opgave 1Koraalverbleking


De Nederlandse onderzoekers De Goeij en Van Oevelen veronderstelden dat bepaalde sponzen, die in holten tussen het koraal leven, een sleutelrol spelen in de hoge totale productiviteit van het koraalrif- ecosysteem. Deze sponzen zouden de ‘mucus’ (slijm met opgeloste organische stoffen) die koraaldiertjes afgeven, opnemen en gebruiken voor de bouw van nieuwe sponscellen; oudere sponscellen worden afgestoten en vervolgens als detritus weer opgenomen door detritivoren (afvaleters).


De versnelde groei van de zoöxanthellen houdt geen stand. Langdurige stijging van de watertemperatuur leidt uiteindelijk tot verbleking (‘bleaching’) van het koraal: de zoöxanthellen verdwijnen, waardoor het witte kalkskelet van de koraaldiertjes zichtbaar wordt. Er is onderzocht welke processen op cellulair niveau leiden tot bleaching. Een hogere watertemperatuur beschadigt enzymen die betrokken zijn bij de fotosynthese. Zo is op het thylakoïdmembraan de elektronen- transportketen verstoord, waardoor verschillende schadelijke zuurstofverbindingen ontstaan.

opgave 2Antivrieseiwitten

De Amerikaanse onderzoeker Arthur afbeelding 1 DeVries ontdekte dat poolvissen aanpassingen hebben dat ze bevriezen in het water. In afbeelding 1 is antarctisch baarsje omringd ijskristallen weergegeven. IJsvorming in het bloedplasma kan leiden tot osmotische problemen voor de bloedcellen, omdat ijskristallen veel minder zout bevatten dan vloeibaar water.


IJskristallen in de bloedsomloop blijven klein dankzij antivrieseiwitten. De kristalletjes accumuleren in de milt van de vis, waardoor schade aan de haarvaten beperkt wordt. In afbeelding 2 is de afbeelding 2 enkelvoudige bloedsomloop van een vis vereenvoudigd weergegeven. IJskristallen in het bloed ontstaan vooral in de haarvaten van het darmkanaal. Vier bloedvaten van de vis zijn: 1 haarvaten van de kieuwen 2 leverslagader 3 miltslagader 4 poortader

Welke van deze bloedvaten passeert een ijskristal achtereenvolgens op de kortste route van de darmhaarvaten tot de milt? Noteer die nummers in de juiste volgorde. Een ijskristal ontstaat meestal uit een zoutdeeltje en een paar watermoleculen. Het ijskristal groeit daarna doordat er steeds meer watermoleculen aan vasthechten. Antivrieseiwitten binden vermoedelijk aan de ijskristallen door de vorming van waterstofbruggen en verhinderen vervolgens de groei van het ijskristal. De mogelijke werking van antivrieseiwitten is schematisch weergegeven in afbeelding 3. afbeelding 3 De werking van het antivrieseiwit in afbeelding 3 kan worden verklaard door de moleculaire eigenschappen van dit eiwit.


Een klein deel van de coderende streng van het AFGP-gen met daarin het stopcodon is weergegeven in afbeelding 4. Daaronder is het homologe (overeenkomstige) deel van het trypsinogeen-gen afgebeeld. afbeelding 4 AFGP-gen: 5’ -….GGTGACACTGGCAGCCCTCTGGTGT….- 3’ trypsinogeen-gen: 5’ -….GGTGACTCCGGCAGCCCTCTGGTGT….- 3’



Komt AFGP na synthese terecht in het ER of in het grondplasma? En welk organel verzorgt het versturen van de blaasjes met AFGP naar de celmembraan? AFGP komt terecht in organel dat verstuurt A grondplasma golgi-systeem B grondplasma lysosoom C ER golgi-systeem D ER lysosoom Zowel trypsinogeen als AFGP komt in het darmkanaal van de Antarctische vissen terecht. Trypsinogeen wordt in het darmkanaal omgezet in trypsine.

opgave 3Baby met drie ouders


opgave 4Het C4-rijstproject

Rijst is het basisvoedsel voor meer dan de helft van de wereldbevolking. Vanwege de groei van de wereldbevolking zou de rijstopbrengst tot 2050 met meer dan 50 procent moeten stijgen. In het C4-rijstproject probeert een internationaal samenwerkingsverband van wetenschappers een hogere opbrengst te realiseren door van de C3-rijstplant een C4-rijstplant te maken. Door veredeling is de opbrengst van de commerciële rijstrassen veel hoger dan die van de oorspronkelijke wilde rijst.


Rijst is, net als de meeste planten, een C3-plant. Dat houdt in dat bij de fotosynthese na de CO 2 -fixatie er een tussenproduct (PGA) ontstaat dat uit drie koolstof-atomen (C3) bestaat. Het rendement van dit proces wordt beperkt doordat het daarbij betrokken enzym rubisco niet alleen bindt aan CO 2 , maar ook aan O 2 . Naarmate de relatieve concentratie van zuurstof stijgt, neemt de affiniteit van rubisco voor zuurstof toe en wordt, behalve PGA (glycerinezuur-3-fosfaat), ook PG (glycolzuur-2-fosfaat) gevormd. In een proces dat fotorespiratie wordt genoemd, wordt hieruit weer PGA gevormd, dat in de Calvin-cyclus verwerkt kan worden. In afbeelding 1 worden de Calvin-cyclus en de fotorespiratie schematisch weergegeven. afbeelding 1 Rijst wordt vooral verbouwd in de tropen. Bij een hoge omgevingstemperatuur sluiten de huidmondjes en neemt in het blad de fotorespiratie toe, waardoor het rendement van de fotosynthese in de plant kan halveren.


Het verband tussen de netto CO 2 -opname van een C3-plant en de temperatuur bij twee verschillende CO 2 -concentraties is weergegeven in afbeelding 2. afbeelding 2 Over deze gegevens worden de volgende beweringen gedaan: 1 Bij 30 ºC is een CO 2 -concentratie van 330 ppm beperkend voor de fotosynthese. 2 Tussen de 30 en 35 ºC raken enzymen bij een CO 2 -concentratie van 330 ppm minder snel beschadigd dan bij 1000 ppm CO 2 . 3 Bij 30 ºC is de zuurstofafgifte van bladcellen bij 1000 ppm CO 2 hoger dan bij 330 ppm CO 2 .


In de loop van de evolutie is bij enkele groepen planten een mechanisme ontstaan om het optreden van fotorespiratie te vermijden door opgenomen CO 2 vast te leggen in een C4-verbinding. Belangrijke C4- voedselgewassen zijn maïs en suikerriet. In C4-planten wordt fosfo-enolpyruvaat-decarboxylase (PEPC) gebruikt voor de fixatie van CO 2 . PEPC werkt sneller dan rubisco en heeft geen affiniteit voor zuurstof. Bij C4-planten zijn twee celtypen betrokken bij de fotosynthese: parenchymcellen en bundelschedecellen. In afbeelding 3 zijn processen van de fotosynthese in bladcellen van een C4-plant schematisch weergegeven. afbeelding 3 De indeling van C3- en C4-planten is gebaseerd op de eerste stabiele verbindingen die door fixatie van CO 2 uit de lucht gevormd worden.


Ook de bouw van de bladeren van C4-planten is aangepast. In C3-planten bevinden de chloroplasten zich nagenoeg alleen in parenchymcellen, maar in C4-planten bevatten ook de bundelschedecellen veel chloroplasten (afbeelding 4). Bundelschedecellen liggen rond de vaatbundels en de parenchymcellen liggen daar bij een C4-plant weer als een krans omheen. De buitenlaag van de bundelschede bevat kurkstof om diffusie van CO 2 te voorkomen. afbeelding 4 De chloroplasten in de bundelschedecellen bevatten geen fotosysteem II in de thylakoïden.


De anatomische veranderingen in het stappenplan betreffen vooral de bouw van het blad. De onderzoekers maakten talrijke rijstmutanten en selecteerden daaruit de meest veelbelovende planten om de gunstige eigenschappen door gericht kruisen te stapelen. Verschillen in het bladweefsel van de verschillende rijstmutanten waren: 1 meer of minder vaatbundels per bladoppervlak 2 meer of minder bundelschedecellen om de vaatbundels 3 meer of minder chloroplasten in bundelschedecellen

Noteer de nummers 1, 2 en 3 onder elkaar op je antwoordblad en schrijf erachter of de mutanten met meer of met minder van de betreffende eigenschap interessant zijn om verder te kweken voor het C4-project. De biochemische veranderingen in het stappenplan (afbeelding 5) hebben vooral betrekking op enzymen. Gebleken is dat veel enzymen van de C4- fotosynthese wel vóórkomen in C3-planten, maar op andere plaatsen. Het onderzoek richt zich daarom op regulatie van de genexpressie. Enkele factoren die genexpressie reguleren zijn: 1 aanwezigheid van activators 2 methylering van het DNA 3 RNA-interferentie

Noteer het nummer van de factor die genexpressie beïnvloedt of de nummers van de factoren die genexpressie beïnvloeden op transcriptieniveau. De onderzoekers zijn ervan overtuigd dat het ombouwen van C3- naar C4-rijst zal lukken vóór 2040. Zij noemen als voordeel dat de teelt van C4- rijst ecologisch duurzamer is dan de teelt van C3-rijst omdat het leidt tot een efficiënter gebruik van land, stikstof (mest) en water. Eigenschappen van C4-rijst vergeleken met C3-rijst zijn: 1 De fotosynthesesnelheid blijft langer toenemen bij toenemende lichtintensiteit. 2 Er is minder rubisco nodig. 3 Bij deels gesloten huidmondjes is er meer diffusie van CO 2 .

Aan welk van de verbeteringen in efficiëntie dragen deze eigenschappen elk in de eerste plaats bij? eigenschap 1 eigenschap 2 A landgebruik stikstofgebruik B landgebruik watergebruik C stikstofgebruik landgebruik D stikstofgebruik watergebruik E watergebruik landgebruik F watergebruik stikstofgebruik
opgave 5Gemodificeerde zweepwormen tegen de ziekte van Crohn

De ziekte van Crohn is een chronische ontstekingsziekte van de darm. Erfelijkheid en omgevingsfactoren beïnvloeden de kans dat iemand de ziekte krijgt. Ook het darmbioom – het totaal aan micro-organismen in de darm – lijkt een rol te spelen. De ontstekingen ontstaan door sterke afweerreacties in het spijsverteringskanaal. Door de ontstekingen beschadigt het darmepitheel.


Het afweersysteem in de darmen wijkt af van dat in het interne milieu, omdat niet alle bacteriën er bestreden worden: de mutualisten en commensalen in het microbioom worden getolereerd. Hierbij lijkt de productie van de ontstekingsremmende mediator IL-10 een cruciale rol te spelen. IL-10 wordt afgegeven door macrofagen in de darmwand en stuurt de differentiatie van geactiveerde T-helpercellen in een bepaalde richting.


Maikel Peppelenbosch stelt een alternatieve strategie voor, met gemodificeerde zweepwormen van de soort Trichuris suis. Deze soort komt in varkensdarmen voor, maar kan ook enkele maanden in het darmkanaal van de mens overleven. Peppelenbosch wil zweepwormen met DNA-technieken voorzien van het menselijke IL-10-gen en daarna inbrengen in het darmkanaal van patiënten met de ziekte van Crohn. De afgifte van IL-10 door deze zweepwormen zou een gunstig effect moeten hebben op de patiënten met de ziekte van Crohn.
Bij dit examen hoort geen uitwerkbijlage.
12p

22p

32p

42p
B
52p

61p
C
71p

82p

92p

102p
B
112p

122p

132p

142p
C
152p

162p

172p
C
182p

192p
C
201p

212p

222p

232p

242p

252p
B
262p

272p

281p

292p
A
303p

311p

322p

331p
B
343p

352p
D
361p
