Biologi A maj 2008 STX Eksamen

Opgave 1. Fotosyntese 1.

Temperaturen bør holdes konstant under eksperimentet, da enzymprocesserne i fotosyntesen er temperaturafhængige. Generelt foregår enzymprocesser langsommere ved en lav temperatur end ved en højere temperatur. Dog må temperaturen ikke være for høj, da det dels, medfører at enzymerne denaturerer, og dels påvirkes reaktionshastighederne for de forskellige delprocesser i fotosyntesen forskelligt. Sidstnævnte medfører, at mellemprodukter ophobes nogle steder, mens de mangler andre steder, hvilket bevirker at hele fotosyntesen hæmmes. Hvis temperaturen ikke er konstant under forsøget kan intensiteten af fotosyntesen i vandpest ikke måles kvantitativt, da aktiviteten af fotosyntesen påvirkes og svinger med temperaturen. Hvis de to planter oven i købet udsættes for forskellig temperatur, kan resultaterne fra disse ikke heller ikke sammenlignes, da forskelle både kan skyldes temperaturforskelle og lysforskelle.

pH bør holdes konstant under eksperimentet, da fotosyntesens enzymer er tilpasset en særlig pH, hvor det fungerer bedst (ph-optimum). En svingende pH vil på lige med en svingende temperatur medføre, at intensiteten af fotosyntesen varierer.

2. Graf 1

O₂-produktionen som funktion af tiden – med kunstig lys

Tid (min)

Graf 2

O₂-produktionen som funktion af tiden – uden kunstig lys

Tid (min)

3.

På graf 1 ses, at der på de første 5 min. kun bliver produceret 0,2 mL O₂. Dette skyldes muligvis, at det tager lidt tid for antenneklorofylmolekylerne i fotosystem II (i plantens kloroplastre) at akkumulere strålingsenergien fra solen. Den akkumulerede strålingsenergi overføres til to elektroner fra det centrale klorofylmolekyle. De energirige elektroner frigives, hvorved et vandmolekyle spaltes til protoner, elektroner og ilt. Iltdannelsen er altså afhængig af akkumulation af solenergien.

Herefter stiger grafen nogenlunde lineært indtil 25 min. efter forsøgets start. Her er fotosyntesen i gang og planten danner ilt. Den højest dannede iltmængde er 0,7 mL/5 min, grunden til at planten ikke danner mere kan skyldes, at den har nået sit lysmætningsniveau, hvor yderligere lys ikke medfører øget fotosyntese fordi CO₂-fixeringen ikke kan foregå hurtigere end det gør, CO₂bliver derfor den begrænsende faktor. Fra 25 min. til 40 min. flader grafen ud og bliver næsten konstant. Grunden til, at grafen flader ud er højst sandsynligt, at planten har forbrugt vandets indhold af kuldioxid, som er en nødvendig komponent i fotosyntesen. 12 H₂O + 6 CO₂ + lysenergi ^à C₆H₁₂O₆ + 6O₂ + 6H₂O. Når der ikke er mere kuldioxid tilbage i vandet, kan planten ikke lave fotosyntese, dog vil der ske en lille udveksling af kuldioxid mellem luft og vand, fotosyntesen vil derfor kunne foregå med en lille intensitet.

På graf 2 ses, at planten danner 0,1 mL ilt mellem 5 og 10 min. resten af tiden er iltmængden konstant. Dette skyldes, at den svage vintersol kun langsomt akkumuleres i klorofylmolekylerne, hvorved fotosyntesen forløber meget langsomt, planters vækstsæson er netop om sommeren, pga. de få solskinstimer og den mindre intense solstråling om vinteren.

4.

Græs indeholder forskellige pigmenter de væsentlige er klorofyl, som findes i både a og b form, og karotenoiderne. Pigmenterne sidder i thylakoidmembranerne i græssets kloroplastre. Figuren viser absorbtion af lys ved forskellige bølgelængder i græsekstrakt. På figuren ses, at absorbtionen fra 400 – 470 nm ca. er 100 %, græsset absorberer altså al blå lys. Dette skyldes, at både klorofyl a, klorofyl b og karotenoiderne absorberer det blå lys. Fra 470 til 520 falder absorbtionen, dette skyldes, at klorofyl ikke absorberer ret meget af det grønne lys, hvilket er derfor græs er grønt. Herefter stiger absorbansen indtil den når til ca. 100 % i det gul-røde område (660nm), dette skyldes, at klorofyl a og b absorberer det meste af lyset omkring 650 nm. Fra 670 – 700 nm falder absorbansen pga. kartenoidernes ringe absorbtion af rødt lys. Deres karakteristiske orange-røde farve skyldes tilbagekastning af rødt lys. Til gengæld absorberer klorofyl noget af det røde lys, derfor er absorbtionen ikke nul.

5.

To salatfrø sås i hver deres potte med jord, der indeholder samme mængder næringsstoffer. (I princippet kunne man anvende steriliseret jord og til den tilsætte samme mængder næringsstoffer, alt afhængig af hvor præcist forsøget skal være.) I stedet for frø kan man bruge klonede spirer af en salatplante, da disse genetisk er helt ens, hvorved fejlkilde pga. forskellige gener udelukkes.

Den ene potte udsættes for kunstigt lys og dagslys, den anden kun for dagslys. Forsøget forløber over et vist tidsrum, fx 2 måneder. Igennem de to måneder er det meget vigtigt, at de to salatplanter udsættes for de samme forhold, fx temperatur, vandmængde, solmængde osv. Der er kun ændret på en faktor, nemlig +/- tilstedeværelsen af kunstigt lys. Ved endt forsøg vejes de to salatplanter uden jord, da jorden kan indeholde forskellige mængder vand pga. uens fordampning.

Vha. vejningen bestemmes planternes biomasse. Salaten uden kunstigt lys fungerer nu som kontrolforsøg til planten med kunstigt lys. Biomassen af salaterne kan nu bruges til at sige noget om effekten af kunstigt lys. Er fx biomassen af salaten med kunstigt lys større end den uden, kan man aflede at kunstigt lys har en positiv effekt på planteproduktionen. Validiteten af forsøget øges ved at bruge flere end to salatplanter. Der er en vis fejlkilde ved den såkaldte høstningsmetode, da planeterne evt. kan indeholde forskellige vandmængder. En anden metode til bestemmelse af vækst kunne være at tælle bladene og måle deres længde.

Opgave 2. X-kromosominaktivering

1. Reaktionen er en dehydrogenering, hvor glukose-6-fosfat oxideres. Enzymet G6PD katalyserer processen. NADP⁺’s (coenzymet) funktion er at optage de fraspaltede protoner, der frigøres ved reaktionen. Det omdannes derved til NADPH + H⁺. Coenzymet opbevarer protonerne og overfører protonerne til en anden proces, hvorved det omdannes til NADP⁺ igen. Coenzymet kan herefter igen bruges i oxideringen af glukose-6-fosfat. Coenzymet forbruges altså ikke ved processen.

2.

På figur 2 ses, at en undersøgelse af G6PD-varianter. Ved en elektroforese af G6PD fra den oprindelige vævsprøve udtaget fra en kvinde, ses to varianter, dvs. at hun har genet for begge varianter på sine X-kromosomer. Genet for den ene variant sidder højst sandsynligt på det ene X-kromosom, mens genet for den anden variant sidder på det andet X-kromosom, da de er allele gener. Ved siden af ses resultatet af elektroforese af G6PD ekstraheret fra kloner af 8 enkeltceller. Det viser, at den enkelte celle kun indeholder en variant af enzymet. Dette kan skyldes Lyon-hypotesen om det inaktiverede X-kromosom. Den tilfældige inaktivering af det ene X-kromosom medfører, at der i nogle celler vil syntetiseres den ene variant, mens der i andre celler vil syntetiseres den anden variant.

3.

X-kromosomet med G6PD varianten, der forårsager blodmangel betegnes X₀

II-1 : X₀X

II-2: XY

II-3: XY

II-4 : XY

II-5 : XX

4. En heterozygotisk kvinde har både varianten, der medfører blodmangel, og en variant, der ikke gør det. Varianten der medfører blodmangel, vil være i alle celler, men pga. inaktiveringen af det ene X-kromosom vil det kun syntetiseres i de celler, hvor X-kromosomet med blodmangel-varianten er aktivt. I de resterende celler vil den anden variant syntetiseres. Man må antage, at den variant der medfører blodmangel, er defekt på en eller anden måde, da enzymet har betydning for om de røde blodlegemer fungerer normalt. Heterozygote kvinder har derfor både den ene og den anden variant. Den varierende grad af blodmangel ligger i den tilfældige inaktivering af X-kromosomet. En kvinde med mange normale enzymer og få defekte, pga. inaktivering af mange X-kromosomer med det defekte gen, vil ikke lide i så stor grad af blodmangel, som en kvinde med mange defekte og få normale pga. en inaktivering af kromosomet med det normale gen.

5. Du har både genet for en rask variant af enzymet G6PD og genet for varianten, der medfører blodmangel. Sandsynligheden for, at du overfører dit gen for den variant af enzymet G6PD der medfører blodmangel, er derfor til stede. Dvs. dine børn kan komme til at lide af blodmangel.

Krydsningsskema:

Risikoen, som du kan se ud fra skemaet, er 50 % for at dine børn arver genet. Overfører du genet til en datter, vil hun ligesom dig selv lide af middelsvær blodmangel, dog kan symptomerne variere fra din egen grad af blodmangel, pga. forskellige mængder af det normale og det defekte enzym. Overfører du genet til en søn, vil han lide af alvorlig blodmangel, da han kun har et X-kromosom, hvorved alle G6PD enzymer syntetiseres ud fra genet for det blodmangelfremkaldende enzym. Du

kan forhøre dig om det er muligt at få foretaget en fostervandsprøve i 15-16 uge, da man ud fra denne kan se om barnet evt. har arvet genet.

Opgave 4. Permethrin-resistens

1. Permethrin blokerer Na⁺-kanalerne ved at binde sig til proteinet, hvorved den enten blokerer for præsynaptisk transmitterstof eller den forårsager en ændring af kanalproteinets tertiære struktur, hvilket medfører en ændring i den rummelige opbygning, således af det præsynaptiske transmitterstof ikke er i stand til at binde sig til kanalproteinet eller således, at natriumioner ikke er i stand til at trænge igennem protein pga. blokeret kanal. Når Na⁺-proteinerne er blokeret kan natrium ikke strømme ind i cellen, hvorved et aktionspotentiale ikke kan overføres fra en nervecelle til en anden. Normalt sker der det, at et aktionspotentiale ankommer til den præsynaptiske celles endeterminal, hvilket medfører åbning af calciumkanaler. Calciumionerne medfører at nogle vesikler med transmitterstoffer afgiver transmitterstoffet til synapsen vha. endocytose. Transmitterstoffet bindes til natriumkanalerne, hvorved disse åbnes og natrium strømmer ind for at udligne koncentrationsforskellene mellem yderside og inderside af nervecelle. Nervecellen depolariseres og et nyt aktionspotentiale skabes. Når en lus ikke er i stand til at sende impulser fra nervecelle til nervecelle, vil de meget hurtigt dø, da stort set alle vitale processer i organismen er styret af nervesystemet. Fx reguleres hjerterytmen af sinusknuden, der reguleres af sympatiske og parasympatiske nervesystem.

2.

Ikke resistent overfor permethrin:

TTA: Aspargin

AAT: Leucin

TGT: Threonin

AAG: Phenylanin

CAG: Valin

GTT: Glutamin

Resistent overfor permethrin:

TTA: Aspargin

AAT: Leucin

TAT: Isoleucin

AAG: Phenylanin

CAG: Valin

AAA: Phenylalanin

3.

Mutationer kan medføre en ændring af aminosyrerækkefølgen. Det har mutationerne i de resistente lus’ gener gjort. To punktmutationer i i basesekvensen fra 58 til 75 basepar har medført en udskiftning af aminosyrer. Threonin er udskiftet med isoleucin og glutamin er udskiftet med phenylalanin. Disse to ændringer har medført resistens mod permethrin. Dette skyldes formentlig at permethrinen ikke kan bindes til kanalproteinet længere, hvorved den ikke kan blokere kanalen, som derfor fungere normalt. Grunden til den ikke kan bindes kan være at permethrin binder lige nøjagtig til de to aminosyrer der er udskiftet, men det er nok mere sandsynligt, at udskiftningen har medført en anderledes foldning og struktur i proteinet, hvorved bindingsstedet er blevet utilgængeligt for permethrin.

4. Se bilag

5. Ved første behandling dør alle hovedlus, pga. blokerede natriumkanaler. På figur 4 ses, at lusseæg klækkes efter syv dage. Forudsat, at man har haft lus i syv dage, vil der kort tid efter behandlingen klækkes nye lus, da æggene ikke dræbes af permethrinbehandlingen, formentlig fordi giften ikke kan trænge igennem æggeskallen. Nogle af de udklækkede lus vil dø eller svækkes af de tilbageværende rester permethrin, men efterhånden vil der klækkes flere der vil leve. Efter udklækning er lusene ikke kønsmodne før der er gået syv dage, dvs. at der ikke bliver lavet nye æg. Gentages behandlingen efter otte dage dræbes alle nymferne (ikke kønsmodne lus), og man vil i teorien have udryddet alle lus. Ofte er der alligevel nogle der overlever. Fx udklækkes to lus en time efter behandlingen. De dør ikke af resterne af permethrinen, fordi mængden er for lav. Efter syv dage er de kønsmodne, de når lige at formere sig inden anden behandling.