Amylase og kopier av AMY1-genet
Lov på eksamen
- Kalkulator
- CAS
- Graftegner og regneark
- Lærebok, formelsamling og egne notater
Ikke åpent internett, kommunikasjon med andre eller kunstig intelligens.
Kan den løses uten PC?
Alle deloppgavene kan løses uten PC.
Fra 2027 er det bare kalkulator og skriftlige hjelpemidler på del 2. Vurderingen er gjort med KI og kan inneholde feil.
Lest inn av KI og ikke kontrollert manuelt enda — kan inneholde feil.
Amylase i spytt katalyserer nedbrytingen av stivelse.
I et forsøk undersøkte en gruppe elever reaksjonshastigheten til amylase ved ulike temperaturer. De blandet 1 mL spytt og 1 mL stivelsesløsning, og de målte tiden det tok å omdanne all stivelsen. Forsøket ble gjentatt ved ulike temperaturer, og tabell 1 viser resultatene til to av elevene.
| Temperatur | 5 °C | 10 °C | 15 °C | 25 °C | 35 °C | 45 °C |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Elev A | 120 s | 90 s | 80 s | 60 s | 50 s | 55 s |
| Elev B | 90 s | 70 s | 60 s | 50 s | 40 s | 45 s |
Sammenlign resultatene til elev A og B. Forklar likheten i resultatene.
Et gen har vanligvis to kopier, en på hvert kromosom. Genet for amylase kan ha flere kopier på hvert kromosom. Antallet kopier kan variere, og det kan være forskjellig antall kopier på de to kromosomene. Jo flere kopier en person har, jo større er konsentrasjonen av amylase i spyttet.
Forklar hvorfor flere kopier av genet gir større konsentrasjon av amylase.
I en familie har faren totalt 7 kopier av genet, mens moren har totalt 3 kopier. Barna har totalt enten 4, 5 eller 6 kopier av genet. Hvor mange kopier av genet har faren på hvert av kromosomene?
AMY1-genet koder for amylase i spytt. En gruppe forskere hadde følgende hypotese:
Det å ha mange kopier av AMY1-genet er en tilpasning til et kosthold med mye stivelse.
For å teste hypotesen valgte forskerne ut én gruppe mennesker fra en populasjon med lite stivelse i kostholdet og én gruppe mennesker fra en populasjon med mye stivelse i kostholdet. Forskerne telte kopier av AMY1-genet hos hver person. Figur 1 beskriver resultatene.
Styrker eller svekker dataene hypotesen? Begrunn svaret ditt.
Det er to typer amylase. Den ene lages i spyttkjertlene, og produksjonen styres av AMY1-genet. Den andre lages i bukspyttkjertelen, og produksjonen styres av AMY2-genet.
AMY1-genet oppsto ved en duplikasjon av AMY2-genet. Etter duplikasjonen skjedde en insersjon foran AMY1-genet, se figur 2.
Forskerne mener at insersjonen førte til at spyttkjertlene produserer amylase.
Forklar hvorfor insersjonen foran AMY1-genet førte til at spyttkjertlene produserer amylase.
Fasit
Begge elevene har kortest tid (raskest reaksjon) ved , men elev B har kortere tid ved alle temperaturer. Likheten skyldes at amylase har optimumstemperatur rundt .
1) Flere genkopier kan transkriberes samtidig. Det gir mer mRNA, og dermed oversettes mer amylase.
Faren har 3 kopier på det ene kromosomet og 4 kopier på det andre.
Dataene styrker hypotesen. Populasjonen med mye stivelse i kostholdet har i gjennomsnitt flere kopier av AMY1-genet.
Insersjonen ga et nytt reguleringsområde foran genet. Transkripsjonsfaktorer i spyttkjertelceller kan binde seg der og sette i gang transkripsjon av AMY1.
LøsningsforslagKI-generert
Likhet: Begge elevene bruker kortest tid på å omdanne stivelsen ved (elev A 50 s, elev B 40 s). Tiden går ned fra til og øker litt igjen ved .
Forskjell: Elev B bruker 10–30 s kortere tid enn elev A ved alle temperaturene. Enzymet i spyttet til elev B virker altså raskere. Det kan skyldes at elev B har høyere konsentrasjon av amylase i spyttet.
Forklaring av likheten: Amylase er et enzym. Når temperaturen øker, beveger molekylene seg raskere. Enzym og substrat kolliderer oftere, og reaksjonen går raskere. Over en viss temperatur begynner enzymet å denaturere. Det aktive setet endrer form, og færre enzymmolekyler virker. Reaksjonen går da langsommere igjen.
Temperaturen der enzymet virker best, kalles optimumstemperaturen. Amylase fra begge elevene har samme optimumstemperatur, fordi det er det samme enzymet. Målingene viser at den ligger rundt , nær kroppstemperaturen.
Hver kopi av genet kan transkriberes til mRNA. Med flere kopier kan flere mRNA-molekyler lages samtidig. Mer mRNA betyr at ribosomene kan oversette mer, slik at det dannes mer amylase i proteinsyntesen. Konsentrasjonen av amylase i spyttet blir dermed større.
Barna får ett kromosom fra hver forelder. Antallet kopier hos et barn er summen av kopiene på kromosomet fra faren og kromosomet fra moren.
Moren har 3 kopier totalt. Med minst én kopi på hvert kromosom har hun 1 og 2. Faren har 7 kopier totalt, altså 1 og 6, 2 og 5 eller 3 og 4. Vi finner mulige antall hos barna:
| Faren | Barn (mor gir 1) | Barn (mor gir 2) | Mulige antall |
|---|---|---|---|
| 1 og 6 | 2 og 7 | 3 og 8 | 2, 3, 7, 8 |
| 2 og 5 | 3 og 6 | 4 og 7 | 3, 4, 6, 7 |
| 3 og 4 | 4 og 5 | 5 og 6 | 4, 5, 6 |
Bare 3 og 4 gir barn med 4, 5 eller 6 kopier. Svaret blir det samme om vi også tillater 0 kopier på et kromosom. Faren har altså kopier på det ene kromosomet og på det andre.
Dataene styrker hypotesen.
I populasjonen med lite stivelse i kostholdet har de fleste 4 eller 5 kopier av AMY1-genet (til sammen over 50 %). I populasjonen med mye stivelse har de fleste 6, 7 eller 8 kopier. Bare i denne populasjonen finnes personer med 11, 12, 14 og 15 kopier. Personer fra populasjonen med mye stivelse har altså i gjennomsnitt flere kopier.
Flere kopier gir mer amylase i spyttet, slik at stivelse brytes ned mer effektivt. I en populasjon med mye stivelse i kosten kan dette ha gitt en fordel. Personer med mange kopier kan ha fått flere overlevende avkom, slik at mange kopier har blitt vanligere gjennom naturlig seleksjon.
Dataene beviser likevel ikke hypotesen. Fordelingene overlapper mye, og det er bare undersøkt to populasjoner. Forskjellen kan også skyldes andre forhold, for eksempel genetisk drift.
Et gen blir bare uttrykt når det blir transkribert. Transkripsjonen styres av reguleringsområder på DNA foran genet, for eksempel promotoren og andre reguleringssekvenser. Transkripsjonsfaktorer binder seg til disse områdene. Da kan RNA-polymerase binde seg og starte transkripsjonen.
Alle kroppsceller har de samme genene, men ulike celletyper har ulike transkripsjonsfaktorer. Derfor blir ulike gener uttrykt i ulike vev.
Insersjonen ga et nytt reguleringsområde foran AMY1-genet. Transkripsjonsfaktorer som finnes i spyttkjertelcellene, kan binde seg til dette området. Da blir AMY1-genet transkribert og oversatt i spyttkjertlene, og spyttkjertlene produserer amylase. Selve den kodende delen av genet er uendret. Endringen gjelder bare hvor genet blir uttrykt.
Sensorveiledning
2 poeng: Beskriver en likhet (for eksempel at elev A og B har begge raskest reaksjonshastighet ved ), og nevner en forskjell (for eksempel at elev B har raskere reaksjonshastighet ved alle temperaturer). Begrunner likheten med enzymers optimumstemperatur.
1 poeng: Beskriver resultatene uten å forklare sammenhengene.
0 poeng: Gjengir informasjon fra tabellen uten å sammenligne og forklare.
1) 1 poeng: Svarer at antall kopier påvirker proteinsyntesen og dermed mengden protein som dannes (mengden amylase).
0 poeng: Svaret viser ikke sammenheng mellom antallet kopier, mengden mRNA og mengde produsert protein.
2) 1 poeng: Svarer at far har 3 og 4 kopier på hvert kromosom.
0 poeng: Oppgir feil antall kopier.
2 poeng: Svarer at hypotesen blir styrket. Begrunner svaret, for eksempel med at personer fra populasjonen med høyt stivelsesinnhold i kostholdet i gjennomsnitt har flere kopier av AMY-genet enn personer fra populasjonen med lavt stivelsesinnhold i kostholdet.
1 poeng: Svarer at hypotesen blir styrket, men med svak begrunnelse.
0 poeng: Svarer at hypotesen svekkes.
2 poeng: Svaret inneholder genregulering, og forklarer hvordan insersjonen førte til dannelse av et reguleringsområde / et område på DNA der transkripsjonsfaktorer kan feste seg slik at transkripsjon kan skje.
1 poeng: Svaret inneholder genregulering, men med svak begrunnelse.
0 poeng: Svarer generelt om hvordan mutasjoner påvirker genet (for eksempel leserammemutasjon).