Eindexamen biologie vwo 2014 tijdvak 1

bij dit examen

Tenzij anders vermeld, is er sprake van normale situaties en gezonde

organismen.

opgave 1Onderdompelgen maakt rijstrassen ‘waterproof’

Het is maar een simpel gen, maar wel één dat bij miljoenen mensen honger kan voorkomen. Het onderdompelgen zorgt dat rijst langdurige overstromingen kan doorstaan. Het op een klassieke manier inkruisen van een gen in een plant verschilt van de moderne manier om met behulp van genetische modificatie een transgene plant te produceren.

Beschrijf in drie stappen het op klassieke wijze inkruisen van het onderdompelgen in rijstplanten.

Beschrijf in drie stappen hoe door genetische modificatie rijstplanten kunnen worden verkregen die langdurige overstromingen weerstaan. De nieuwe eigenschap waar het om gaat bij deze ‘onderdompel’ rijst, is het bestand zijn tegen langdurige overstromingen.

Noteer twee voor een hoge opbrengst belangrijke eigenschappen die bij deze rijstplanten niet verloren mogen gaan.

Beschrijf twee mogelijke negatieve effecten van een genetisch gemodificeerde rijstvariant op de omgeving, die uit veldproeven kunnen blijken.

Regelmatig wordt bij plantenveredeling wél gebruik gemaakt van F1- hybriden. Een F1-hybride is de eerste generatie na kruising van twee zuivere lijnen. Deze planten hebben vaak een betere opbrengst dan de gebruikte zuivere lijnen. Dit geldt echter niet voor de F2-hybriden. Boeren moeten daarom elk jaar weer het F1-hybride zaad bij de zaadhandelaren aanschaffen.

Verklaar waardoor de opbrengst lager kan zijn als de boer het zaad, gewonnen uit zijn F1-hybride planten, opnieuw uitzaait en het jaar daarop de F2-hybriden gaat oogsten. Versnelde lengtegroei is een reactie van rijstplanten op langdurige onderdompeling. Deze reactie is voor het overleven van de plant voordelig.

Leg dit uit aan de hand van een stofwisselingsproces dat onder water slechter zal verlopen dan boven water. Uit proeven waarbij rijstplanten worden besproeid met gibberelline blijkt dat dit plantenhormoon de stengelgroei stimuleert. Het effect van gibberelline op twee rijstmutanten met dwerggroei wordt onderzocht: Rijstmutant type 1 mist het gen voor de synthese van gibberelline, type 2 mist het gen voor de receptor voor gibberelline.

Wat zal het effect zijn als de beide typen rijstmutanten worden besproeid met een gibberelline-oplossing? A Het zal bij beide typen geen effect hebben. B Rijstmutant 1 zal hierdoor sneller groeien, rijstmutant 2 niet. C Rijstmutant 2 zal hierdoor sneller groeien, rijstmutant 1 niet. D Beide typen rijstmutanten zullen sneller groeien.

Door de versnelde lengtegroei worden bij de meeste rijstrassen de stengels langer, maar ook minder stevig. Wanneer het waterniveau weer daalt vallen de stengels om en verrotten de rijstkorrels. Rijstplanten met een Sub1A-gen, het onderdompelgen, hebben een andere strategie. Deze planten gaan bij overstroming in rust tot het water weer gezakt is. Het Sub1A-gen werd ontdekt in een traditioneel en laagproductief Indiaas rijstras. Het wordt geactiveerd bij onderdompeling. Plantengeneticus Julia Bailey-Serres heeft ontdekt dat de plantenhormonen ethyleen, abscisinezuur (ABA) en gibberelline hierbij een rol spelen. In afbeelding 3 is schematisch weergegeven hoe de respons op onderdompeling tot stand komt. afbeelding 3 signaalonderdrukkers

Leg uit hoe bij rijstplanten met het Sub1A-gen snellere groei na onderdompeling verhinderd wordt. Het hormoon gibberelline heeft in wortelcellen een heel ander effect dan in cellen uit de stengel van de rijstplant. Over de oorzaak hiervan worden twee beweringen gedaan: 1 In de verschillende celtypen worden verschillende receptoren gevormd. 2 In de verschillende celtypen worden andere genen aan- of uitgeschakeld.

Welke van deze beweringen kan of welke kunnen een verklaring zijn voor het verschil in effect van eenzelfde hormoon op verschillende celtypen? A geen van beide B alleen 1 C alleen 2 D beide beweringen

opgave 2Bemesting en broeikaseffect

Bemesting van landbouwgronden kan leiden tot een verhoogde uitstoot van lachgas (N O). Dat is nadelig voor zowel de akkerbouw als het milieu, 2 want deze uitgestoten stikstof komt niet meer ten goede aan de gewassen. Ook draagt lachgas bij aan het versterkt broeikaseffect en het gat in de ozonlaag. Lachgas wordt gevormd bij denitrificatie door bepaalde bacteriën en schimmels. Bacteriën, zoals Pseudomonas stutzeri, kunnen nitraat reduceren tot N 2 volgens het reactieschema in afbeelding 1. De deelreacties in deze bacteriën worden gekatalyseerd door de enzymcomplexen NAR, NIR, NOR en N OR. 2 afbeelding 1 NAR NIR NOR N OR 2 - - NO NO NO N O N 3 2 2 2

102p

Wordt de reductie van nitraat tot N₂ door de aanwezigheid van O₂ in de

bodem vooral gestimuleerd of geremd? Verloopt de reductie van nitraat

tot N₂O bij extra bemesting van landbouwgrond sneller of minder snel?

geremd

minder snel

geremd

sneller

gestimuleerd

minder snel

gestimuleerd

sneller

In schimmels zijn varianten op de enzymen NAR, NIR en NOR gevonden.

Activiteit van het enzym N₂OR lijkt in de meeste schimmels echter te

ontbreken.

Schimmels kunnen dus een rol spelen in de emissie van broeikasgassen.

111p

Welke rol is dat?

Tijdens de reductie van nitraat door bepaalde bacteriën worden

elektronen vanuit NADH doorgegeven aan verschillende enzymen. Dit in

het binnenste celmembraan gelegen complex van enzymen (zie

afbeelding 2) wordt de nitraat-elektronentransportketen genoemd. De

elektronen komen uiteindelijk in N₂ terecht, tussen het binnen- en

buitenmembraan (periplasma) van deze bacteriën.

afbeelding 2

NO3 – N2 buitenmembraan periplasma NO2 – NO N2O N2 NIR H+ NO N2O N 2 OR NO2 – NO3 – DH e– NAR NOR binnenmembraan cytoplasma + ADP ATP NO3 – NO2 – NO3 – NAD+ NADH + H+ H+ Legenda: DH = NADH-dehydrogenase = omzetting = verplaatsing

122p

Leg uit, aan de hand van afbeelding 2, hoe met behulp van het enzym

NADH-dehydrogenase energie beschikbaar komt in deze bacteriën.

Bacteriën en schimmels met een nitraat-elektronentransportketen die het

enzymcomplex NIR missen, zouden bij hun energievoorziening geholpen

kunnen worden door de nabijheid van andere micro-organismen.

132p

Welke groep micro-organismen is dat, en waaruit bestaat die hulp?

nitraatbacteriën, ze zetten nitraat om in nitriet

nitraatbacteriën, ze zetten nitriet om in nitraat

nitrietbacteriën, ze zetten nitraat om in nitriet

nitrietbacteriën, ze zetten nitriet om in nitraat

De NAD⁺ die ontstaat in de nitraat-elektronentransportketen heeft bij

bepaalde Rhodobacter bacteriën ook een functie bij andere

dissimilatieprocessen.

Drie deelprocessen die in deze bacteriën plaatsvinden zijn:

1 glycolyse;

2 melkzuurgisting;

3 citroenzuurcyclus.

142p

Voor welk dissimilatieproces of welke dissimilatieprocessen wordt NAD⁺

gebruikt door de bacteriën?

alleen voor glycolyse

alleen voor melkzuurgisting

alleen voor citroenzuurcyclus

voor glycolyse en melkzuurgisting

voor glycolyse en citroenzuurcyclus

voor melkzuurgisting en citroenzuurcyclus

afbeelding 3 Als alternatief voor het uitstrooien van stikstofverbindingen kunnen akkers ook worden bemest door groenbemesting: vlinderbloemige planten met wortelknolletjes (zie afbeelding 3) telen en deze na de groei onderploegen. Over het algemeen wordt aangenomen dat dit een duurzame manier van bemesten is.

153p

Leg uit hoe groenbemesting de opbrengst van akkers kan verhogen.

161p

Waarom wordt groenbemesting over het algemeen als duurzamer

beschouwd dan bemesting door uitstrooien van kunstmest met

stikstofverbindingen?

opgave 3Tasmaanse duivel door kanker met uitsterven bedreigd

Het grootste carnivore buideldier, de Tasmaanse duivel (Sarcophilus

harrisii), dreigt ten onder te gaan aan een besmettelijke vorm van

aangezichtskanker: Devil Facial Tumour Disease (DFTD). Biologen van

verschillende disciplines zoals immunologen, genetici en

natuurbeheerders, verenigd in het ‘Save the Tasmanian Devil’

programma, werken samen om de Tasmaanse duivel voor uitsterven te

behoeden.

In 1996 werden de eerste Tasmaanse duivels met tumoren op de kop (zie afbeelding 1) gesignaleerd. De oorzaak van deze vorm van kanker was toen nog niet bekend. In eerste instantie zocht men naar mogelijke oorzaken in het leefgebied. Later ontdekte men dat de besmetting tot stand komt door onderlinge overdracht van tumorweefsel. De tumoren bevinden zich namelijk afbeelding 1 altijd op de kop, en Tasmaanse duivels, zowel mannetjes als vrouwtjes, bijten elkaar daar regelmatig tijdens gevechten om voedsel en tijdens het paren. Bovendien breken delen van het tumorweefsel gemakkelijk af. Eenmaal besmet met DFTD is het dier binnen een half jaar dood, vaak ten gevolge van verhongering.

Aanvankelijk dacht men dat kankerverwekkende stoffen in het milieu de

oorzaak van DFTD zouden kunnen zijn. Dit werd ingegeven door het feit

dat de Tasmaanse duivel een carnivoor is.

172p

Waarom leek dit aannemelijk, juist omdat de Tasmaanse duivel carnivoor

is?

Alle Tasmaanse duivels met DFTD hebben tumoren in en rond de bek. Bij

nader onderzoek blijken ze vaak ook in de rest van hun lichaam tumoren

te hebben.

182p

− Hoe zijn de tumoren rond de bek van een Tasmaanse duivel ontstaan?

− Beschrijf hoe de tumoren in de rest van het lichaam zijn ontstaan.

Om de theorie te ondersteunen dat DFTD overdraagbaar is, onderzochten

Pearse en Swift de chromosomen van elf Tasmaanse duivels met DFTD.

Zij vergeleken de karyogrammen van gezonde cellen van deze dieren met

die van hun tumorcellen. Als voorbeeld zijn twee karyogrammen uit één

mannetje weergegeven in afbeelding 2.

Een gezonde cel van dit mannetje levert het normale karyogram (a) met

14 chromosomen. Het karyogram van de tumorcel (b), telt in totaal 13

chromosomen.

afbeelding 2

In het tumorgenoom ontbreken chromosomenpaar 2, één van de

chromosomen van chromosomenpaar 6 en beide geslachtschromosomen;

en er zijn vier sterk afwijkende chromosomen (markerchromosomen),

aangegeven met M1 tot en met M4. De karyogrammen van de DFTD-

tumorcellen weken bij alle elf dieren op deze manier af van

karyogrammen van hun normale cellen.

De karyogrammen ondersteunen wel het vermoeden dat de tumoren

ontstaan zijn door besmetting met DFTD tumorweefsel, maar geven

hierover geen zekerheid. Als het karyogram van de tumorcellen meer

informatie had bevat, was met meer zekerheid vast te stellen dat de

kanker besmettelijk is.

192p

Wat ontbreekt in het tumorkaryogram en had bij aanwezigheid meer

zekerheid kunnen geven?

het chromosomenpaar 2

het ontbrekende chromosoom 6

de geslachtschromosomen

de homologe chromosomen van de chromosomen M1, M2, M3 en M4

Bestudering van het DFTD-tumorweefsel wees in de richting van

zenuwweefsel als oorsprong van de tumorcellijn. De eerste tumorcel is

vrijwel zeker ontstaan uit een cel van Schwann. Schwanncellen behoren

tot de gliacellen, cellen die zenuwcellen beschermen en verzorgen.

202p

Welke functie hebben Schwanncellen nog meer?

verhogen van de impulssterkte

verhogen van de prikkeldrempel

versnellen van de impulsgeleiding

versnellen van de impulsoverdracht

Uit beide celtypen (cellen van Schwann en tumorcellen) kan onder andere

mRNA en tRNA geanalyseerd en vergeleken worden.

212p

Wat zal in ieder geval geanalyseerd en vergeleken zijn om vast te stellen

dat DFTD-tumorcellen zijn ontstaan uit Schwanncellen?

alleen het mRNA uit beide celtypen

alleen het tRNA uit beide celtypen

het mRNA én het tRNA uit beide celtypen

het mRNA óf het tRNA uit beide celtypen

Het tumorweefsel dat wordt overgedragen, wordt door de ontvanger niet

afgestoten. Wanneer in een normale situatie lichaamsvreemd weefsel in

het lichaam terechtkomt, treden processen op die leiden tot chronische

afstoting van het weefsel. Na presentatie door een APC wordt door een

bepaald type witte bloedcellen het afstotingsproces in gang gezet.

222p

Welk type witte bloedcellen is dat?

B-lymfocyten

cytotoxische T-cellen

plasmacellen

T-helpercellen

Tasmaanse duivels kwamen vroeger in heel Australië voor. Toen

twaalfduizend jaar geleden de zeespiegel steeg, werd de populatie op

Tasmanië geïsoleerd van die op het Australische vasteland. Op het

vasteland zijn ze nu uitgestorven.

Uit onderzoek is gebleken dat er weinig genetische diversiteit is in de

resterende populatie Tasmaanse duivels.

Factoren die de diversiteit kunnen beïnvloeden zijn:

1 isolatie;

2 mutatie;

3 natuurlijke selectie.

232p

Welke van deze factoren heeft of welke hebben een rol gespeeld bij de

vermindering van de genetische diversiteit in de populatie Tasmaanse

duivels?

alleen 1

alleen 2

alleen 3

1 en 2

1 en 3

2 en 3

Wanneer de populatie Tasmaanse duivels door DFTD zeer klein is

geworden, zou de verspreiding van de ziekte mogelijk kunnen stoppen.

242p

− Waardoor is er weinig kans dat de ziekte vanzelf verdwijnt, voordat de

hele populatie uitgestorven is?

− Beschrijf een uitzonderlijke situatie waarbij zonder ingrijpen van de

mens de ziekte wél eerder zou kunnen verdwijnen dan de Tasmaanse

duivels zelf.

De ziekte DFTD heeft de dieren in het westen van Tasmanië nog niet bereikt. Hamish McCallum, een ecoloog aangesloten bij het ‘Save the Tasmanian Devil’ programma, geeft een aantal opties voor het behoud van de Tasmaanse duivels: 1 alle zieke dieren afmaken; 2 niet-besmette individuen in afgeschermde gebieden isoleren; 3 individuen die immuun zijn, onderling kruisen; 4 een vaccin ontwikkelen.

Een afgeschermd gebied is bijvoorbeeld een dierentuin. Daar zouden de

dieren zolang kunnen leven, met het vooruitzicht ze terug te brengen in de

natuur als de ziekte daar overwonnen is.

252p

Beschrijf twee nadelen van het instandhouden van de Tasmaanse duivel

in dierentuinen, met het doel ze later weer uit te zetten in de natuur.

Gezonde Tasmaanse duivels zouden ook op een van de eilanden voor de

kust van Tasmanië geplaatst kunnen worden.

Dat kan echter ongewenste gevolgen hebben voor het ecosysteem aldaar.

261p

Beschrijf een mogelijk nadelig gevolg voor het ecosysteem.

Even hadden de onderzoekers hoop gekregen toen ‘Cedric’, een in

gevangenschap gehouden Tasmaanse duivel uit het westelijke deel van

Tasmanië, immuun leek te zijn geworden. Cedric was gevaccineerd met

dode tumorcellen en zijn immuunsysteem had daar goed op gereageerd.

Later werd hij ingespoten met levende tumorcellen en leek ook daar geen

last van te hebben. Lang ging het goed, maar uiteindelijk bezweek hij toch

aan DFTD.

272p

Welke vorm van immunisatie werd toegepast bij Cedric?

actieve, kunstmatige immunisatie

actieve, natuurlijke immunisatie

passieve, kunstmatige immunisatie

passieve, natuurlijke immunisatie

Tot op heden zijn er geen resistente individuen gevonden. Zelfs wanneer

ongevoelige individuen bestaan, zijn deze moeilijk te herkennen.

281p

Beschrijf wat het lastig maakt om aan te tonen dat een dier dat er gezond

uitziet resistent is.

opgave 4Hartoortjes leveren nieuwe hartcellen

Bij een hartinfarct worden de beschadigde hartspiercellen over het algemeen niet vervangen door nieuwe hartspiercellen, maar door een ander type cellen. Er ontstaat een litteken en dat leidt tot verlies van hartfunctie.

Uit welk type weefsel bestaat dit litteken vooral? A bindweefsel B dekweefsel C glad spierweefsel D vetweefsel De hartoortjes lijken niet alleen overbodig, maar er ontstaan ook gemakkelijk bloedstolsels in. De hartoortjes worden soms weggeknipt om de kans op stolsels te verkleinen wanneer een patiënt een open- hartoperatie ondergaat. Het hart wordt dan tijdens de operatie tijdelijk stilgelegd en het bloed wordt vanuit een holle ader of de rechterboezem via de hartlongmachine omgeleid naar de aorta.

Waardoor is het risico op bloedstolsels verhoogd tijdens een open- hartoperatie waarbij de hartlongmachine wordt gebruikt?

Als bij een patiënt een bloedstolsel ontstaat in één van de twee hartoortjes en dit stolsel losraakt, loopt deze patiënt het risico op een hersenbeschadiging.

In welk hartoortje is het stolsel dan ontstaan? Welk orgaan loopt door dit stolsel ook een risico op beschadiging? stolsel ontstaat in risico op beschadiging van A linker hartoortje hart B linker hartoortje linkerlong C linker hartoortje beide longen D rechter hartoortje hart E rechter hartoortje rechterlong F rechter hartoortje beide longen Om een suspensie van cellen te verkrijgen werd collagenase gebruikt, een peptidase dat cellen losmaakt uit het weefsel.

Waardoor kan een willekeurige andere peptidase de cellen ongeschikt maken voor de kweek van nieuwe hartspiercellen?

− Welke reactie treedt op wanneer hartspiercellen in het hart worden blootgesteld aan adrenaline? − Wat is de functie van deze reactie van de hartspiercellen voor het lichaam?

Uit de hartoortjes kunnen naast stamcellen ook gespecialiseerde hartspiercellen worden geïsoleerd. Die blijken echter minder geschikt voor het herstellen van de hartspier na beschadiging. Vier mogelijke eigenschappen van cellen zijn: 1 in staat om te delen; 2 in staat om te differentiëren; 3 in staat om ritmisch samen te trekken; 4 in staat om te reageren op elektrische activiteit en op adrenaline.

Welke van deze eigenschappen is of zijn kenmerkend voor de stamcellen, waardoor ze geschikter zijn voor reparatie van de hartspier dan de gespecialiseerde hartspiercellen? A alleen 1 B alleen 1 en 2 C alleen 1, 2 en 3 D alle vier eigenschappen Een belangrijk doel van het onderzoek in Utrecht is het verkrijgen van hartspiercellen die de plaats kunnen innemen van dode of niet meer goed functionerende cellen in het hart van een mens. De gekweekte cellen worden daarvoor rechtstreeks in het beschadigde deel van het hart geïnjecteerd. Deze cellen moeten zich in het resterende hartspierweefsel innestelen, goed aan elkaar en naburige cellen hechten, en langere tijd overleven. Daarnaast is het belangrijk dat tussen deze cellen en naburige hartspiercellen een goede elektrische signaaloverdracht mogelijk is.

Leg uit dat het essentieel is voor het herstel van de hartfunctie − dat de nieuwe cellen goed hechten − en dat er een goede elektrische signaaloverdracht is. Een andere optie om hartspiercellen te kweken is het gebruik van embryonale stamcellen. Aan deze techniek kleven echter nadelen. Het isoleren van stamcellen uit een embryo roept veel discussie op in de samenleving. Verder groeien niet alle embryonale stamcellen uit tot spiercellen, waardoor de opbrengst vaak laag is en het dus ook langer duurt voordat er voldoende cellen zijn verkregen. Het behandelen van een patiënt met hartspiercellen gekweekt uit embryonale stamcellen heeft nog een ander groot nadeel ten opzichte van de behandeling met hartspiercellen gekweekt uit zijn eigen hartoortjes.