BIOLOGI HØJT NIVEAU. Mandag den 14. august 2006 kl

Transkript

1 STUDENTEREKSAMEN AUGUST BIOLOGI HØJT NIVEAU Mandag den 14. august 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 STORE OPGAVER 1. Giftige kokasser? A. Kvæg kan angribes af en række parasitter, se figur 1. Tilstedeværelse af store mængder parasitter kan medføre nedsat tilvækst hos kvæget. Man kan behandle kvæg med stoffet ivermectin. Det er giftigt for dyr som rundorme, mider og insekter, men ikke for regnorme. Man kan give engangsbehandling ved injektion, eller man kan indlægge en såkaldt bolus 1, der igennem 4-5 måneder afgiver ivermectin i vommen. Ivermectin udskilles næsten uomsat i kokasserne, se figur 2. Bolus Injektion Endoparasitter Ektoparasitter Protozo Ikte Bændelorm Rundorm Mide Lus Loppe Myg Flue Kokasse Flue Gødningsbille Regnorm Maddike Larve Kokon Figur 1. Eksempler på endo- og ektoparasitter samt nedbryderfauna i kokasser. Endoparasitter lever i fx dyrets tarmkanal, mens ektoparasitter lever på dyrets overflade. Ivermectin (mg/kg frisk kokasse) 0, Antal døgn efter en engangsbehandling med ivermectin Figur 2. Udskillelse af ivermectin fra en ko efter engangsbehandling, udtrykt som ivermectinkoncentration i kokasser. 1 Anvendelse af bolusbehandling er forbudt i Danmark 2

3 a. Forklar, hvordan endo- og ektoparasitter kan nedsætte tilvæksten hos kvæg. b. Analyser og forklar figur 2. Giv forslag til, hvordan kurven vil se ud for en ko med indlagt bolus. Skitser kurven. c. Giv en mulig forklaring på, at der er større risiko for resistensudvikling hos parasitterne mod ivermectin ved bolusbrug i forhold til ved engangsbehandlinger. B. En kokasse nedbrydes af biller, fluer, myg, regnorme, jordlevende rundorme samt bakterier og svampe, se figur 1 og figur % af en kokasses nedbrydning skyldes fysisk borttransport fx af regnorme, der afsætter deres ekskrementer andetsteds. De resterende % skyldes hovedsageligt bakteriers og svampes respiration i selve kokassen. Effekten af flue- og billelarver er mere indirekte, idet deres aktivitet gør gødningen mere løs og luftig. Den biologiske nedbrydning af udskilt ivermectin er stærkt temperaturafhængig. Om sommeren nedbrydes det i løbet af dage, mens det om vinteren kan tage flere måneder. Figur 3. Flere dage gammel kokasse med flyvehuller og larver af rødbenet møgbille. a. Giv et eksempel på en type organisk stof, der forekommer i kokasser, og forklar, hvordan stoffet nedbrydes ved bakteriers og svampes respiration. b. Beskriv et kontrolleret eksperiment, der kan vise regnormenes betydning for nedbrydningen af en kokasse. c. Diskuter, hvilken betydning behandling med ivermectin enten som engangsbehandling eller med bolus kan tænkes at have for koen og for stofomsætningen på marken. 3

4 2. Machado-Joseph Disease A. På øen Flores i Azorerne forekommer Machado-Joseph Disease (MJD) hos 1 ud af 140 individer. MJD nedarves som vist i figur 1. Årsagen til sygdommen er en stor forøgelse af antallet af såkaldte repeats, korte gentagne DNA-sekvenser, i et exon på kromosom 14. Sygdommen indtræder tidligere i livet jo flere repeats, der forekommer. Sekvensen CAG forekommer normalt i et antal på 12-36, hvilket ikke fører til sygdom. Hos personer med tidligt udviklet MJD finder man alleler med repeats, se figur 2. Det har vist sig, at antallet af repeats øges fra generation til generation i ramte familier. Årsagen kendes ikke, men skæv overkrydsning formodes at være forklaringen. I II III Kvinder med MJD Mænd med MJD Kvinder uden MJD Mænd uden MJD Figur 1. Stamtræ for en familie med Machado-Joseph Disease. a. Analyser og forklar arvegangen vist i figur 1. b. Forklar, hvorfor ændringer i et exon kan medføre sygdom. c. Forklar, hvordan overkrydsningsfejl kan føre til et øget antal CAG-repeats i næste generation. 4

5 B. MJD fører til en uhelbredelig og dødelig ødelæggelse af nervevævet i centralnervesystemet. Genet for MJD koder for et protein, ataxin, som i den defekte udgave ophobes i neuroner i lillehjernen, hjernestammen og den øverste del af den forlængede rygmarv. Sygdommen kan diagnosticeres ved hjælp af DNA-analyse. Efter klipning med restriktionsenzym (se figur 2) kan det klippede DNA opformeres ved PCR-teknik inden analyse. I figur 3 ses resultatet af en gel-elektroforese på DNA fra familien omtalt i figur 1. Klippede DNA-fragmenter CAGrepeats ca a b c MJD-gen: 5... ATTCGAGGCTAC...TGTAGCCTCAGCAGCAG...CAGCAGCAGCACCTAGCT...ATTCGAGGCTAC...3 Intron Exon Intron Figur 2. MJD-genets placering på kromosom 14. Hos normale ses repeats (a), mens man hos personer med MJD ser fra ca. 40 repeats i sent indtrædende tilfælde (b) og op mod 80 repeats i tidligt indtrædende tilfælde (c). De stiplede linier angiver klippestedet for et restriktionsenzym. Opgaven fortsætter 5

6 Basepar DNA stige I-1 I-2 II-2 III-1 III Figur 3. Resultat af elektroforese af DNA fra personer i familien vist i figur 1. I rækken til venstre er vist DNA fragmenter med kendt størrelse. a. Angiv en mulig basesekvens for den PCR-primer, der anvendes ved opformeringen af DNAet vist i figur 2. Begrund svaret. b. Analyser figur 3 og forklar resultatet af elektroforesen. c. Giv forslag til, hvilke symptomer man kan forvente hos personer med MJD. 6

7 SMÅ OPGAVER 3. Stivelsesnedbrydning Stivelse farves kraftigt af en jodopløsning. Ved et forsøg tilsatte man fortyndet spytamylase til en stivelsesopløsning. Ved forsøgets start og derefter hvert 15. sekund blev der udtaget en dråbe fra opløsningen. Dråben blev lagt i en porcelænsbakke og straks tilsat en dråbe jodopløsning. Man fortsatte med at udtage prøver fra stivelsesopløsningen, til der ikke længere var forskel på prøveresultaterne. Resultatet ses i figur 1. start 15 sek 30 sek 45 sek 60 sek 75 sek 90 sek 105 sek 120 sek Figur 1. a. Beskriv, hvad der sker med stivelsen ved tilsætning af spytamylase og forklar, hvorfor jodopløsningen skal tilsættes straks efter prøvetagningen. b. Forklar resultaterne vist i figur 1. c. Forklar, hvordan den viste metode kan udnyttes i et forsøg, hvor man vil undersøge temperaturens indflydelse på enzymaktiviteten. 7

8 4. Klorofyl-a Som et led i overvågningen af vandmiljøet i de danske havområder har man bl.a. i Kertinge Nor målt biomassen af planteplanktonet i Biomassen er angivet som koncentrationen af klorofyl-a. Resultaterne af målingerne er vist i figur 1. Figur 2 viser middelværdierne for klorofyl-a i perioden ,5 2,2 2,3 2,2 2,4 6,6 9,5 18,9 3,8 2,3 2,5 5,1 Jan Feb Mar Apr Maj Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dec Figur 1. Månedlige middelværdier for koncentrationen af klorofyl-a (mg/l) i 1 meters dybde i Kertinge Nor i Klorofyl-a (mg/l) 35 + standardafvigelse middel for standardafvigelse Jan. Feb. Mar. Apr. Maj Jun. Jul. Aug. Sep. Okt. Nov. Dec. Figur 2. Middelværdier for koncentrationen af klorofyl-a i 1 meters dybde i Kertinge Nor i perioden Standardafvigelsen (spredningen) i resultaterne er vist. a. Forklar, hvorfor koncentrationen af klorofyl-a kan anvendes som mål for planteplanktonets biomasse. b. Giv forslag til en metode til at bestemme indholdet af klorofyl-a i en vandprøve. c. Afbild resultaterne fra 2003 og sammenhold resultatet med de i figur 2 viste gennemsnit fra årene Hvilke biologiske forhold kan forklare forskellen mellem de to sæt resultater? 8

9 5. Alkohol og cellemembraner Alkohol optages i cellemembranen og påvirker derved cellernes funktion. Alkohol opløses i membranens lipider, hvorved membranen mister sin fasthed. Dette påvirker membranproteinerne, så transporten af stoffer over cellemembranen forstyrres. Nerveceller er særligt følsomme overfor alkohol. Ved et forsøg udførte elitefodboldspillere straffespark og luftdriblinger inden indtagelse af 6 genstande. De samme øvelser blev gentaget 24 timer efter, hvor al alkohol var forbrændt. Resultaterne fremgår af figur 2. K + kanal Na + kanal Figur 1. Cellemembran. Mål på straffespark c. Giv forslag til forklaring af fodboldspillernes præstationer dagen efter alkoholindtagelsen. Luftdriblinger Før alkoholindtagelse 100% 100% 24 timer efter alkoholindtagelse 75% 60% Figur 2. a. Inddrag figur1 i en kort beskrivelse af cellemembraners opbygning og transportproteiners funktion. b. Hvilken betydning kan det have for nerveceller, at transporten over membranen påvirkes? 9

10 6. Østrogenhormoner i spildevand Østron og 17β-østradiol er naturligt forekommende østrogener hos mennesket. Disse stoffer udskilles med urinen. Det samme gør 17α-ethinyløstradiol, der er et syntetisk østrogen, som stammer fra P-piller. Østrogener i vandmiljøet forstyrrer kønsudviklingen hos hanfisk og kan måske påvirke fiskenes formeringsevne. Dette er bl.a. observeret hos skalle og ørred. I ferskvand er den biologiske halveringstid for det syntetiske østrogen ca. 10 gange længere end for de naturlige østrogener. Østrogeners virkning er additiv. Man har målt koncentrationen af østrogener i udløbsvand fra renseanlæg i Storkøbenhavn og sammenholdt disse med koncentrationer, hvor man kan observere en effekt på kønsudviklingen, se figur 1. Skalle (Rutilus rutilus) Laveste Minimum- og maksimum- Alle værdier er i ng/l koncentration med koncentrationer i udløbsvand observeret effekt på 4 renseanlæg i Storkøbenhavn Østron β-østradiol 0, α-ethinyløstradiol 0,03 4,9 7,0 Figur 1. a. Hvad forstås ved biologisk halveringstid? b. Giv forslag til et eksperiment, der kan vise østrogene stoffers indvirkning på formeringsevnen hos fisk. c. Analyser figur 1 og vurder betydningen af resultaterne. 10

11 7. Scrapie Scrapie er en prionsygdom, der rammer får. Sygdomsforløbet ligner det, der kendes fra kogalskab hos kvæg. Nogle fåreracer er mere modstandsdygtige over for scrapie end andre. Modstandsdygtigheden er knyttet til fårets prionprotein (PrP), hvis aminosyresammensætning varierer fra fårerace til fårerace, se figur 1. Forskellen i genotypernes forekomst hos tre fåreracer er vist i figur 2. Triplet Triplet Triplet Allel- Modstandskoder for koder for koder for betegnelse dygtighed Alanin (A) Arginin (R) Arginin (R) A1 Mest Alanin (A) Histidin (H) Glutamin (Q) A2 Alanin (A) Histidin (H) Histidin (H) A3 Alanin (A) Arginin (R) Glutamin (Q) A4 Alanin (A) Arginin (R) Histidin (H) A5 Valin (V) Arginin (R) Glutamin (Q) A6 Mindst Figur 1. Forskelle i alleler og i aminosyresammensætningen af prionproteinet hos får. Race Genotype A1/A1 Genotype A1/- - - Genotype - - -/- - - Oxforddown 65% 33% 2% Texel 11% 40% 49% Gotlandsk pelsfår 0% 0% 100% Figur 2. Forekomsten af A1-allelen hos tre forskellige racer af får betyder en hvilken som helst anden af de i figur 1 viste alleler. a. Hvilke forskelle i priongenets DNA-kode adskiller A1-allelen fra A6-allelen? b. Hvilke genotyper vil kunne fremkomme i F 2 ved krydsning af afkom efter en A1/A1-vædder og et A6/A6-moderfår? Opstil krydsningsskema. c. Giv forslag til, hvordan man kan fremavle mere modstandsdygtige gotlandske pelsfår. 11

12 Kilder: Opgave 1: J. Grønvold m.fl.: Giftige kokasser, Naturens Verden 6, s Figur 3: foto J. Baungaard Hansen. Opgave 2: Mueller & Young: Elements of medical genetics, 11.edit., Churchill Livingstone Acta.Neurol.Scand. 111 (6): , Opgave 4: Kystvande 2003, Fjorde og kystnære områder Kertinge Nor, DMU Opgave 5: Naturens Verden 6, Opgave 6: Lægemiddelforskning Opgave 7: Dansk Fåreavl 3, marts Dansk Fåreavl 6, juni 2004.