BIOLOGI HØJT NIVEAU. Mandag den 22. maj 2006 kl

Transkript

1 STUDENTEREKSAMEN MAJ BIOLOGI HØJT NIVEAU Mandag den 22. maj 2006 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 1. Cassava STORE OPGAVER A. Cassavarødder er et hovednæringsmiddel for mange mennesker i Sydamerika og Afrika. Cassavarødderne kan ikke spises uden videre, da de indeholder cyanogene glukosider. Ved indtagelse af uforarbejdet cassava nedbrydes de cyanogene glukosider til bl.a. det giftige HCN (blåsyre), se figur 1. HCN hæmmer et enzymkompleks, som findes hos de fleste respirerende organismer, se figur 2. CH 2 OH CH 2 OH CN CN H C O H H C O H H 1. H C C O C CH OH H 3 C C + HO C CH OH H 3 HO C C CH 3 H 2 O HO C C OH CH 3 H OH H OH CN HO C O = C CH 3 CH 2. 3 CH 3 + HCN (blåsyre) CH 3 Figur 1. Enzymatisk nedbrydning af cyanogene glukosider. NADH + H + Enzymkompleks 1 FADH 2 Ubiquinon 2e Enzymkompleks 3 2e Cytokrom c 2e HCN 2H + Enzymkompleks 4 Figur 2. HCNs virkning i cellerne. 1/2 O 2 H 2 O a. Beskriv proces 1 vist i figur 1 og angiv, hvilken gruppe enzymet tilhører. b. Inddrag figur 1 og figur 2 i en forklaring på, hvorfor uforarbejdet cassava er giftig. c. Giv forslag til, hvilke fordele cassavaplanten kan have af at danne de cyanogene glukosider. 2

3 B. Før rødderne fra cassava kan spises, kræves en langvarig forarbejdningsproces med et stort forbrug af skyllevand. Under forarbejdningen nedbrydes de cyanogene glukosider af enzymer, som findes i planten, se figur 1. Den dannede HCN fjernes med skyllevandet. Forarbejdningen af cassava kan derfor medføre store miljøproblemer. I et forskningsprojekt har man ved hjælp af antisense-teknik forsøgt at udvikle en cassavaplante med et lavere indhold af cyanogene glukosider, se figur 3. Gen for enzymet CYP79 Indsplejset antisense-gen. C C A A A A G A A.. m-rna Antisense m-rna Figur 3. Genetisk modificeret cassava. CYP79 er et enzym, der er nødvendigt for dannelsen af cyanogene glukosider. a. Angiv basesekvensen i mrna, der svarer til den viste DNA-sekvens, se figur 3, og forklar mrnas rolle i proteinsyntesen. b. Forklar med udgangspunkt i figur 3, hvorfor antisense-teknikken kan bruges til at nedsætte plantens produktion af cyanogene glukosider. c. Diskuter fordele og ulemper ved at dyrke genetisk modificeret cassava i Afrika, sammenlignet med den oprindelige cassava. 3

4 2. Havbrug A. Danske havbrug producerede i 1999 tilsammen ton ørreder. Fiskene holdes i netbassiner, se figur 1. Ved fodring af fisk i havbrug benyttes tørfoder, der er fremstillet af vildfanget fisk. Til at producere 1 kg ørred kræves en fodermængde, der er fremstillet af 2 kg vildfanget fisk. I myndighedernes tilladelse til havbrugene benyttes begrebet foderkvotient som et mål for foderudnyttelsen i havbrug. Foderkvotienten (F k ) er defineret som: F k = foderforbrug (t) produktion af fisk (t) Bågø Havbrug ligger i Lillebælt, syd for Middelfart. Foderforbrug og foderkvotient fra Bågø Havbrug i 2001 fremgår af figur 2. Overskudsfoder og affaldsstoffer fra fiskene tabes direkte til omgivelserne. Bågø Havbrug overholder myndighedernes krav til udledninger. Udledningerne fra 2001 fremgår af figur 3. Til sammenligning er i figur 3 også vist tal fra Middelfart Centralrenseanlæg, der renser spildevand fra personer. Foderforbrug Foder- (t) kvotient Bågø Havbrug 145 1,17 Figur 2. Figur 1. Samlet N-udledning P-udledning iltforbrug (t) (t) (t) 1 Bågø Havbrug (2001) 5,14 0,54 34,4 Middelfart Centralrenseanlæg (mekanisk, kemisk og biologisk 9,44 1,11 6,67 rensning) (2003) Figur 3. Totale årlige udledninger af N- og P-forbindelser og det samlede iltforbrug til nedbrydning af udledt organisk stof. 1 Det samlede iltforbrug (t) ved nedbrydning af det organiske stof. 4

5 a. Beregn produktionen af ørreder i Bågø Havbrug i Angiv desuden hvor mange kg vildfisk, der er medgået til denne produktion i havbruget, se figur 2. b. Hvilken betydning har udledning af N- og P-forbindelser for det lokale havmiljø? c. Sammenlign renseanlæggets og havbrugets udledninger af organisk stof og giv en vurdering af miljøpåvirkningen. Benyt figur 3. Opgaven fortsætter 5

6 B. Norge er førende indenfor havbrugsproduktion af laks og ørred. Man planlægger en femdobling af produktionen inden I øjeblikket fanges årligt 2 millioner ton fisk til produktion af fiskefoder. Denne fangst kan ikke yderligere forøges. Der er derfor forslag om: 1. opfiskning af 1-2 millioner ton dyreplankton i norske farvande og 3-4 millioner ton ved Antarktis 2. gødskning af havene med uorganiske gødningssalte 3. dyrkning af plante- og dyreplankton i tanke fyldt med havvand Figur 4. a. Udvælg to væsentlige abiotiske faktorer og forklar, hvordan de kan virke begrænsende på produktionen af planteplankton i norske farvande. b. Diskuter med udgangspunkt i figur 4, hvilke konsekvenser intensiv fangst af dyreplankton til foderfremstilling kan have. c. Vurder følgerne af de omtalte forslag til forøgelse af produktion af fiskefoder. 6

7 SMÅ OPGAVER 3. Gærcellers aktivitet Figur 1 viser resultaterne af et forsøg, hvor en gruppe gymnasieelever har undersøgt gærcellers aktivitet ved forskellige sukkerkoncentrationer. Reagensglassene indeholder forskellige sukkerkoncentrationer (fortyndet sirup) og er ved forsøgsstart tilsat den samme mængde gærceller. Glassene har stået ved stuetemperatur i to døgn. Den dannede CO 2 opsamles i små reagensglas, der er vendt på hovedet. Den opsamlede CO 2 måles med lineal. Opsamlet CO 2 2 døgn Sirupkoncentration Opsamlet CO 2 -søjle (%) (mm) 0 0 3,2 2 6, , Figur 1. Forsøgsopstilling og resultater af forsøget. a. Hvorfor er den dannede CO 2 -mængde et udtryk for gærcellernes aktivitet? b. Afbild forsøgsresultaterne vist i figur 1 grafisk og giv en forklaring på resultaterne. c. Forklar, hvorfor syltetøj og saft med lavt sukkerindhold skal opbevares i køleskab, mens tilsvarende produkter med højt sukkerindhold kan opbevares ved stuetemperatur. 7

8 4. Giftige havsnegle Nogle arter af havsnegle kan stikke. Ved stikket overføres en blanding af giftige peptider, såkaldte conotoxiner. Et af disse peptider er ω-conotoxin, som blokerer Ca ++ -kanalerne i de præsynaptiske neuroner. Et andet peptid er γ-conotoxin, som blokerer de postsynaptiske Na + -kanaler, se figur 1. Der kendes eksempler på forgiftninger hos mennesker, der er blevet stukket af disse havsnegle. Ca ++ kanal Acetylcholin Ca ++ Na + kanal Figur 1. En motorisk synapse. a. Forklar, hvad man forstår ved et peptid og opskriv strukturformlen for et dipeptid, der består af glycin og alanin. b. Beskriv en metode til adskillelse af forskellige conotoxiner i havsneglenes gift. c. Forklar ud fra figur 1, hvordan de to stoffer hver for sig vil påvirke synapsens funktion, og angiv, hvilke symptomer man vil forvente hos et menneske, der er blevet forgiftet med conotoxin. 8

9 5. 5α-dihydro-testosteron Der findes flere arvelige sygdomme, der medfører, at et barn med normal mandlig kromosombesætning ved fødslen har en kvindelig fænotype. I Den Dominikanske Republik er der mange, der bærer en ellers sjælden mutation i genet for det enzym, der katalyserer processen vist i figur 1. Mutationen nedarves autosomalt recessivt. 5α-dihydro-testosteron er nødvendig for udviklingen af de mandlige kønsorganer. Figur 2 viser sygdommens forekomst i en familie fra Den Dominikanske Republik. NADH + H + NAD OH CH 3 CH 3 OH CH 3 O CH 3 Testosteron Enzym O H H 5α-dihydro-testosteron Figur 1. Omdannelse af testosteron til 5α-dihydro-testosteron. I II Dreng der ved fødslen lignede en pige Figur 2. Stamtræ over en familie, hvor nogle af drengene ved fødslen lignede piger. a. Til hvilken gruppe af hormoner hører 5α-dihydro-testosteron, og hvordan udøver det sin virkning på målcellerne? b. Beskriv reaktionen vist i figur 1, og forklar coenzymets rolle. c. Forklar ud fra figur 2, at arvegangen kan være autosomal recessiv. Angiv mulige genotyper for I-1, I-2, I-3, II-3 og II-4. 9

10 6. Mælkeproduktion Figur 1 viser foderoptagelse, mælkeproduktion samt vægtændring hos en ko de første 48 uger efter, den har fået en kalv. Ca. 90 % af de sygdomstilfælde, der forekommer hos malkekøer, konstateres i de første uger efter kælvning. Køer producerer proteinhormonet BST (bovint somatropin), som stimulerer deres mælkeproduktion. I visse lande er det tilladt at behandle malkekøer med BST for at fremme mælkeydelsen. Det er ikke tilladt i EU. Mælkeydelse (kg/dag) Foderoptagelse (FE/dag) Foderoptagelse Mælkeydelse Uger efter kælvning Vægtændring (kg) Vægtændring Uger efter kælvning Figur 1. Sammenhængen mellem foderoptagelse, mælkeproduktion og vægtændring hos en ko efter kælvning. FE = foderenheder; 1 foderenhed svarer til foderværdien af 1 kg byg. a. Analyser figur 1, og forklar sammenhængen imellem de viste kurver. b. Giv mulige forklaringer på, at malkekøers sygdomshyppighed er størst i de første uger efter kælvning. c. Anfør argumenter for og imod brugen af BST til forøgelse af køers mælkeproduktion. 10

11 7. Hæmoglobin C Hæmoglobin er et sammensat proteinmolekyle, hvis opbygning er vist i figur 1. Blodets evne til at binde og transportere ilt er knyttet til hæm-grupperne. En mutation kan medføre, at der i stedet for normal hæmoglobin (HbA) dannes hæmoglobin C (HbC). Figur 2 viser et udsnit af β-kædens aminosyresammensætning, hvor forskellen på HbA og HbC er fremhævet. Nedarvningen af HbC i en familie er vist i figur 3. Hæm-gruppe Figur 1. Hæmoglobins molekylære opbygning med to α- og to β-kæder. HbA Valin Histidin Leucin Threonin Prolin Glutamin Glutamin HbC Valin Histidin Leucin Threonin Prolin Lysin Glutamin Figur 2. Forskellen i β-kædens aminosyresammensætning i HbA og HbC. I 1 2 Rask II Syg Meget syg III 1 2 Figur 3. Nedarvningen af HbC i en familie. a. Hvilken mutation kan føre til dannelse af hæmoglobin C? b. Giv forslag til, hvilke følger den viste mutation kan få for hæmoglobinmolekylets struktur og funktion. c. Forklar med udgangspunkt i figur 3, hvordan HbC nedarves, og angiv genotyper for I-1, I-2 og III-1. 11

12 Kilder: Opgave 1: Naturens Verden, 4, Bioinfo-nyt, september Stryer: Biochemistry, Freeman Opgave 2: Tilsyn med kommunale renseanlæg Middelfart Kommune. April Opgave 3: Foto: J. Baungaard Hansen. Opgave 4: Boron & Boulpaep: Medical Physiology, Saunders Opgave 5: Boron & Boulpaep: Medical Physiology, Saunders Opgave 6: