vækstbetingelser kan leve både aerobt og anaerobt. Under oxygenfattige forhold vil S. cerevisiae producere energi ved gæring (alkoholfermentering), det vil sige nedbryde sukker til carbondioxid, ATP og alkohol. De fleste gærarter, der bruges i laboratoriet og i industrien, vokser bedst ved C. Gærs livscyklus Når gær befinder sig i et miljø, hvor der er gode vækstbetingelser, formerer de sig ved knopskydning. Når knoppen har nået en vis størrelse, afsnøres den og efterlader et ar på modercellen. Ved afsnøringen kommer modercellen og dattercellen til at indeholde hver sin kerne med et identisk sæt kromosomer, se Figur 2. Knopskydning starter på modercellen på et sted, som cellen vælger efter bestemte regler, således aldrig et sted, der har været brugt før. På Figur 3 viser et skanningsmikroskopisk billede gærceller, der er i gang med knopskydning og ar efter knopskydning. Gærceller kan også blive gamle, idet en gærcelle kun kan dele sig et vist antal gange. Det afhænger selvfølgelig af den specifikke gærart, men normalt siger man, at en gærcelle maksimalt kan knopskydes 25 gange. 17

18 Vækstfaser vaekstfaser Gærcellerne aktiveres fra en dvale-tilstand når de tilsættes et næringsmedie. Når gærceller vokser aerobt kan vækstfaserne opdeles i tre: lag-fase, exponentiel-fase, stationær-fase og døds-fase, se Figur 3. Figur 3. Vækstkurve for mikroorganismer i flydende kultur. Når en population af mikroorganismer overføres i et friskt medie, vil væksten normalt ikke starte med det samme, men først efter en tidsperiode, der kaldes lag-fasen. Længden af lag-fasen af er blandt andet afhængig af vækstbetingelserne, som eksempelvis temperatur og næringskilde. Derefter indtræder den eksponentielle fase. Som nævnt før deler S. cerevisiae sig ved knopskydning, således at en celle bliver til to celler. To celler bliver til 4 celler, som bliver til 8 celler og så videre. Dette resulterer i, at der sker en fordobling af celleantallet. Fordoblingstiden (den tid det tager for at celletallet fordobles) er også afhængig af vækstbetingelser. Til sidst når næringen i mediet er opbrugt, vil gærcellerne indtræde den stationære fase. Efter den stationære fase, indtræder den sidste fase, nemlig dødsfasen. I denne fase går gærcellerne til grunde, hvilket skyldes mangel på næring. Vækstfasen omtales ofte også som respirationsfasen. Denne fase er meget tydelig, idet der dannes en masse skum på overfladen, der skyldes den kuldioxid der frigives ved nedbrydning af sukrene. I denne fase falder ph kraftigt. Gæringsfasen følger lige efter vækstfasen og starter når alt oxygen er opbrugt, det vil sige at det er en anaerob fase. Under denne fase dannes kuldioxid og ethanol. Når alkohol procenten stiger vil den være giftig for gærcellerne som dør. Formålet: I dette forsøg vil vi undersøge gærcellers aktivitet under forskellige forhold. 1. I det første forsøg undersøges gærcellernes aktivitet ved 35 grader og der tegnes en vækstkurve. Alle grupper laver dette forsøg. Vejledning til opstilling af forsøget findes nedenfor. 2. I det næste forsøg skal hver gruppe selv designe et forsøg, hvor man undersøger hvilken betydning det har, hvis man ændrer på en abiotisk faktor. Det kan f.eks. være ændring i forsøgets ph, temperatur, mængden af kulhydrat, typen af kulhydrat (glukose, maltose, stivelse) eller man kan opstille et forsøg der viser hvornår gærcellerne slår over til gæring (anaerob proces). Tal med læreren om hvad der er muligt. 18

19 Metode til forsøg med gærcellernes aktivitet ved 35 C: I dette forsøg bruger man udskillelsen af CO2 som et indirekte mål for gærcellernes aktivitet. Dette gøres ved at tælle hvor mange bobler der frigives i gærrøret pr. minut. Antal bobler tælles for hvert minut og noteres. I skal skrive antallet af bobler ned, hver gang der er gået et minut. Materialer: Varmebade ved 35 C Bagegær Vand Sukker (sukrose) Konisk kolbe Bægerglas Glasspatel Gærrør med prop Opstilling af forsøg med gær: afvej 10 g kulhydrat (sukrose) i en vejebåd afvej 10 g gær i en vejebåd Tag en konisk kolbe 250 ml og opløs gæren i 100 ml vand med samme temperatur som vandbadet, lad kolben stå i vandbadet. Det er vigtigt at gæropløsningen opnår forsøgstemperaturen inden forsøget startes. Når du er klar til at starte forsøget tilsætter du kulhydrat til gæropløsningen og rører rundt så sukkeret opløses. Det hele står i vandbadet. Tag gærrøret og fyld vand i til mærket Sæt prop med gærrør i kolben og vær klar til at tælle bobler Der tælles bobler indtil aktiviteten går i stå efter minutter. Husk at notere antallet af bobler ned, hver gang der er gået et minut. Vejledning til de gruppeforsøg som I selv designer: Fremgangsmåden er som beskrevet ovenfor. I de forsøg hvor man vælger at ændre på mængden af kulhydrat skal forsøgstemperaturen være 35 C. I de forsøg hvor man vil undersøge gærens aktivitet ved andre temperaturer, bruges 10 gram gær og 10 gram sukker som ovenfor - men varmebadets temperatur ændres. Hvis man vil arbejde med ph tilsættes syre eller base og ph måles og noteres, herefter opløses gæren i væsken og står i varmebad 35 C indtil temperaturen er opnået. Først nu tilsættes de 10 gram sukker og forsøget startes. 19

20 Antal bobler Aarhus HF og VUC. Biologi B. Laboratoriekursus. Resultater/ resultatbehandling: Forsøg 1. Ud fra data tegnes en vækstkurve som enhed på x-aksen vælges minutter på Y-aksen vælges antal bobler (som udtryk for aktiviteten). Tid minutter (x-aksen) 1min 2min 3min Osv. Indtil 20 minutter Antal bobler /minut (y-aksen) Forsøg 2. Diverse gruppeforsøg hver gruppe afbilder deres resultater grafisk og laver en kort konklusion på forsøget. Hvis der er lavet forsøg ved forskellige temperaturer eller forskellige mængder af sukker, samles disse resultater i en grafisk oversigt f.eks. afbildet som søjlediagram. I dette tilfældet afbildes resultaterne ikke som aktivitet pr. minut, men i stedet som antal bobler i alt efter 20 minutter ved en bestemt koncentration/ sukkermængde. Eksempel: 600 Gæringsaktivitet ved forskellige sukkermængder g sukker 10 g sukker 20 g sukker Diskussion af forsøgsresultaterne: 1. Forklar hvorfor der dannes bobler i kolben når gæropløsningen tilsættes sukker. 2. Find og opskriv reaktionen for gærens omdannelse af sukker under aerobe- og anaerobe forhold. 3. Beskriv de 4 faser som vækstkurven kan inddeles i og sammenlign din egen kurve med ovenstående vækstkurve figur Diskuter hvilke processer i cellen der er påvirkelige af ændringer i temperatur, ph og mængden af kulhydrat og som kan have betydning for gærcellernes aktivitet. 5. Diskuter hvilke fejlkilder / usikkerheder der er i forsøg et. Konklusion: Lav en samlet konklusion på hvad forsøgene har vist om gærcellers aktivitet. 20

21 Eksperiment nr.: Bestemmelse af kondital Rapporten er udført af: I samarbejde med: Dato: Rettet af: 21

22 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. Materialer: Kondicykel, Pulsur med tilhørende elektrode-/sender-rem, samt en medhjælper til at kontrollere og aflæse pulsen. 22

23 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 pulsuret. Pulsregistreringen startes ved at aflæse pulsuret. Forsøgspersonen vurderer sig egen daglige fysiske aktivitet - fx som lav, middel eller høj. Vurderingen indskrives i nedenstående skema. 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. Læg mærke til, hvor lang tid pulsen er om at indstille sig på det aktuelle aktivitetsniveau. Den stabile pulsfrekvens aflæses på uret og 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. Læg mærke til, hvor lang tid pulsen er om at indstille sig på det nye aktivitetsniveau. Den stabile pulsfrekvens bestemmes som ved første cykelarbejde, 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. Konditallet kan nu beregnes. Resultatskema: Forsøgsperson 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) Aktivitetsniveau 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. 23

24 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: VO2(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) = VO2(max)(i liter/minut) x 1000 / kropsvægt. RAPPORTVEJLEDNING: Teori: 1. Forklar kort hjertets og kredsløbets funktion og opbygning. 2. Hvorfor har de arbejdende muskler brug for rigelig blodtilførsel? 24

25 Hypotese: 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. 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! Konklusion: 9. Vurdér testens fejlkilder. 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 2010 eller et lignende regnearksprogram. Vi starter med at skrive de ovenstående værdier ind i regnearket: 25

26 Marker tabellen og klik på fanen Indsæt, klik derefter på ikonet for punktdiagram endelig på ikonet for X-Y-diagram, som vist på figuren nedenfor: Klik nu på diagramfeltet, og der vil dukke tre nye faner op øverst i et grønt felt - diagramværktøjer. Klik på den midterste fane layout og derefter på ikonet Tendenslinje. I menuen, der nu rulles ud, klikkes på den nederste mulighed flere indstillinger for tendenslinje : I vinduet, der nu dukker op afkrydses de viste punkter: 26

27 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 tre 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 -72,208)/0,3875. Klikker man nu igen på diagrammet så de tre faner med diagramværktøjer dukker op, kan man tilrette aksetitler og give diagrammet en titel ved først at klikke på fanen Layout og derefter på hhv. ikonet Aksetitler og ikonet Diagramtitel og vupti, så har man et fint diagram til rapporten: 27

28 NB: værdien R 2, der står under ligningen for den rette linje, er en værdi, der angiver hvor godt de tre punkter ligger på linje (tendenslinjen) - altså hvor god den lineære sammenhæng er mellem belastning og puls (som vi antog). Jo tættere R 2 -værdien er på 1, jo bedre. 28

29 Eksperiment nr.: Måling af blodglukose-niveauet ved indtagelse af kulhydrater Rapporten er udført af: I samarbejde med: Dato: Rettet af: 29

30 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 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 30

31 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 legemsvægt (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 normalt niveau eller ej. 31

32 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: 32

33 32 VUC Aarhus. Biologi B. Laboratoriekursus. Figuren er hentet fra opgave 108, Biofag nr Særnummer/opgavesamling

34 VUC Aarhus. Biologi B. Laboratoriekursus. ELISA- test - Påvisning af "Kyssesyge" Rapporten er udført af: I samarbejde med: Dato: Rettet af: 41

35 VUC Aarhus. Biologi B. Laboratoriekursus. Øvelsevejledning: ELISA- test - Påvisning af "Kyssesyge". Relevant baggrundstof: Kendskab til immunforsvaret, antigener og antistoffer, mikroorganismernes opbygning (bakterier og virus). Teori: Har man mistanke om at en person er smittet med en infektionssygdom f.eks. mononukleose (kyssesyge), borreliabakterien (bid fra Skovflåt) eller HIV-virus, kan man benytte en antistoftest kaldet ELISA (Enzyme Linked Immuno Sorbent Assay). ELISA-testen bruges til at undersøge om en person har dannet antistoffer mod et bestemt antigen. Et antistof kan binde sig til et specifikt antigen, denne egenskab benyttes til at påvise om en person indeholder et specifikt antigen eller et specifikt antistof. En negativ test viser, at personen ikke har dannet antistoffer mod den pågældende virus eller bakterie. En positiv test viser, at personen har dannet antistof i kroppen. Antistofferne kan inddeles i 5 forskellige klasser. To af disse er særlig interessante IgM, som optræder ved førstegangsinfektioner og IgG, der er en del af den immunologiske hukommelse. Man kan designe sin ELISA test, så der testes for både IgM og IgG. På denne måde er det muligt at afgøre om der er tale om en ny infektion eller personen er blevet smittet for længe siden. Antigener er stoffer eller organisme, som fremkalder en antistofreaktion i kroppen. Antigener er ofte fremmede proteiner, men alle fremmede stoffer kan i princippet virke som mulige antigener. Antistoffer er proteiner, som dannes af immunforsvarets celler, og deres opgave er at binde sig til indtrængende fremmedstoffer (antigener). Antistof-antigenkomplekset optages af de såkaldte makrofager. Mononukleose (kyssesyge): Infektiøs mononukleose, eller "kyssesyge", skyldes en virus ved navn Epstein-Barr virus (EBV). Det er en DNA virus som hører til gruppen af "Herpes vira", men den har intet at gøre med forkølelsessår eller genital herpes. Infektionen kaldes kyssesyge, fordi smitten overføres via inficeret spyt. Det kan ske enten ved kys eller ved luftbåren smitte. Som det gælder for andre herpesvirusinfektioner forbliver virus i kroppen resten af livet, selvom man sandsynligvis kun vil få mononukleose én gang i livet. Virus kan formentlig med mellemrum findes i spyttet og sprede smitte denne vej. Sygdommen rammer specielt 15 til 25-årige og giver influenzalignende symptomer med halsbetændelse og hævelse af lymfeknuder og milt. Sygdommen er hyppigt forekommende; mellem 80 og 90 % af voksenbefolkningen har haft sygdommen. Sygdommen er i langt de fleste tilfælde ufarlig og uden senere komplikationer. Eventuelle komplikationer til mononukleose kan være forstørret milt, forstørret lever og en udpræget træthed. I sådanne tilfælde anbefaler man, at patienten undgår hårdt fysisk arbejde og sport med kropskontakt til ca. 4 uger efter sygdomsophør, da der kan ske skader på milten. Indtagelse af alkohol bør undlades i op til et halvt år på grund af sygdommens påvirkning af leveren. Diagnosen for mononukleose stilles ud fra de ovennævnte symptomer og sygdommens udvikling. Desuden kan lægen supplere med en podning fra halsen eller en blodprøve for påvisning af akut Epstein-Barr virus infektion (Monospot test) eller påvisning af antistoffer tydende på en tidligere infektion. 42

36 VUC Aarhus. Biologi B. Laboratoriekursus. Der findes ingen behandling rettet direkte mod Epstein-Barr virus. Behandlingen er derfor rettet mod sygdommens symptomer. Udover ovennævnte kendes en række andre sygdomme, som virus sættes i forbindelse med. Her kan nævnes Burkitt's lymphoma (en form for lymfekræft), kræft i næse/svælg, AIDS, autoimmunsygdomme og kronisk træthedssyndrom. Formål: Ved hjælp af ELISA-testen skal vi teste fire "hypotetiske" patienter, for mononukleose. Dette gøres ved at undersøge om patienternes "serum" indeholder immunoglobuliner af typen IgG rettet mod Eppstein-Barr virus (antigener). Serum= blodplasma, hvor størkningsfaktorerne er fjernet. Princippet bag fremstilling af ELISA-testen: ELISA testen udføres på en plastikplade med en række små brønde. Princippet er, at man fastklæber antigener fra EBVvirus på brøndens bund og sider. Herefter tilsættes serum med eventuelle antistoffer (IgG) fra patienten. Disse antistoffer vil binde til antigenerne. For at påvise antigen-antistof komplekset tilsættes endnu et antistof. Dette antistof binder til IgG som, når det bindes, aktiverer et enzym. Det aktive enzym kan påvises ved at tilsætte et specielt substrat, som ved reaktion udløser en kraftig farvereaktion. Materialer til forsøget. Varmeskab til inkubering af prøver ved 37 C En plastplade med 8 brønde En automatpipette/mikropipette 0-50 µl og 0-250µL Spidser til pipette Bæger til affald Bægerglas til brugte spidser Bægerglas med 10 ml fosfatbufferopløsning (PBS) 8 Eppendorf rør med prøverne A-H : 43

37 VUC Aarhus. Biologi B. Laboratoriekursus. Oversigt over indholdet i prøverne A-H: Rør Indhold Mærket som Kommentar A 0,5mL EBV antigener EBV B 75µL Positiv kontrol + Indeholder IgG C 75µL Donor 1 serum DS1 Serum fra patient D 75µL Donor 2 serum DS2 Serum fra patient E 75µL Donor 3 serum DS3 Serum fra patient F 75µL Donor 4 serum DS4 Serum fra patient G+PBS 0,5mL Sekundær antistof 2'anti Antistof mod IgG +enzym H 0,4mL Substrat substrat Substrat til reaktion med enzym * Til læreren: opløsningerne A-F kan laves i forvejen. Metode: Udførsel af testen trin for trin. OBS DET ER VIGTIGT AT BRUGE RENE SPIDSER HVER GANG. Påsætning af antigener. 1. Start med at mærke brøndene 1-6 (2 brønde er i overskud) 2. Tilsæt 50µL EBV fra rør A til hver af brøndene 1-6 og inkuber ved stuetemperatur i 5 minutter. 3. Sug forsigtigt væsken op af brøndene (går til affald). 4. Vask hver brønd en gang med PBS (fosfatbuffer opløsning). Dette gøres ved, forsigtigt, at fylde 250µL PBS i brønden. Fjern herefter væsken og smid den ud (affald). Undgå at spildei brønden ved siden af. Påsætning af prøver. Tilsæt nu følgende til brøndene 1-6 HUSK AT SKIFTE SPIDSER. brønd µl PBS (fosfatbuffer opløsning/neg.kontrol) brønd 2. brønd 3. brønd 4. brønd 5. brønd µl fra rør B + (+ positiv kontrol) 50 µl fra rør C DS1 50 µl fra rør D DS2 50 µl fra rør E DS3 50 µl fra rør F DS4 Inkubering af prøverne. Prøverne sættes i varmeskab til inkubering ved 37 C i 15 minutter. Efter inkubering fjernes væsken forsigtigt fra brøndene (HUSK nye spidser) Hver brønd vaskes med 250 µl PBS- se under punkt 4 (under påsætning af antigener) 44

38 VUC Aarhus. Biologi B. Laboratoriekursus. Tilsætning af sekundær antistof. Tilsæt nu 50 µl "2'anti" til alle 6 brønde Inkuber prøverne ved 37 C i 15 minutter. Efter inkubering fjernes væsken fra hver brønd med hver sin spids (affald) Hver brønd vaskes med 250 µl PBS- se under punkt 4 (under påsætning af antigener). Tilsætning af substrat. Tilsæt 50 µl "substrat" til alle 6 brønde Inkuber prøverne ved 37 C i 5 minutter. Analyser prøverne ved at iagttage farvereaktion efter ca. 5 minutter. Kommentar til reaktionen mellem de sekundære antistoffer/ enzym og substratet. De sekundære antistoffer (2'anti), som bruges i reaktion er fremstillet ved immunisering med human IgG i kanin eller ged. Efter oprensning kobles enzymet peroxidase på anti-igg (2'anti). Peroxidase omdanner brintoverilte 2 H 2O 2 2H 2O + O 2 Peroxidase er et enzym med en meget høj katalytisk aktivitet, idet det kan omdanne 10 6 molekyler per sekund. Substratet som tilsættes prøven består af H 2O 2 og et stof kaldet ABTS, som har den egenskab, at det i oxyderet tilstand bliver grønt. Når substratet tilsættes begynder peroxidasen straks at nedbryde H 2O 2 og der dannes herved O 2 som kan oxidere ABTS. ABTS bliver herved grøn. ABTS : azino-diethylbenzthiazoline sulfonate. 45

39 VUC Aarhus. Biologi B. Laboratoriekursus. Rapportvejledning: Teori: 1. Beskriv funktionen af de forskellige celler i immunforsvaret. 2. Gør rede for hvordan immunforsvarets hukommelse virker. 3. Gør rede for hvordan et antistof fungere. Materialer/metode: Skriv kun hvis der er ændringer til øvelsesvejledningen Resultat: Tag et foto af jeres resultater og gør rede for hvilke patienter, der er smittet med mononukleose. Diskussion: 1. Forklar, princippet bag den reaktion man ser, når resultatet af testen er positiv. 2. Forklar, hvorfor kontrolforsøget i brønd 2 giver positivreaktion. 3. Forklar, hvorfor man har et kontrolforsøg, hvor der kun tilsættes PBS. 4. Når man udfører ELISA testen i praksis testes der både for IgM og IgG. Endvidere bestemmer man hvor kraftig farven er. Jo kraftigere farven er, des flere antistoffer har testpersonen i sit blod. Forklar hvordan disse oplysninger kan være med til at klarlægge sygdomsforløbet. 5. Giv eksempler på hvordan smitte generelt kan overføres fra person til person. 6. Hvorfor kan vi kun i nogen tilfælde vaccinere effektivt mod virus infektioner? Fejlkilder: Angiv hvilke fejlkilder der er i forsøget. Konklusion: 46

40 VUC Aarhus. Biologi B. Laboratoriekursus. Eksperiment nr.: Diagnosticering af sygdommen seglcelleanæmi Ved brug af DNA restriktionsanalyse. Rapporten er udført af: I samarbejde med: Dato: Rettet af: 47

41 VUC Aarhus. Biologi B. Laboratoriekursus. Formålet med forsøget At undersøge genotypen hos de enkelte familiemedlemmer for derved at kortlægge barnets risiko for at få seglcelleanæmi. 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 48

42 VUC Aarhus. Biologi B. Laboratoriekursus. Figur 1 og 2 er hentet på: vejledning pdf 49

43 VUC Aarhus. Biologi B. Laboratoriekursus. 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 50

44 VUC Aarhus. Biologi B. Laboratoriekursus. 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). 51

45 VUC Aarhus. Biologi B. Laboratoriekursus. 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. 52

46 VUC Aarhus. Biologi B. Laboratoriekursus. 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). 53

47 VUC Aarhus. Biologi B. Laboratoriekursus. 54

48 VUC Aarhus. Biologi B. Laboratoriekursus. Resultater Tag et foto af gelen eller tegn båndmønsteret af på et stykke OHP plast. Analyse af resultaterne. 1. Med udgangspunkt i din viden om nedarving af seglcelleanæmi, skal du gøre rede for, hvor mange raske gener / syge gener, du har i hver af prøverne 1-3 (kontrolforsøgene). 2. Forklar endvidere hvor mange DNA fragmenter (bånd) du vil se på gelen, hos en person med seglcelleanæmi i forhold til en person der ikke fejler noget, når DNA er klippet med restriktionsenzymet MstII dit svar skal begrundes. 3. Forklar hvilke fragmenter der vil vandre længst under elektroforesen. 4. Forklar hvorfor det er nødvendigt at have prøver med, som dem i kontrolforsøgene? 5. På baggrund af resultaterne af elektroforesen, skal du bestemme genotypen for hhv. moderen til barnet, faderen til barnet og hos det undersøgte barn dit svar skal begrundes. Forklar endvidere hvordan de undersøgte personers fænotype vil se ud. Diskussion. Ved elektroforese vandrer DNA molekylerne mod den positive pol. Find en figur af DNA molekylets opbygning og forklar, hvad der gør DNA til et stærkt negativt molekyle. Hvilke celler kan man anvende, når man ønsker at lave DNA test? Opstil et krydsningsskema der viser risikoen for at to forældre, der begge er bærere af sygdommen Seglcelleanæmi får et barn der har arvet sygdommen. Nedenfor ser du, hvor udbredt genet HbS er i verden. Det har vist sig at heterozygote personer er mere resistente over for malaria end personer med genotypen HbA,HbA. Forklar hvordan dette forhold, har været med til at øge hyppigheden af genet HbS i den Centrale Afrikanske befolkning. 55

49 VUC Aarhus. Biologi B. Laboratoriekursus. 56

50 VUC Aarhus. Biologi B. Laboratoriekursus. Eksperiment nr.: Mitose og meiose Rapporten er udført af: I samarbejde med: Dato: Rettet af: 57

51 VUC Aarhus. Biologi B. Laboratoriekursus. Øvelsesvejledning: Mitose og meiose Relevant baggrundstof: Cellens opbygning, cellens cyklus, den almindelige celledeling - mitosen, kønscelledannnelsenmeiose, de genetiske grundbegreber som: gener, alleler, kromatider og kromosomer. Teori: Der er to former for celledeling, den almindelige celledeling (mitosen) og den celledeling der fører til dannelsen af kønsceller (meiosen). I denne øvelse skal vi se på færdige præperater af både meiose og mitose. Formålet med mitosen er at skabe nye celler, som er identiske med den oprindelige celle. Denne form for celledeling sker i organismen, når den vokser eller i forbindelse med udskiftning af slidte celler. Inden den mitotiske celledeling kopieres cellens arvemateriale, DNA, det betyder at kromosomerne nu findes i en struktur, som består af to ens DNA strenge også kaldet kromatider. Kromatiderne holdes sammen ved hjælp af et såkaldt centromer. Under celledelingen adskilles kromatiderne og føres til hver sin ende i cellens cytoplasma (cellens pol), herefter deles cellens cytoplasma og der dannes ny membran omkring de to nye celler. Celledelingen består således af tre vigtige trin: Kopiering af arvematerialet (DNA) Adskillelse af de to kopier (kromatiderne) Deling af cellens cytoplasma Formålet med den meiotiske deling er at skabe kønsceller, som er forskellige fra den oprindelige celle. I meiosen kopieres DNA ligeledes inden celledelingens start, hvorefter DNA deles ved 2 delinger. Celledelingen består således af disse vigtige trin: Kopiering af DNA 1. Meiotiske deling: Overkrydsning Adskillelse af homologe kromosomer Deling af cytoplasma 2. Meiotiske deling: Adskillelse af de to kopier (kromatiderne) Deling af cytoplasma Formål: I denne øvelse skal man ved hjælp af mikroskopet se og identificere de forskellige faser i mitosen og meiosen 58

52 VUC Aarhus. Biologi B. Laboratoriekursus. Brug af mikroskopet: Husk altid at stille skarpt inden der skiftes forstørrelse ellers ødelægger man præparatet og mikroskopet. 1. Fastgør præparatet i klemmen på mikroskopets bord. 2. Vælg den forstørrelsen/objektivet mærket 4x (dette svarer til en forstørrelse på 40x) 3. Søg rundt i præparatet og konstater at cellerne har forskelligt udseende. Det er cellekernens indhold der er stærkt farvet Læg mærke til den tydelige celleafgrænsning som er cellevæggen. 4. Find dernæst de faser som ser interessante ud. 5. Læg den valgte celle i centrum af synsfeltet. 6. Stil skarpt. 7. Skift herefter til den næste forstørrelse (10x) herefter kan man skifte til (60x) Iagttag og tegn: Læg præparaterne under mikroskopet og find så mange forskellige faser i mitosen og meiosen som muligt. Faserne tegnes og navngives. Prøv at beskrive faserne så nøjagtig som muligt ved at bruge betegnelser som tidlig metafase, sen osv. Prøv også at iagttage om cellen ses fra polen eller ind fra siden. 59