BIOTEKNOLOGI HØJT NIVEAU

Transkript

1 STUDENTEREKSAMEN BT-1 BITEKNLGI HØJT NIVEAU Torsdag den 31. maj 2007 kl Sættet består af 1 stor og 2 små opgaver samt 1 bilag i 2 eksemplarer. Det ene eksemplar af bilaget afleveres sammen med besvarelsen. Alle hjælpemidler er tilladt.

2 STR PGAVE 1. Humant lysozym A. Enzymet lysozym findes hos mennesket i milten, lunger, nyrer, hvide blodlegemer, plasma, spyt, modermælk og tårer. Primærstrukturen af humant lysozym er vist i figur 1. Molekylets tredimensionale struktur er vist i figur H 2 N- LYS - VAL - PHE - GLU - ARG - CYS - GLU - LEU - ALA - ARG - THR - LEU - LYS - ARG - LEU - GLY - MET - ASP - GLY - TYR - ARG - GLY - ILE - SER - LEU - ALA - ASN - TRP - MET - CYS - LEU - ALA - LYS - TRP - GLU - SER - GLY - TYR - ASN - THR - ARG - ALA - THR - ASN - TYR - ASN - ALA - GLY - ASP - ARG - SER - THR - ASP - TYR - GLY - ILE - PHE - GLN - ILE - ASN - SER - ARG - TYR - TRP - CYS - ASN - ASP - GLY - LYS - THR - PR - GLY - ALA - VAL - ASN - ALA - CYS - HIS - LEU - SER - CYS - SER - ALA - LEU - LEU - GLN - ASP - ASN - ILE - ALA - ASP - ALA - VAL - ALA - CYS - ALA - LYS - ARG - VAL - VAL - ARG - ASP - PR - GLN - GLY - ILE - ARG - ALA - TRP - VAL - ALA - TRP - ARG - ASN - ARG - CYS - GLN - ASN - ARG - ASP - VAL - ARG - GLN - TYR - VAL - GLN - GLY - CYS - GLY - VAL - CH Figur 1. Humant lysozym, primærstruktur. Figur 2. Tredimensional struktur af humant lysozym. Kun rygraden i aminosyrekæden er vist. a) Gør rede for lysozyms primær-, sekundær- og tertiærstruktur ud fra figur 1 og 2. Forklar herunder hvilke bindingstyper, der har betydning for strukturerne. 2

3 Genet for humant lysozym, LYZ-genet, er placeret på kromosom nr. 12. I en familie er der fundet en mutation i LYZ-genet, som medfører, at asparaginsyre er erstattet af histidin i position 67 i det ændrede lysozym. Hos mennesker, der er heterozygote med hensyn til LYZ-genet, resulterer dette i, at lysozym klumper sammen. b) Giv en biokemisk forklaring på, at udskiftning af asparaginsyre med histidin kan få lysozym til at klumpe sammen hos heterozygoter. c) Hvilken type mutation er der tale om, og hvilken ændring i DNA kan være årsag til ændringen i proteinet hos den pågældende familie? d) Giv forslag til en metode til påvisning af hvilken ændring i DNA, der er årsag til denne ændring i lysozymet. B. Behandles en opslæmning af bakterien Micrococcus lysodeikticus (en bakteriekultur) med lysozym, vil cellerne gå i stykker med en hastighed, der afhænger af lysozymkoncentrationen. Dette kan udnyttes til at måle lysozymkoncentrationen i en prøve. Først fremstiller man bakterieopslæmninger med forskellige lysozymkoncentrationer (standardopløsninger). Standardopløsning nr. 8 blev fremstillet på følgende måde: 2,5 ml bakterieopslæmning blev tilsat 100 µl lysozymopløsning med et indhold af lysozym på 40 µg. Absorbansen blev målt ved 450 nm som funktion af tiden, og faldet i absorbans pr. minut blev bestemt til 0,0824 min -1. Se figur 3. absorbans 0,600 0,550 0,500 0,450 0,400 0,350 0,300 Standardopløsning nr. 8 med 40 µg lysozym A = - 0,0824 t + 0,574 0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 tid / min Figur 3. Absorbansen (ved 450 nm) aftager, når lysozym nedbryder cellevægge i en opslæmning af Micrococcus lysodeikticus. 3

4 Standardopløsningerne nr. 1-7 blev fremstillet på tilsvarende måde som standardopløsning nr. 8, men med forskelligt indhold af lysozym. Faldet i absorbans pr. minut for standardopløsningerne ses i tabel 1. Standardopløsning Lysozym i standard / µg 1,0 2,0 4,0 8,0 10,0 20,0 30,0 40,0 ΔA / min -1 Δt 0,002 0,004 0,008 0,016 0,021 0,041 0,062 0,082 Tabel 1. Faldet i absorbans pr. minut for standardopløsningerne. a) Tegn en standardkurve ud fra oplysningerne i tabel 1. En forsøgsperson blev bragt til at græde, og tårerne blev opsamlet. 100 µl af de humane tårer blev fortyndet med 900 µl pufferopløsning. 100 µl af de fortyndede tårer blev blandet med 2,5 ml af den samme bakterieopslæmning, som man blandede i standardopløsningerne nr Absorbansen i den fortyndede prøve af humane tårer blev målt som funktion af tiden (igen ved 450 nm). Resultatet af målingen ses i figur 4. absorbans 0,580 0,570 0,560 0,550 0,540 0,530 0,520 0,510 0,500 Fortyndet prøve af humane tårer 0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 tid / min Figur 4. Absorbansen (ved 450 nm) som funktion af tiden i fortyndet prøve af humane tårer. b) Beregn indholdet af lysozym i de humane tårer. 4

5 SMÅ PGAVER 2. Rivastigmin Rivastigmin hæmmer enzymet acetylcholinesterase. Medicin indeholdende rivastigmin er godkendt som lægemiddel mod Alzheimers sygdom og virker primært på centralnervesystemet. Strukturen af rivastigmin er vist i figur 1. C H 3 N N Figur 1. Struktur af rivastigmin. a) Marker og navngiv de funktionelle grupper i rivastigmin. Benyt bilaget. b) Begrund, at der findes stereoisomere former af rivastigmin. c) Forklar, hvorfor rivastigmin er mere opløselig i sur vandig opløsning end i basisk vandig opløsning. Figur 2 viser skematisk et udsnit af en synapse mellem neuron og muskelcelle (en motorisk endeplade). Figur 2. Udsnit af synapse mellem neuron og muskelcelle. ACh betegner acetylcholin og AChE betegner acetylcholinesterase. d) Forklar ud fra figur 2, hvilken effekt hæmning af acetylcholinesterase vil have på muskelfunktionen. 5

6 3. Acetylsalicylsyre (Aspirin) CH C Figur 1. Acetylsalicylsyre (aspirin) er et smertestillende og febernedsættende stof, som kan fremstilles ved reaktion mellem salicylsyre og eddikesyreanhydrid (se figur 2). CH CH H + C C C + CH M / g mol : 138,12 102,09 180,16 60,05 Figur 2. Reaktion mellem salicylsyre og eddikesyreanhydrid. Ved en syntese af acetylsalicylsyre blandes 4,00 g salicylsyre med 6,00 g eddikesyreanhydrid. Efter oprensning blev syntesens udbytte bestemt til 2,28 g acetylsalicylsyre. a) Vis, at syntesens udbytte er 43,7 % af det teoretiske udbytte. 500 mg af den dannede acetylsalicylsyre opløses nu i 5,0 L vand. b) Beregn ph for opløsningen, idet pk s -værdien for acetylsalicylsyre er 3,49. Salicylat hæmmer den katalytiske virkning af enzymet glutamat dehydrogenase. Diagrammerne i figur 3a og 3b viser resultatet af en eksperimentel undersøgelse af dette forhold. 6

7 0,50 0,40 μm v o / min 0,30 0,20 0,10 0,00 0,0 5,0 10,0 15,0 20,0 [S] / mm Figur 3a. Initialhastighed som funktion af substratkoncentration uden salicylat. 0,50 0,40 μm v o / min 0,30 0,20 0,10 0,00 0,0 5,0 10,0 15,0 20,0 [S] / mm Figur 3b. Initialhastighed som funktion af substratkoncentration med salicylat. c) Er salicylats hæmning af glutamat dehydrogenase kompetitiv eller non-kompetitiv? Svaret skal begrundes. 7

8 Kilder pgave 1: Dansk Kemi, 83, nr. 10,