BIOTEKNOLOGI HØJT NIVEAU

Transkript

1 STUDENTEREKSAMEN BT-1 BITEKNLGI HØJT NIVEAU Tirsdag den 17 maj 2005 kl Sættet består af 1 stor og 2 små opgaver samt et bilag i 2 eksemplarer Det ene eksemplar af bilaget afleveres sammen med besvarelsen Alle hjælpemidler tilladt

2 STR PGAVE 1 Nervegifte A lostridium er en slægt af stavformede bakterier, som normalt lever anaerobt Nogle arter er kendte og frygtede for de toksiner (giftstoffer), de kan danne Bakteriegiftstofferne og kemiske forbindelser med lignende virkning kendes fra blandt andet biologisk-kemisk krigsførelse Figur 1 Mikroskopi af lostridium botulinum tetani (stivkrampebakterie) og botulinum (pølseforgiftningsbakterie) danner begge ekstremt giftige forbindelser Genet for giften er placeret på et plasmid Plasmidet, som har genet for tetanus toksinet, er på ca 74 kb, mens plasmidet med genet for botulinum toksin er 19 kb a) Gør rede for forskellen mellem bakteriekromosomet og bakterieplasmider, og forklar hvad oplysningen 19 kb dækker over De to toksiner er strukturelt meget ens Begge er proteiner opbygget af ca 1300 aminosyrer Næsten 40% af primærstrukturen er fælles, og for begge toksiner gælder, at de først bliver aktive giftstoffer, når de efter deres frigivelse spaltes til to sammenkoblede kæder (en let og en tung) Giftvirkningen skyldes, at stofferne binder sig til en type receptorer i nervecellen, der er afgørende for exocytose i synapser Det ene toksin giver voldsomme muskelspændinger, det andet giver muskellammelser 2

3 Tetanus toksin kan inaktiveres ved behandling med methanal, se figur 2 R H H H 2 + methanal + H R H H H N H Figur 2 Methanal og toksin-molekylet reagerer flere steder Methanal laver såkaldte methylen-broer i molekylet Dette sker hvor en sidekæde med et bestemt radikal findes overfor en særlig type binding i toksin-molekylet (vist ovenfor) b) Skriv strukturformlen for methanal og afstem reaktionsskemaet for reaktionen vist i figur 2 (benyt bilaget) Giv en sandsynlig forklaring på, at methanal-behandlet toksin er uvirksomt Den methanal-behandlede gift (kaldet tetanus toksoid) kan benyttes til forebyggende vaccinationer c) Forklar princippet bag en sådan vaccination, og gør herunder rede for hvorfor tetanus toksoid kan anvendes som vaccine 3

4 B Nervegiften sarin (brugt fx som krigsgas) er et simpelt opbygget molekyle, der kan dannes ved følgende reaktion: H 3 H 3 H H + H P F H H 3 H 3 H 3 P F H 3 + H 2 A methylflourphosphonsyre sarin Figur 3 Dannelse af sarin a) Navngiv stof A, og angiv hvilken type reaktion, der er vist i figur 3 Symptomerne på en sarinforgiftning kan på nogle måder minde om stivkrampe Det er de samme nerver, der rammes af giften, men toksinerne frembringer symptomerne på hver deres måde Sarins virkning skyldes stoffets reaktion med acetylcholinesterase H 3 H H 3 H 3 P F + H H F + H H 3 H 3 P H 3 acetylcholinesterase Figur 4 Sarins reaktion med acetylcholinesterase b) Forklar, hvorfor sarins binding til acetylcholinesterase kan medføre døden 4

5 Tetanus toksinet bindes til en receptor, der transporterer giften ind i nervecellen (se synapse 1 i figur 5) Fra synapsen transporteres tetanus toksinet gennem axonet til cellekroppen Her udskilles den i bestemte synapsekløfter (2 i figur 5) Giften optages i den tilstødende nervecelle og blokerer for, at vesikler med fx glycin og GABA kan udtømmes i synapsekløften (se 2 i figur 5) Figur 5 En nervecelle med synapser 1 viser sarin og tetanus toksin i den samme synapsestruktur (motorisk endeplade) 2 viser tetanus toksin i en tilstødende synapse ved cellekroppen Pilen viser transporten af tetanus toksin c) Forklar ud fra figur 5, hvorfor sarin og tetanus toksin kan give samme virkning Forklar herunder, hvordan synapsen, der er vist i 2 i figur 5, påvirker den modtagende nervecelle 5

6 SMÅ PGAVER 2 Stofskifte hos skildpadder Nogle arter af skildpadder, som lever i det nordlige USA og sydlige anada, kan klare sig uden oxygen i mange måneder Hovedårsagerne til at skildpadderne kan overleve de oxygenfrie forhold i mudderet på bunden af småsøer og vandhuller, er: Stofskiftet reduceres omkring 50 gange, når skildpaddernes kropstemperatur falder fra 37 o til 3 o Som en direkte konsekvens af oxygenmangel reducerer skildpadderne stofskiftet 10 gange ved at nedregulere en række energikrævende processer i cellerne Fx drastisk nedsat muskelaktivitet, reduceret proteinsyntese og nedsat aktivitet af natrium-kalium pumpen Figur 1 Rødøret terrapin Ved oxygenmangel omdannes pyruvat til lactat, se figur 2 - H 3 NADH + H + NAD + - H H 3 H Figur 2 mdannelse af pyruvat til lactat a) Forklar, hvorfor skildpadders kropstemperatur influerer på størrelsen af deres stofskifte b) Hvilken type proces er der tale om i figur 2, og hvorfor er det nødvendigt for skildpadden at omdanne pyruvat til lactat? 6

7 Ved langvarig dvale udnytter skildpadden calciumcarbonat i skjold (og skelet) som puffer mod lactatforsuringen, se figur 3 Vand og carbondioxid kan udskilles gennem huden til omgivelserne alcium-ioner indbygges sammen med lactat i skjoldet Syrestyrkeeksponenten for mælkesyre er pk s = 3,86 2 lactat - + a 2+ a(lactat) 2 2 H H Figur 3 Skildpaddens puffersystem mod lactatforsuring Under en lang oxygenfri dvaleperiode stiger lactatkoncentrationen fra næsten 0 mm til 200 mm c) Hvad ville ph være, hvis der ikke var puffersystemer til stede? Under langvarig dvale falder surhedsgraden i skildpadden kun fra ph ca 8 til ph ca 7 Skildpaddens væskevolumen er 200 ml d) Hvor mange gram a 3 skal afgives fra skjoldet for at modvirke lactatforsuringen i skildpadden? 7

8 3 Ehlers-Danlos Syndrom Betegnelsen Ehlers-Danlos Syndrom dækker over en række arvelige sygdomme I Danmark er ca 450 mennesker ramt af Ehlers-Danlos Syndrom Symptomer er blandt andet meget elastisk hud og ofte hyperfleksible led Figur 1 Hyperfleksible led Lidelsen skyldes en ændring af enzymet lysyl hydroxylase, der spiller en vigtig rolle i forbindelse med normal collagendannelse (collagen er et protein, der er vigtigt for at give bindevæv dets elasticitet og struktur) Enzymet kræver blandt andet Fe 2+ og ascorbat for at være virksomt H 2 H H 2 2 ascorbat Fe 2+ lysyl hydroxylase H H H H H 2 Figur 2 Før collagendannelse kan finde sted skal en aminosyre i peptidkæden omdannes ved hjælp af lysyl hydroxylase Enzymets systematiske navn er: procollagen-l-lysin,2-oxoglutarat:oxygen oxidoreductase (5-hydroxylering) a) Gør rede for enzymets systematiske navn Ved en enzymkinetisk undersøgelse af en patients lysyl hydroxylase, fandt man følgende Michaelis konstant, K M, for reaktionen med ascorbat: K M = 20 M Normalværdien er: K M = 4 M b) Hvilken betydning får den unormalt høje K M værdi for enzymaktiviteten, og dermed for patientens evne til at danne bindevæv? 8

9 Ehlers-Danlos Syndrom findes i flere varianter med forskellig arvegang og forskellige konsekvenser En alvorlig form skyldes en forandring i det såkaldte L3A1 gen Patienter med denne variant har dårlig livskvalitet og ringe overlevelse, da blodkarsystemet rammes Ved en undersøgelse af genet fandt man resultatet, der er vist i figur 3 Figur 3 Resultatet af en undersøgelse af genet L3A1 c) Analyser og forklar figur 3, og kom herunder ind på, hvad resultatet af undersøgelsen kan anvendes til i praksis 9

10 STUDENTEREKSAMEN BT-1 Bilag Ark nr af i alt ark Navn: Klasse: Skole/kursus: R H H Indsæt formel H H R H H H N + H Indsæt formel

11 STUDENTEREKSAMEN BT-1 Bilag Ark nr af i alt ark Navn: Klasse: Skole/kursus: R H H Indsæt formel H H R H H H N + H Indsæt formel