Maj-Juni

STUDENTEREKSAMEN MAJ 2004 2004-6-1
BIOLOGI
HØJT NIVEAU
Tirsdag den 18. maj 2004
kl. 9.00-14.00
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.

STORE OPGAVER
1. SARS
A. Sygdommen SARS (Severe Acute Respiratory Syndrome) skyldes en infektion i
luftvejene hos mennesker med et indtil for nylig ukendt virus af corona-typen.
Smitte overføres ved dråber eller direkte berøring. SARS-virus er et RNA-virus
med enkeltstrenget RNA bestående af ca. 30.000 nukleotider.
Virusgenomet er blevet kortlagt, og man har påvist de proteiner, det koder for, se
figur 1.
Figur 2 viser den særlige livscyklus, der kendetegner bl.a. corona-virus.
SARS-genom
Gen for R-protein
0 10.000 20.000 30.000 nukleotider
Gen for S-glykoprotein
Gen for E-protein
Gen for M-protein
Gen for N-protein
Translation
Virus RNA
Figur 1. RNA-genomet med generne for SARS-virus proteinerne.
R-proteinet har betydning for bl.a. replikation af virusgenomet og dets indkapsling.
S-glykoproteinet har betydning for bindingen til værtscellens overflade.
E og M er membranproteiner, mens N er det protein, der omslutter arvematerialet.
Virus RNA
Virusreceptor
Golgiapparat
Transport
Replikation
ER
Kerne
Cytoplasma
Figur 2. Livscyklus for corona-virus.
a. Angiv en metode til at adskille proteiner, som fx de der indgår i SARS-virus.
b. Gør rede for SARS-virus livscyklus i en celle. Inddrag figur 1 og 2.
c. Hvilken betydning kan eventuelle ændringer i genet for S-glykoprotein få for
SARS-virus evne til at inficere nye celler?
2

B. Man arbejder på udvikling af forskellige typer vaccine mod SARS.
En vaccinationsform består i indsprøjtning af SARS-virus tømt for arvemateriale.
Se figur 3.
En anden vaccinationsform består af DNA-vaccine, som indtages gennem munden.
Her benyttes et almindeligt forkølelsesvirus (adeno-virus) til at indsætte
genet for S-glykoprotein i modtagerens slimhindeceller. Adeno-virus arvemateriale
er DNA, og genet for S-glykoproteinet er her på DNA form.
Genet for
S-glykoproteinet
indsættes i
virus DNA
Figur 3.
Tomt SARS-virus.
Figur 4.
Adeno-virus til overførsel af gen
for S-glykoprotein.
a. Beskriv en metode til at påvise om en person er smittet med SARS-virus.
b. Forklar hvordan de to typer vaccine kan forbygge SARS, herunder hvilke
typer antistoffer, der dannes ved vaccinationerne.
c. Giv eksempler på sikkerhedsmæssige undersøgelser, der bør foretages, inden
de nye vacciner kan tages i brug.
3

2. Arresø
A. Arresø er Danmarks største sø med et areal på knap 40 km 2 . Søen er vindåben og
lavvandet med en gennemsnitsdybde på 3,1 meter (max 5,9 m). Arresø har tilløb
af flere åer og et enkelt afløb til Roskilde Fjord. Vandudskiftningen i søen er langsom,
og mange års tilførsel af kvælstof- og fosforbindelser har medført en meget
høj algebiomasse i Arresø. Algebiomassens udvikling de første ti måneder af
2002 er vist på figur 1.
Tilførslen af kvælstof og især fosfor er nedbragt væsentlig gennem de sidste 15
år. Alligevel kan man stadig måle temmelig høje koncentrationer af begge stoffer
i Arresøs vand. Koncentrationen af kvælstof er vist i figur 2. Forholdet mellem
uorganisk kvælstof og uorganisk fosfor er vist i figur 3.
Planteplanktonbiomasse (mg vådvægt/L)
16
14
Blågrønalger
Kiselalger
Grønalger
Andre alger
12
10
8
6
4
2
0
jan. feb. mar. apr. maj juni juli aug. sep. okt.
Figur 1. Udvikling i og sammensætning af planteplanktonbiomassen i 2002.
mg/L
5
4.5
4
3.5
3
2.5
2
1.5
1
0.5
0
Total kvælstof
Nitrit-nitrat kvælstof
Ammonium-ammoniak
kvælstof
j f m a m j j a s o n d
Figur 2.
Årstidsvariation i kvælstofkoncentrationerne i
Arresø. Værdierne angiver den gennemsnitlige
koncentration af kvælstof i hele Arresø i 2002.
N : P (uorganisk)
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
N-begrænsning
0
j f m a m j j a s o n d
Figur 3.
Årstidsvariationen i N:P-forholdet i Arresø i 2002.
a. Redegør for hvordan biomassen af planteplanktonet i Arresø kan bestemmes.
b. Analyser figur 2 og forklar årstidsvariationen i kvælstofkoncentrationerne.
c. Forklar med inddragelse af figur 1 og figur 3, hvorfor opblomstringer af blågrønalger
er særlig udbredte i Arresø fra juni til oktober.
4

B. I bestræbelserne på at restaurere Arresø har man etableret bedre rensningsanlæg.
Desuden har man, for at tilbageholde bl.a. fosfor, oprettet nogle kunstige lavvandede
søer før åernes indløb i Arresø. En af disse søer er Solbjerg Engsø fra
1994. Tilbageholdelsen af fosfor er fulgt i Solbjerg Engsø. Resultaterne er vist i
figur 4, som også viser udviklingen i sommerkoncentrationen af total-fosfor i
Arresø i den samme periode.
Et nyt forslag til restaurering af Arresø er vist i figur 5.
a
Tilbageholdt P (kg total-P)
10000
9000
8000
7000
6000
5000
4000
3000
2000
1000
0
1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000
b
Gennemsnitlig P-koncentration (mg total-P/L)
1.2
1
0.8
0.6
0.4
0.2
0
93 94 95 96 97 98 99 00
Figur 4. Udviklingen i fosfortilbageholdelse i Solbjerg Engsø (a) og udviklingen i den gennemsnitlige
sommerkoncentration (total-P) i Arresø siden 1992 (b).
1 2 3
Sø
Slam
Vand
Slam
Bundslam bestående af
95% vand og 5% slam
graves op fra søbunden
Vand
Vandet spredes på jorden
Slammet bruges
som gødning i
piletræsplantage
Drikkevandsboring
Piletræet bruges
til brændsel i
bio-varmeværk
4
Aske
Figur 5.
A
Grundvand
B
Grundvand
a. Forklar hvordan fosfor kan tilbageholdes i Solbjerg Engsø.
b. Forklar med inddragelse af figur 4 udviklingen i fosfortilbageholdelsen i Solbjerg
Engsø og udviklingen i den gennemsnitlige sommerkoncentrationen af
fosfor i Arresø.
c. Vurder fordele og ulemper ved det i figur 5 viste nye forslag til restaurering
af Arresø.
5

SMÅ OPGAVER
3. Galaktosæmi
Mælkesukker (laktose) omdannes normalt gennem en række mellemprodukter til
glukose-1-fosfat. Nogle trin i denne omdannelse er vist i figur 1.
Hos nogle mennesker er en arvelig fejl årsag til, at et af de nødvendige enzymer
i omdannelsen mangler. Det medfører ophobning af galaktose-1-fosfat i celler og
væv, hvilket fører til hjerne- og andre organskader, galaktosæmi.
Arvegangen for denne enzymdefekt er vist for en familie i figur 2.
OH
CH 2
OH CH 2
OH CH 2
OH
O ATP ADP
O
OH
O
OH
OH
Enzym 1
OH
O~ P
Enzym 2
OH
OH
O~ P
OH
OH
OH
Galaktose Galaktose -1- fosfat Glukose -1- fosfat
Figur 1. Omdannelsen af galaktose til glukose-1-fosfat i en celle.
I
1 2
Rask mand
Rask kvinde
Syg mand
II
1 2
3 4 5 6
Syg kvinde
III
1 2 3 4 5 6
IV
1 2 3 4 5
Figur 2. Nedarvningsskema for galaktosæmi.
a. Hvilke enzymtyper indgår i reaktionerne vist i figur 1?
b. Analyser og forklar arvegangen vist i figur 2, og angiv genotyperne for III-2
og IV-2.
c. Hvilke forholdsregler kan man tage for at undgå følger af denne arvelige sygdom?
6

4. Tetrodotoxin
Den japanske kuglefisk indeholder giftstoffet tetrodotoxin. Kuglefisken er en
yndet spise i bl.a. Japan. Tilberedt korrekt giver spisen en behagelig prikkende
fornemmelse og en let rus. Imidlertid er den af og til årsag til dødsfald.
LD 50 hos mus er bestemt til 0,01 µg tetrodotoxin/kg.
Tetrodotoxin virker ved at blokere de spændingsregulerede Na + -porte i neuroner.
Figur 1 viser et normalt aktionspotentiale i et neuron.
Membranpotentiale
(mV)
+30
Aktionspotentiale
0
Hvilepotentiale
–70
Kuglefisk
Figur 1.
0 1 2 3 4
Tid (ms)
a. Hvorledes opretholdes hvilepotentialet normalt i et neuron?
b. Forklar med udgangspunkt i figur 1 tetrodotoxins virkning på det normale
aktionspotentiale.
c. Beskriv en metode til bestemmelse af LD 50 for tetrodotoxin, og diskuter hvordan
resultatet heraf kan anvendes.
7

5. Stofskifte hos bænkebidere
En gruppe gymnasieelever har målt CO 2 -udskillelsen hos bænkebidere ved to
temperaturer. Resultaterne af forsøgene er vist i f igur 1.
800
700
CO 2 -udskillelse
(µL/L)
19 °C
600
500
400
17 mm
300
200
13 °C
100
0
Minutter
0 10 20 30 40 50
Figur 1. CO 2 -udskillelse hos bænkebidere (µL/L).
a. Hvad er bænkebidernes CO 2 -udskillelse et mål for?
b. Forklar hvordan bænkebidernes CO 2 -udskillelse kan måles. Skitser forsøgsopstillingen.
c. Analyser og forklar resultaterne i figur 1.
8

6. Biokonservering
Bakterien Listeria monocytogenes trives i fødevarer som røget fisk og ost. Den er
fakultativt anaerob og kan tåle lave temperaturer og høje saltkoncentrationer.
Listeria-infektioner kan være meget alvorlige og medføre døden.
For at begrænse infektionsrisikoen fra fødevarer forskes der i nye konserveringsmetoder.
En af metoderne udnytter mælkesyrebakteriers evne til at bekæmpe
listeria i fødevarer, se figur 1. Mælkesyrebakterier udskiller specielle peptider,
der sætter sig på listeriabakteriernes cellemembran, hvor de laver huller.
Resultat
+ 48 timer
Figur 1.
Vækstagar med spredte
kolonier af forskellige
mælkesyrebakterier
Topagar med Listeria
monocytogenes
hældes over
a. Hvad er peptider, og hvordan syntetiseres de i bakterieceller?
b. Forklar princippet i metoden vist i figur 1 og analyser resultaterne.
c. Hvilke yderligere undersøgelser bør man foretage, inden der gives tilladelse
til en udbredt anvendelse af denne form for biokonservering?
9

7. Aflatoxin
Aflatoxiner er de stærkeste, naturlige kræftfremkaldende stoffer. De dannes af
en mugsvamp, som vokser på bl.a. tørrede figner, jordnødder og majs, se figur 1.
Aflatoxiner fremkalder leverkræft hos forsøgsdyr som mus, rotter, fisk, ænder og
aber.
Ved indtagelse omdannes aflatoxin af enzymerne i levercellerne og binder sig
efterfølgende til DNA. Det omdannede aflatoxin ændrer ofte genet for et af cellens
DNA-reparationsenzymer, se figur 2.
Figur 1. Mug på majs.
aflatoxin
leverenzym
omdannet
aflatoxin
... CGT CAT TCT TAA...
... GCA GTA AGA ATT...
c. Angiv en metode til vurdering af om et stof som fx aflatoxin er kræftfremkaldende.
DNAreparations
enzym
... CGT CAT GCT TAA...
... GCA GTA CGA ATT...
?
LEVERCELLE
KERNE
Figur 2. Aflatoxins indvirkning på leverceller.
a. Hvilke følger for DNA-reparationsenzymet får ændringen af genet vist i figur 2?
b. Forklar hvorfor ændringer i et DNA-reparationsenzym kan føre til udvikling af
en kræftcelle.
10

Kilder:
Opgave 1: Bionyt 21, maj 2003.
Lodish et al.: Molecular Cell Biology 2001.
Opgave 2: Arresø – tilstand og udvikling, Frederiksborg Amt 2002.
Opgave 5: Naturens Verden, Føtek særnummer 2002.
Opgave 7: www.p53.curie.fr og www.biosite.dk
11