Opgave i Produktion af Butan-1-oI

Transkript

1 Bioteknologi A Terminsprøve 2018 HoId3z Lærer: Karen Nitschke Af opgaverne i og 2 skal begge opgaver besvares. Af opgaverne 3 og 4 skal en og kun en af opgaverne besvares. Torsdag d. 12. april 2018 Kl

2 Opgave i Produktion af Butan-1-oI Brug af fossile brændstoffer øger den globale opvarmning, og man leder derfor efter mere bæredygtige kilder til produktion afbrændstoffer. - Den anaerobe bakterie Clostridium acetobutylicurn kan omdanne svært nedbrydelige carbohydrater i blandt andet halm og træ til monosaccharider, og ud fra disse kan den danne alkoholen butan- 1-oL. Butan- 1-ol kan være et bæredygtigt alternativ til benzin. Figur I viser C acetobutylicurn s anaerobe omdannelse af glucose til butan- 1-ol. + CO Figur I. Anaerob oindannelse afgiucose til butan-l-oi. I. Afstem reaktionsskemaet for omdannelsen af glucose til butan- 1-ol, vist i figur i, idet alle carbon- og hydrogenatomer angives. Benyt eventuelt bilag I. 2. Beregn det maksimale udbytte af butan- 1-ol ved omdannelse af 100 kg glucose. Angiv resultatet i kg.

3 For at øge udbyttet af butan- 1-ol ønsker man blandt andet at transformere C. acetobutylicuin med gener, der gør det muligt for bakterien at omsætte svært nedbrydelige carbohydrater fra halm og træ mere effektivt. Inden transformationen er det nødvendigt at kende restriktionssites for de restriktionsenzymer, som elostridiumbakterier selv danner. Derfor har man i et forsøg tilsat et restriktionsenzym fra elostridiumbakterier til en opløsning af en bestemt type plasmid. Forsøget viste, at enzymet klippede plasmidet i flere stykker. Figur 2 viser udsnit afenkeltstrengede DNA-sekvenser fra plasmidet. Sekvenserne indeholder et restriktionssite, der genkendes af bakteriens erizym. Baseposition Sekvens GGGTCTCGCGTTATCA TGATACCGCGAGACCC CAGCAACGCGGCCTTT Figur 2. Udsnit af enkeltstrengede DNA-sekvenser fra et plasmid, hvor et restriktionsenzym fra ciostridiumbakterien klipper et sted i sekvensen. 3. Angiv ved hjælp affigur 2 den dobbeltstrengede DNA-sekvens, som restriktionsenzymet har genkendt. 4. Forklar, hvorfor det er vigtigt at identificere restriktionssites for de restriktionsenzymer, som ciostridiumbakterier naturligt danner, inden bakterierne transformeres med nye gener. For at gøre omsætning af carbohydrater mere effektiv har man reguleret aktiviteten af bestemte gener hos C. acerobutvlicurn, som har betydning for produktion af butan- 1-ol. 5. Giv forslag til, hvordan man kan regulere aktiviteten af gener, sa man øger syntesen af butan-1-ol. Sted på DNA-stykke. hvor restriktionsenzym klipper.

4 Opgave 2 Benzoesyre som konserveringsmiddel For at øge holdbarheden af fødevarer tilsætter man ofte konserveringsmidler. Et af disse konserveringsmidler er benzoesyre, sefigur Ja a) b) Figur 1. a) Bcnzoesyre b) Bcnzoat. Det er benzoesyre på dens syreform, der har den konserverende effekt. Benzoesyre er imidlertid ikke særlig opløsclig i vand. Derfor anvendes i stedet stoffets korrcspondcrende base bcnzoat, se figur Jb, der har en større opløselighed i vand. I fødevarer med lav ph vil benzoat omdannes til benzoesyre. Ifigur 2 ses et bjerrumdiagrani for benzoesyre. i 0,9 1- ~ 0,8 I ~ II I 1~j~ H i ~. ~ili Ih.~_i ~ o.h ~0 ~1 ph Figur 2. Bjem~mdiagram for bcnzocsyre. 1. Angiv, i hvilket ph-interval benzoesyre kan bruges som konserveringsmiddel, hvis man antager, at højest 10 ~o af stoffet må være benzoat. Inddragfigur 2.

5 Til hjemmelavet marmelade tilsættes ofte en opløsning af natriumbenzoat som konserveringsmiddel. En natriumbenzoatopløsning indeholder 0,741 M benzoat. Kb for benzoat er 1,59 lo-lo M ved 25 C. 2. Beregn ph i natriumbenzoatopløsningen ved 25 C. Desværre er der mennesker, der er allergiske overfor benzoesyrc og benzoat. Man er derfor interesseret i at finde andre måder at konservere på. En mulighed er at pakke fødevarerne i en modificeret atmosfære med et lavt indhold af dioxygen og et højt indhold af carbondioxid. 3. Giv forslag til, hvorfor den modificerede atmosfære kan standse eller hæmme væksten af svampe. Opgaven forsættes pa næste side.

6 Den modificerede atmosfære er ikke nok til at hæmme væksten af alle typer svampe. Man har derfor undersøgt, om man kan tilføre et stof til emballagen, der hæmmer al svampevækst. Blandt andet har man forsøgt at anvende olie fra sennepsfrø Sennepsolien blev oprenset ved metoden vist og beskrevet i figur). a) b) Knus 50 g sennepsfrø i en morter, og anbring de knuste frø i en rundkolbe. Tilsæt 200 ml 95 % ethanol. Kog med tilbagesvalin~ i 30 minutter. Filtrer indholdet i rundkolben, så frørester med mere filtreres fra. Destiller væsken ved Ca. 100 C. Figur 3 a) Vejledning iii oprensning b) Forsøgsopstilhing til kognrng med tilbagesvaling Efter oprensningen findes sennepsolien i destillationskolben. 95 0~ afsennepsolien udgøres af det aktive stof 3-isothiocyanatprop-l-en, vist iflgur 4. a) b) 3-Isothiocyanatprop-1-en: Kogepunkt: 152 C Opløselighed i vand: 0, 2 g/l S C N CH2 CH CH2 Opløselighed i ethanol: Ca. 125 g/l. Ethanol: Kogepunkt: 78,4 C Figur 4. a) Strukiurformel for 3-isothiocyanatprop-l -en b) Udvalgte fysiske egenskaber for 3 isothtocyanatprop- 1-en og ethanol 4. Forklar, hvorfor sennepsolie kan oprenses ved metoden vist ijlgur 3. Inddragflgur 4. 2 Tilbagesvahirig betyder, at gassen kondenseres, og væsken løber tilbage til kolben.

7 Forskerne lavede undersøgelser afsennepsoliens evne til at konservere bred. Sennepsolien blev placeret i brødemballagen men ikke i direkte kontakt med brødet. Man undersøgte effekten af olien alene og i kombination med en modificeret atmosfære. Resultaterne fra forsøget er vist i figur 5. a) E 8 t b) 35 E 30 c 0 0 -z I-. to at 022 E i0 -D tal c io B e Kontrol t l j~l senriepsolie Tid (dage) S% 0280 % CO2 *5% 02 80% CO2 + I kit. sennep5olie Figur 5 a) Rugbrød med kolonier afmugs~amp Diaineteren af en koloni bruges som et ina for vækst afmnugs ~ampen b) Uds ikling af svarnpc~ækst i forskellige pakninger med sennepso mc og ellem modificeret atmosfære. Alle grafer startem i punktet (0, 0). 5. Analysérfigur 5k og vurder mulighederne i brug afsennepsolie til konservering afbrød.

8 Opgave 3 Enzymer der nedbryder proteiner Proteaser er en type af enzymer, der nedbryder proteiner ved at spalte deres peptidbiadinger, som vist ifigur I. Mennesket har mere end 500 forskellige proteaser, og de spiller en afgørende rolle ror mange biokemiske processer i kroppcn. NH~&Çt~tNH.fN~tft%NW~+ H~O ProIease + Figur I. Nedbrydning af protein ved hjælp afproicasc. 1. Angiv reaktionstypen for reaktionen, vist i figur I. Det har vist sig, at et unormalt indhold af proteaser i kroppens celler og væv har betydning i forbindelse med en række sygdomme blandt andet kræft. Kræft opstår, når celler deler sig ukontrollabelt. I et studie afbrystkræftpatienter blev patienterne opdelt efter mængden afproteasen tæpa (urokinase-type plasminogen aktivator) i deres kræftsvulster. Resultaterne af studiet er vist i figur 2. too go 0) 0) Lavt niveau af upa Højt niveau at upa 0 2 Tid (år) Figur 2 Overlevelse af biystkræftpatienter. hvor patienterne er opdelt efter mængden af upa i deres Jcræftsvulst. 2. Analysér resultaterne, vist i figur 2, og vurder sammenhængen mellem indhold af upa i kræftsvulster og risiko for at dø afbrystkræft. 3. Giv forslag til årsager til et unormalt indhold af bestemte proteiner i en celle eller et væv, som for eksempel proteaser i kræftsvulster.

9 En gymnasieklasse har undersøgt aktiviteten afproteasen upa ved an. cndelse af et substrat, der spaltes til et farvet produkt, der kan måles ved hjælp afspektrofotometri. Resultaterne er.ist i figur 3. [S] (mm) (mm/min) 5,9 io~ 7, , ,8 io~ 9,4~ 102 6,4 io~ 3,8~1O 9,4~1O~ 7, ,0 io~ 1,5 1,2 i0~ 3,0 1,4 i0~ Ligur 3 Sammcnhercndc værdier for koncentration afsubs ra og initia1iiasn~hed for sp~ 4. Bestem KM og ~,~ for,,pa. Enzyrners aktivitet kan hæmmes ved, at en inhibitor binder sig til dem. En inhibitor kan også kaldes en hæmmer. Reaktion (1) ~iser en reaktion mellem et enzym og dets inhibitor, h~ or E er enzymet, I er inhibitoren og El er et enzyrninhibitorkoinpleks. El~E+1 (I) Ligevægtskonstanten for reaktionen kaldes inhibitorkonstdnten og betegnes Ki. Gymnasieeleveme bestemte inhibitorkonstanten for tre inhibitorer afupa. Resultaterne er vist i figur 4. Inhibitor K1 (M) Nb4 2,26 10 PAB 41,5.106 upain-1 53,2~ 106 Figur 4 Tre inliibitorcr afupa og de tilhørende inhibitorkonstanter K 5. Diskuter om inhibitorerne, vist i figur 4, kan indgå i behandling af brysikræfi. Inddrag figur 2.

10 Opgave 4 Immunforsvar I modern~ælk findes antistof A (LgA), som er sammensat af to antistof-monomerer. Antistoffet beskytter især spædbarnets tarmkanal mod infektioner, idet barnets immunforsvar endnu ikke selv har dannet de nødvendige antistoffer. En autistof-monomer består af en konstant region og en variabel region, se figur 1. Vanabel region Svovibro I ~.. I ~ ; t..4, i.t Konstant region I ~ ~;4Ytn.~4% Shutterstcck.com Figur 1. Struktur al en antistof-monomer I. Giv forslag til, hvorfor det er hensigtsmæssigt, at antistof-monomerer har en variabel region. En gymnasieklasse har bestemt koncentrationen af IgA monomerer i modermælk ved en ELISA-test. Eleverne fremstillede først en række standardopløsninger af IgA-monomerer og tilsatte disse til små brønde, hvortil der er bundet anti-iga. Herefter tilsatte de brøndene endnu et antistof, hvor til der var bundet et enzym, sefigur 2. Mellem hver tilsætning skyllede de grundigt. Mwkf? G,cihk Substrat IgA Anti-I9A med enzym bundet / Anti-IgA Figur 2. Princippet i ELISA-test. 2. Forklar, hvorfor det er vigtigt, at der skylles mellem hver tilsætning. Inddrag figur 2. 10

11 Mængden af bundet enzym blev bestemt ved at tilsætte et substrat, der blev omdannet til et orange produkt, som kunne måles ved hjælp af spektrofotonietri ved 450 nm. Sammenhorende værdier af koncentration af lga-rnonomerer i standardopløsrnnger og absorbans af det orange produkt er vist i figur 3. Koncentration aflga monomerer WWL) Absorbans 0,198 0,300 0,402 0,594 0,999 Figur 3. Sammenherende værdier af koncentration afiga-monomerer i standardoplasninger og absorbans af orange produkt ved 450 nm og kuvetiebredde 1,00cm 3. Vis, at resultaterne i figur 3 er i overensstemmelse med Lambert-Beers lov. For at bestemme koncentrationen af IgA-monomerer i modermælk og modermælkserstatning lavede eleverne en 10 gange fortynding af tre prøver med modermælk og tre prøver med modermælkserstatning. Derefter udførte de en ELISA-test på prøverne og målte absorbansen, som vist ifigur 4. Modermælk Modennælk Modermælk Erstatning Erstatning Erstatning Prøve I Prøve 2 Prøve 3 Prøve 4 Prøve 5 Prøve 6 Absorbans 0,412 0,410 0,414 0,00 1 0,003 0,003 Figur 4. Absorbans af orange produkt ved 450 nm i fortyndede mælkeprøver efter ELISA-test. Kuvettebredde 1,00 cm. 4. Bestem det gennemsnitlige indhold af IgA-monomerer i henholdsvis modermælk og modermælkserstatning. Svaret skal angives i igfl Sundhedsstyrelsen anbefaler, at spædbørn ammes fuldt til de er omkring 6 måneder, blandt andet på grund af indholdet af IgA i modennælk. Nyere undersøgelser har vist, at fluorholdtge organiske stoffer fra det omgivende miljø kan være ophobet i kroppen af den ammende mor og overføres til hendes barn gennem modermælken. Stofferne har vist sig at kunne have forskellige sundhedsskadelige virkninger, for eksempel at være hormonforstyrrende og forhindre vacciner i at have den ønskede effekt. 5. Diskuter om Sundhedsstyrelsens anbefaling vedrørende amning bør ændres. lnddrag resultaterne, vist ifigur 4.

12

13 Figurliste Opgave i Foto: Shutterstock.com Figur I: Hanne Wolff Figur 2: Kristine Rask Raae. Opgave 2 Figur i og 5b: Dorte Ankerfelt. Figur 2, 3b og 4a: Hanne Wolff Figur 3a og 4b: Kristine Rask Raae. Figur 5a (foto): Shutterstock.corn Opgave 3 Figur i: Dorte Ankerfelt. Figur 2: Lone Als Egebo. Figur 3 og 4: Hanne Wolff. Opgave 4 Foto: Shutterstock.com Figur 1 og 2: MarkR grafik/hans Marker. Figur 3 og 4: Kristine Rask kaae.

14 Bilag i Ark nr. af i alt ark. Navn: Klasse: Skole: + Go2 + H20 Anaerob omdannelse af glucose til butan- 1-ol. r-. >- (9