Biologi A Årsprøve – Greve Gymnasium

Opgave 1

Gedde: GGCGAAGCTT

Karusse: GGAATTCAGC

Karpe: GGAAACCTAA

1. Forklar hvad man skal bruge primere til, og hvordan de er forskellige.

Primere er små basesekvenser, der matcher DNA-strengen. Det vil sige, at de fungerer, som en starter for PCR. Det er enten DNA eller RNA, og i dette tilfælde er det DNA. De består af 15-20 nukleotider, og de sætter sig på enden af et ukendt stykke DNA sådan, at man kan finde det oprindelige DNA, via baseparringsprincippet. Her har man brugt primerne til at finde DNA’et for de tre fisk.

Grunden til at de er forskellige er fordi det er tre forskellige fisk. En primer består af de modsatte baser (Guanin, Cytocin, adenin og thymin) fra et DNA-stykke. De tre fisk har sikkert også nogle ens basefrekvenser, men for at man skal kunne finde alle tre, kræver det, at man har en primer for hver af dem.

Koncentrationen af DNA fra stor vandsalamander blev bestemt. Akvarier med 80 liter, blev opdelt i tre grupper med 1,2 eller 4 individer. Koncentrationen af DNA blev bestemt efter 2, 9, 23, 44 og 64 døgn, hvorefter salamanderne blev fjernet. Herefter blev DNA-koncentrationen bestem dag 66 og 73.

2. Forklar resultaterne vist i figur 2 og forklar resultaternes anvendelighed

På figur 2 ses en graf for DNA koncentrationen i akvarierne med 1,2 og 4 salamandere i. Hen ad x-aksen er døgn, målt fra 0-70 døgn. Op ad y-aksen ses antallet af DNA-molekyler/15 mL. Der er tre grafer for de tre akvarier, og hen ad graferne ses, hvornår DNA-koncentrationen er bestemt i form af en lodret streg. Alle tre grafer stiger kraftigt de første 23 døgn fra 0 til ca. 400 DNA-molekyler/15 mL. Efter de 23 døgn, er der en lille stigning for alle tre akvarier. Stigningen af DNA skyldes først og fremmest deres tilstedeværelse i vandet, derudover er det DNA i form af afføring, tis, skæl og sæd. Jo flere dage der går, jo mere afføringen vil der være i akvariet. Grunden til, at det ikke er en konstant stigning, skyldes at DNA’et nedbrydes. Da salamanderne bliver taget op ad akvariet på dag 64, falder DNA koncentrationen markant frem til dag 68-69, hvor der ikke længere er DNA i akvariet. Vi kan bruge resultaterne til at se, hvor hurtigt DNA’et i akvarierne nedbrydes og forsvinder. 

3. Hvordan er resultaterne fremkommet og hvorfor bruger man negativ og positiv kontrol?

Resultaterne er fremkommet ved en PCR er metode. Hvor der var tre rørene:

• Et med en positiv kontrol, dvs. med DNA for dyret man gerne vil teste om er i søen
• Et med negativ kontrol, hvor der ikke var noget DNA
• Et med en prøve fra søen.

I hver af rørene var der derudover også en probe, der er et fluorescerende enzym der farver, og er meget lysfølsomt. I prøverne, er der også en primer som sætter PCR-reaktionen i gang. Derudover er der nogle stop-nukleotider kaldet ddNTP, som stopper reaktionen når kopieringen er færdig. Der er også en Taq polymerase, som er en varmestabil polymerase, der skal bruges, fordi man skiller DNA-strengene ved at opvarme dem til 90 grader sådan, at man kan bryde hydrogenbindingerne og når det er så varmt ville en normal DNA-polymerase være ubrugelig. Polymerasens funktion er, efter nedkølingen at koble DNA-nukleotiderne på den splittede DNA streng. Dette forgår så gentagende gange over lang tid, omkring 2-3 timer. I røret med negativ kontrol, var der selvfølgelig ingen DNA der var kopieret (med mindre der var sket en fejl). Den positive kontrol havde fået mere DNA, som man kan se på den nederste af de tre grafer. Hvis der var DNA i røret fra søen, ville det også have vist sig på resultaterne.

Man bruger negativ og positiv kontrol, dels som en måde at sammenligne resultater – men også for at se om der er sket nogle fejl.

4. Forklar og diskuter de fremkomne resultater

På første del af bilaget, ses en tabel over en masse forskellige dyr der lever ved og i søen. Der er så sat (-) hvis der ikke viste noget tegn på DNA, og (+) hvis der var DNA. I højre side er en kolonne med resultater fra databasen – altså pålidelig viden om hvorvidt de dyr er i søen eller ej. Som man kan se på tabellen er der sket en del fejl, bl.a. ved den europæiske ål, hvor der hverken var DNA i den positive test, negativ test eller testen fra søen – men, at der burde have været DNA fra europæisk ål i prøven fra søen. Det vil sige, at de resultater er meget upålidelige og ikke kan bruges. Fejlen kan bl.a. skyldes, at man har glemt at tilføre DNA og indholdet fra søen, eller at man har byttet rundt på bærerne da man skulle lave blandingen. En anden fejl, er sket ved karussen, hvor den negative kontrol er blevet positiv. Det kan skyldes de samme årsager som ved det andet tilfælde, men også at man har glemt at skifte pipettespids undervejs. Hvis man kigger på karpen kan man se at forsøget er vellykket. Den positive kontrol er positiv og det er DNA fra søen også – og det stemmer overens med data fra databasen.

Hvis man ser på graferne på bilag 1, er der en afbildning af gedden, karussen og stor vandsalamander. Man kan se på den øverste af figurerne at dette forsøg er mislykket, den positive kontrol viser sig ikke på grafen. På den mellemste graf, er forsøget også gået galt, dette ses ikke ved at kigge på grafen – men hvis man ser på tabellen, kan man se at det var den positive og negative kontrol der havde omformet DNA. Dvs. den grønne farve viser sø indholdet. På den nederste kan man se, at det kun er den positive kontrol der har fået mere DNA.

5. Lav en konklusion og diskuter, hvad man kan bruge resultaterne til

Alt i alt, har dette forsøg rigtig mange fejlkilder, som gør at der kun er én ting man kan bruge resultaterne til. Man ville kunne videregive informationen om, at der stadig i 2014 findes karpe i den sø – og på den måde opdatere databasen. De data fra databasen hvor der er parentes om +, betyder at der er usikkerheder på om arten er der, det kan skyldes at det er meget gammelt data, eller der er kommet forskellige resultater fra den sø. Dermed ville man måske kunne afkræfte at der ikke er noget DNA-indhold fra gedden og pigsmerlingen, men det er stadig ret usikkert, da der er så mange fejlkilder. Resultaterne fra den spidssnuet frø, ville man hellere ikke kunne bruge – da den positive kontrol ikke viste noget DNA.

Opgave 3

1. Giv et begrundet forslag til hvordan mutationen, som er omtalt i artiklen nedarves.

Der står i artiklen: ”Bærerne af den overlevede” hvilket fortæller os, at det må være en recessiv mutation, derudover står der også at: ”cirka 40.000 danskere har arvet den fra begge forældre og dermed er næsten 100% beskyttede mod HIV.”. Hvis den havde nedarvet dominant, ville mutationen være kommet til udtryk 100% også hos dem der kun har nedarvet den fra én forældre. ”Cirka en femtedel af danskerne har arvet den fra en af forældrene og er dermed længere tid om at blive syg”. Det virker også logisk, at det er en recessiv sygdom for, hvis det havde været en dominant sygdom havde flere været beskyttet mod HIV. Der står heller ikke noget om, at flere piger eller flere drenge har fået mutationen, hvilket må betyde, at det er en autosomal nedarvning.

2. Giv en mulig forklaring på, hvordan en mutation kan forhindre HIV i at trænge ind i cellerne.

Når der sker en mutation i generne betyder det en ændring af proteinets funktion. Når HIV nedbryder immunforsvaret, går de først mod T-hjælper-lymfocytterne, der normalt giver besked til resten af immunforsvaret om, at der er en virus, sådan at makrofagerne bliver aktiveret og kan fagocyterer virusset. Grunden til at HIV indtager T-hjælper-lymfocytterne skyldes, at de har CD4-receptorer på overfladen der passer til HIV, som en slags nøgle. Det vil sige, at der kunne komme en mutation der kan forhindre HIV i at trænge ind i cellerne og det kunne være i form af at kroppen stoppede dannelsen af de CD4-receptorer der sidder på T-hjælper-lymfocytten. Dermed kan HIV ikke trænge ind i cellen.

3. Forklar, hvorfor det er vanskeligt at fremstille en vaccine mod visse virussygdomme, fx HIV og giv et eksempel på hvorledes et behandlingsmiddel kan virke.

HIV er en sygdom der ændrer sig utrolig meget. Allerede ved HIV indtrængen i T-hjælper-lymfocytterne omformer HIV sig. Det sker ved at HIV tager lymfocytternes DNA-byggesten og ved hjælp af enzymet ”revers transkriptase” omskrives RNA-nukleotiderne (som HIV består af) til DNA. Derefter kommer det virale-DNA ind i værtscellens DNA via et integrase enzym. Det betyder at det DNA kan transskriberes og translateres af værtscellen ligesom cellens eget DNA.

Udover dette er HIV en RNA-virus, og RNA-virus replicerer oftere end DNA, dermed sker der ofte mutationer af RNA-vira. Disse mutationer betyder, at det er svært – næsten umuligt at finde en vaccine for HIV, da den har en så høj mutationsrate. Dette er også en af grundene til, at immunforsvaret ikke kan danne antistoffer med virussen.

Hvis man skal behandle HIV, kræver det at man fokuserer på at hæmme forskellige steder. Det omfatter bl.a. hæmning af bindingen og fusionen, hvor det kunne være i form af at nogle nukleosidanaloger og nogle revers transkriptase hæmmere forhindrer denne proces i at ske. Som beskrevet før, vil HIV komme ind i værtscellen ved hjælp af et integrase enzym, for at stoppe det kræver det en HIV-proteasehæmmer. Da det er HIV-proteasen der er med til at gøre at virus færdigmodner sig.

Sådan kan man behandle HIV, men der findes stadig ingen vaccine mod virussen.

4. Analyser og forklar figur 1

På figur 1 ses to grafer, for henholdsvis antal virus (blå) og HIV-antistof (gul). Hen ad x-aksen er tid målt i måneder op til 84 måneder og op ad y-aksen ses antal virus og HIV-antistof-koncentrationen. Koordinatsystemet er delt op i tre dele: Akut fase (ca. 9 måneder), kronisk fase (9-63 måneder) og AIDS (63 til 84). Antallet af virus stiger voldsomt frem til 6 måneder, hvor antallet af HIV-virus størst. Efter 1-2 måneder aktiveres immunforsvaret og begynder at danne antistoffer. Efter de 6 måneder har immunforsvaret produceret nok antistoffer til at få antallet af virus helt ned – det sker efter ca. 12 måneder. Der befinder sygdomsforløbet sig i den kroniske fase. Omkring 60 måneder efter start, begynder HIV-antistoffet at falde. Det skyldes at antallet af CD4-celler i blodet er blevet for lavt. Det betyder at man går over i stadiet AIDS. AIDS opstår, fordi HIV-virus har ødelagt så mange CD4-celler, at immunforsvaret ikke længere kan bekæmpe de mikroorganismer, som vi har i kroppen eller bliver udsat for fra omgivelserne (bakterier). Disse mikroorganismer er nogle der kan føre til infektioner.

5. Forklar hvordan man kan teste for HIV med ELISA metoden i henholdsvis akutfasen, og den kroniske fase, og forklar hvordan man vil teste kort efter smitte, hvor der ikke er nok antigen til at lave ELISA test.

Hvis man skal teste for HIV, kan man bruge ELISA-testen (“Enzyme linked immunosorbens Assay”). Som er en ”enzym-bundet immun absorberende test”, som det oversat betyder. Hvis man skal teste for HIV i akutfasen, vil man teste for antigener med ELISA direkte metoden, da immunforsvaret ikke har nået at danne tilstrækkeligt med antistoffer. Måden man gør det på er ved at:

• Overfladen af plastikbrønde dækkes med det antistof der er specifik med det antigen man vil teste for. Så vaskes de ubundne antistoffer væk fra brønden.
• Prøve med evt. antigen tilsættes. Prøven inkuberes i plastikbrønde for at give dem tid til at reagere.
• Prøven vaskes igen, så evt. antigener der ikke er bundet til antistoffer vaskes væk.
• Så bliver der tilført et antistof, der har samme antigen-specificitet, men også er bundet til et enzym (konjugatet).
• Så vaskes der igen
• Der tilføres et substrat der vil farve, hvis konjugatet er i bunden. Så kan man måle farveintensiteten derefter.

Når man skal teste for den kroniske fase og for AIDS bruger man ELISA indirekte og tester for antistoffet, da det ikke længere er muligt at teste for antigenet. Fremgangsmåden er den samme.

Hvis man vil testes inden der er tilstrækkeligt antistof og antigen kræver det, at man skal se på noget andet. Det er sådan, som tidligere forklaret at HIV-virus ødelægger T-hjælper-lymfocytter eller CD4-celler. Derfor kan man måle indholdet af CD4-celler der er i blodet.

Opgave 4

1. Angiv den sandsynlige arvegang for Ryster-egenskaben. Begrund dit svar.

Fluehunnen er normal og fluehannen har Ryster-genet. Da det viser sig at alle hunnerne i F1-generationen også får Ryster-genet, og at ingen af hannerne får det, må det være fordi genet er bundet til x-kromosomet fra faren. Da hunnerne får et x-kromosom fra moren og et fra faren, hvor at hannerne får et y fra faren og et x fra moren. Hvis ikke den havde være kønsbundet havde fordeling i F1-generationen været 50/50. Da Ryster-hunnerne i F1-generationen får et raskt gen fra moren og et sygdomsgen fra faren må sygdommen være heterozygotisk dominant. 

2. Vurder, om chi-2-testen underbygger den foreslåede arvegang. Inddrag figur 2

Chi-2-testens nulhypotese: ”Antallet af individer i F2-generationen er jævnt fordelt på de fire fænotyper”. Dette passer godt overens med de observerede antal individer i F2-generationen, hvilket også underbygges af p-værdien, der er 98% – det er ufatteligt højt og derved forkastes nulhypotesen ikke. I forhold til den forslåede arvegang stemmer det også overens, da der ved en heterozygotisk dominant sygdom er 50% sandsynlighed for at en flue-unge vil få Rysteregenskaben uafhængigt af køn.

Hvis en heterozygot Ryster-hun parrer sig med en normal-han, vil fordelingen være således:

3. Giv forslag til hvordan man ved krydsningsforsøget kan afgøre om en hun er homo- eller heterozygot, med hensyn til Ryster egenskaben.

Ud fra krydsningsskemaerne kan man se, hvorvidt en Ryster-hun kun får Ryster-unger eller om fordelingen er 50/50. Hvis hunnen er homozygot vil alle ungerne få rystergenet, men hvis det ikke er alle ungerne der har fået rystergenet vil hunnen være heterozygot. Dette er selvfølgelig kun, hvis man er 100% klar over at det er en normal han.

Homozygot hun:

Man kan se krydsningsskema for heterozygot hun, i ovenstående.

4. Forklar, hvordan defekte K⁺-porte kan medføre det viste aktionspotentiale hos Rystere. Inddrag figur 3

Som man kan se på figur 3, er selve depolariseringen af nervecellen fin, men det skyldes at der er det Na⁺ kanalerne der er blevet åbnet, og Na⁺-ionerne vandrer ind i nervecellen, sådan at nervecellen bliver positiv i forhold til ydersiden. Når dette er sket, og nervecellen i et kort stykke tid er positiv åbnes kanalerne og K⁺ strømmer ud af nervecellen sådan at spændingsforskellen udlignes, dette kaldes en repolarisering. Men hos Rystere har de defekte K⁺-porte og det betyder at deres K⁺ ikke strømmer ud af nervecellen, det tager meget længere tid. Set ud fra figuren er det 8 sek. længere K⁺ er om at strømme ud af nervecellen hos Rystere, i forhold til hos normale. 

5. Forklar, hvilke membranprocesser der medvirker til at opretholde membranpotentialet i nervecellerne hos normale fluer. Inddrag figur 3 og 4

Et transportprotein i membranen under forbrug af ATP, er bl.a. med til at opretholde membranpotentialet, da det sørger for at nervecellen vender tilbage til hvilemembranpotentialet. Dette transportprotein er Na⁺/K⁺-pumpen, hvor den transporterer 3Na⁺-ioner ind i nervecellen, hver gang den transporterer 2 K⁺-ioner ud, hvor den så forbruger 1 ATP.

Som man også kan se på figur 4, hvor forholdet mellem antallet Na⁺ og K⁺ inde og uden for cellen er vist, er der en lavere intracellulær koncentration af Na+ end en ekstracellulær koncentration. Så hvis ikke pumpen virkede ville det ændre forholdet i membranpotentialet, da Na⁺-ioner vil søge ind gennem K⁺-kanalerne, som aldrig bliver helt lukkede. Det samme ville gælde for K⁺, der har en højere intracellulær koncentration end ekstracellulær, den ville så søge ud fra cellen.