BIOLOGI HØJT NIVEAU. Mandag den 9. august 2004 kl

Transkript

1 STUDENTEREKSAMEN AUGUST BIOLOGI HØJT NIVEAU Mandag den 9. august 2004 kl Af de store opgaver 1 og 2 må kun den ene besvares. Af de små opgaver 3, 4, 5 og 6 må kun to besvares.

2 1. Stofomsætning i forskellige søtyper STORE OPGAVER A. Almind Sø er en klarvandet sø i Midtjylland. I søens frie vandmasser lever bl.a. plante og dyreplankton samt bakterier, og der sker en stor stofudveksling mellem disse organismer og det opløste organiske stof i vandet, se figur Opløste uorganiske kulstofforbindelser Opløste organiske forbindelser Planteplankton Bakterier 10 6 Dyreplankton Figur 1. Kulstofomsætningen i de frie vandmasser i Almind Sø. Ikke alle processer er medtaget. Alle tal er angivet i 10 6 g kulstof pr. L pr. døgn. a. Angiv en metode til bestemmelse af nettoprimærproduktionen i de frie vandmasser i en sø. b. Beregn ud fra figur 1 hvor stor en del af nettoprimærproduktionen der direkte konsumeres af dyreplanktonet i Almind Sø. c. Analyser figur 1 og vurder på denne baggrund bakteriernes betydning for kulstofkredsløbet i Almind Sø. 2

3 B. Rørbæk Sø i Midtjylland var tidligere en klarvandet sø, men næringsstoftilførsel fra landbrug og dambrug ændrede søen til en uklar eutrofieret sø. I et forsøg på at føre søen tilbage til sin tidligere tilstand har man bl.a. nedlagt flere dambrug ved søens tilførende åer, samt opfisket fisk som brasen og skalle, der hovedsagelig lever af dyreplankton. Figur 2 og figur 3 viser variationer i henholdsvis N-koncentration og sigtdybde i søen i perioden ,5 3 2,5 2 Kvælstofkoncentration (mg N/L) Opfiskning af skalle og brasen 1,5 1 0, Dambrug nedlægges Total-N Uorganisk N Figur 2. Gennemsnittet af sommerens kvælstofkoncentrationer i Rørbæk Sø. 3 2,5 Sigtdybde (m) 2 1,5 1 0,5 år Figur 3. Den gennemsnitlige sigtdybde i Rørbæk Sø i perioden a. Hvilke kvælstofforbindelser tilføres fra henholdsvis dambrug og landbrug, og hvordan kan disse kvælstofforbindelser påvirke livet i søen? b. Analyser og forklar figur 2 og figur 3. c. Vurder resultatet af forsøget på genopretning af Rørbæk Sø, og diskuter om virkningen heraf vil være vedvarende. 3

4 2. Brystkræft A. Brystkræft har i 5-10% af alle tilfælde et arveligt element. Der er fundet flere forskellige mutationer, der disponerer for brystkræft. En af disse mutationer sker i BRCA-1 genet (BReast CAncer-1). Dette gen koder normalt for et protein, der er nødvendigt ved reparation af beskadiget DNA. En kvinde, der arver et muteret BRCA-1 gen, har 80-90% risiko for at udvikle brystkræft inden det fyldte 70 år. Genet kan påvises ved DNA-analyse. Arvegangen er vist i figur 2. Normale celler Kræftceller Figur 1. Vækst af normale celler og kræftceller i dyrkningsmedium. Normal allel * Muteret allel I * Raske, har ikke udviklet brystkræft Har udviklet brystkræft II * * III * * * Figur 2. Et eksempel på nedarvning af den omtalte form for brystkræft. a. Redegør for hvad der karakteriserer kræftceller. Inddrag figur 1. b. Forklar hvorfor mutationer i BRCA-1 giver øget risiko for udvikling af brystkræft. c. Analyser og forklar figur 2. 4

5 B. I alle cellers membraner findes receptorer for vækstfaktorer, som indgår i reguleringen af cellernes delingsaktivitet. En af disse er den såkaldte -receptor. Det har vist sig, at kræftcellerne hos omkring 20% af alle brystkræftpatienter har flere eksemplarer af -genet end normale celler, se figur 3. Patienter med denne type kræft tilbydes i dag behandling med monoklonalt antistof (herceptin) rettet mod -receptoren, se figur 4. Normale celler med 2 eksemplarer af -genet, der koder for -receptorer på cellens overflade Kræftceller med et forøget antal -gener Kerne Kerne Celle Celle Figur 3. -receptor på overflade af cellerne Vækstfaktor NK-celle (dræber-celle) Antistof Kræftcelle Makrofag Figur 4. Antistof stimulerer immunsystemet til at angribe kræftceller. - vækstfaktorreceptor a. Gør rede for hvordan en celle kan få flere eksemplarer af genet for - receptoren. b. Forklar hvilken betydning et stort antal af -receptorer kan få for udviklingen af brystkræft. c. Analyser figur 4, og diskuter hvilke fordele der er ved at behandle brystkræftpatienter med monoklonale antistoffer rettet mod -receptorerne. 5

6 SMÅ OPGAVER 3. DNA-analyse DNA-analyse anvendes i dag rutinemæssigt i retssager. Har man på gerningsstedet fundet vævsprøver, kan DNA herfra sammenlignes med DNA-analyser på blodprøver fra mistænkte personer. Til DNA-analyser anvendes områder af genomet med høj grad af variation. Et eksempel på en DNA-analyse baseret på indsamlede vævsprøver er vist i figur 1. Offer Vævsprøve 1 2 Mistænkte 3 Figur 1. Resultatet af DNA-analyser af vævs- og blodprøver, anvendt i en retssag. a. Forklar hvorfor man kan benytte en sammenligning af DNA fra en vævsprøve med DNA-analyser lavet på blodprøver i en retssag. b. Forklar trinvist hvordan en DNA-analyse, der fører til et af de viste resultater, kan udføres. c. Analyser resultaterne i figur 1, og diskuter metodens pålidelighed. 6

7 4. Bladkompostering På et gymnasium har man arbejdet med kompostering. I den forbindelse har man undersøgt, hvor lang tid det tog at nedbryde blade fra forskellige træer fuldstændigt. Forsøgsbetingelserne var ens for alle bladtyper. I forbindelse med forsøgets start bestemte man bladenes indhold af kulstof (C) og kvælstof (N), og C:N-forholdet blev beregnet, se figur 1. Figur 1. Art C:N forhold Nedbrydningstid (år) Ask 21:1 < 1 Bøg 51:1 3 Gran 77:1 > 3 a. Angiv en metode til bestemmelse af bladenes indhold af kulstof (C). b. Analyser figur 1 og forklar hvorfor nedbrydningstiden varierer fra art til art. c. Diskuter hvad man kan gøre for at øge omsætningshastigheden for de viste blade. 7

8 5. Rød fluesvamp Rød fluesvamp, Amanita muscaria, indeholder bl.a. ibotensyre, som er giftig for mennesker. Tørres svampen, sker der en omdannelse af ibotensyre til muscimol, se figur 1. Spises den tørrede svamp, bliver man forvirret og konfus, og ved større doser ses alvorlige psykiske forstyrrelser. Muscimol aktiverer GABA-receptorer i hjernen meget kraftigt. Ibotensyre Muscimol O OH CO 2 OH OH O N enzym H 2 C O N NH 2 NH 2 Figur 1. Omdannelse af ibotensyre til muscimol. a. Hvilken enzymgruppe tilhører enzymet, der omdanner ibotensyre til muscimol? Inddrag figur 1. b. Hvilken funktion har GABA-receptorerne i synapserne i centralnervesystemet? c. Forklar hvorfor indtagelse af den tørrede svamp giver de nævnte symptomer. 8

9 6. Ionbalancen i cellerne I et forsøg ville man undersøge hvilken indvirkning glukose og stoffet ouabain har på cellers ionbalance. Til forsøget anvendte man røde blodlegemer. Med en mikroelektrode målte man dels koncentrationen af Na + og K + inde i cellerne, dels i det omgivende plasma. Forsøgsresultaterne er vist på figur 1. A B C + glukose glukose + glukose + ouabain Plasma: 145 Na + 5 K + Plasma: 120 Na + Plasma: 120 Na + 12 K + 12 K + 12 Na Na Na K + 15 K + 15 K + Figur 1. Tallene i figuren angiver koncentrationerne af Na + og K + i mmol/l i de røde blodlegemer og i det omgivende plasma ved forsøgets slutning. a. Hvordan opretholder cellerne under normale omstændigheder den rette koncentration af Na + og K +? b. Analyser og forklar forsøgsresultaterne vist på figur 1A og 1B. c. Giv ud fra resultaterne af forsøget en mulig forklaring på ouabains virkning på cellerne. 9

10 10

11 Kilder: Opgave 1: Rørbæk Sø: Vejle Amt, Naturens Verden 10, Opgave 2: Lodish et al.: Molecular Cell Biology, Opgave 3: Strachan, T. & Read, A.P.: Human Molecular Genetics 2, BIOS Opgave 5: Dansk kemi nr. 6/ Opgave 6: Stryer, L.: Biochemistry, W.H. Freeman and Company, New York

12