Hopp til innhold

Oppgaver og aktiviteter

Forsøk: Utforsk egenskapene til alginat

Havet inneholder organismer som vi kan dra nytte av. I dette forsøket skal du bli kjent med egenskapene til alginat, et polysakkarid som dannes i brunalger, og lære hvordan dette stoffet kan brukes til å undersøke celleånding eller til å lage selvlysende lamper.

En erlendmeyerkolbe som inneholder planktonet Pyrocystis fusiformis. Det er selvlysende og gir en blålig glød. Foto. — Planktonet Pyrocystis fusiformis er en encellet organisme som har en selvlysende effekt i mørket.

Hensikt

Hensikten med dette forsøket er å utforske egenskapene til alginat og få et innblikk i hvordan teknikken kan utnyttes i bioteknologi.

Bakgrunnsteori

Skjematisk tegning av alginat. Illustrasjon. — Alginat: lange kjeder av to monosakkarider (M og G) bundet sammen om kalsiumioner.

Porøs kule med blåfargede gjærceller. Illustrasjon. — Modell av alginatkule med gjærceller. En porøs struktur som er tett nok til å holde fast cellene.

Alginat er et polysakkarid som dannes i brunalger (tang og tare) som vokser langs hele norskekysten. Når algen høstes og alginater ekstraheres, dannes det et hvitt pulver som har en enorm evne til å trekke til seg og holde på vann. Alginatene kan fortykke, stabilisere og danne geleer, og brukes derfor i mange hundre produkter og prosesser, både til næringsmidler, medisiner og industriprodukter.

Alginater kan brukes til å holde fast (immobilisere) levende celler, siden polysakkaridene danner en geléaktig, porøs struktur straks de kommer i kontakt med kalsiumklorid. Dette skjer også ved temperaturer som levende celler tåler.

Et eksempel på bruk av alginat er i behandling av diabetespasienter. Alginat brukes da til å kapsle inn insulinproduserende celler fra en donor og implanteres i bukhulen på pasienten. Dette går veldig bra, siden alginatene ikke vekker immunreaksjoner hos pasienten. For at dette skal fungere, må strukturen være så tett at pasientens antistoffer ikke kommer inn, og porøs nok til at næring og avfall kan passere til og fra de innkapslede cellene.

Alternative mikroorganismer

I dette forsøket skal dere få erfaring med hvordan den porøse strukturen til alginatkuler kan brukes til å binde celler. Dere har derfor ulike alternativer.

Dere kan velge om dere i klassen vil jobbe med gjærceller eller planktonet Pyrocystis fusiformis. Begge er godt egnet til forsøket. Hvis dere bruker Pyrocystis fusiformis, som er bioluminiserende (selvlysende), vil dere kunne lage selvlysende lamper som dere kan ha stående på naturfagssalen.

Utstyr og kjemikalier

0,05 M $C a C l_{2}$ –løsning
5 % sukkerløsning (sukrose eller glukose)
gjær (gjerne fersk) eller planktonet Pyrocystis fusiformis (kan kjøpes hos forhandlere som selger utstyr til naturfagsundervisning)
magnetrører
vekt
byrette
stativ
trakt
3 begerglass
pipette
fargestoff hvis ønskelig (blå dekstran)

Framgangsmåte

Videoforelesning som viser immobilisering av gjærceller i alginat

Video: Kristin Bøhle

Slik gjør du:

Alginat med gjær og fargestoff og kalsiumklorid med alginatkuler.
CC BY-SA
Bilde: Kristin Bøhle
Lag en 1–2 % alginatløsning.
(For at alginatkulene skal bli mer synlige, kan dere bruke fargestoffet blå dekstran, et meget stort molekyl (2 mill. kilodalton) som blir bundet fast i alginatstrukturen, slik at det ikke vaskes ut.)
1. Bruk 0,5–1,0 g alginat i 50 ml destillert vann.
2. Hvis dere tilsetter fargestoff, gjør det at kulene vises bedre, men det er unødvendig for selve prosessen. Bruk mindre enn 0,1 g blå dekstran.
Rør godt. Løsningen kan med fordel stå på magnetrører/ristebord i 12 timer.
Bruk magnetrører til å løse opp gjærceller i løsningen like før du skal gjennomføre forsøket. Bruk ca. 1/2–1 teskje gjær. Du kan bytte ut gjærcellene med planktonet Pyrocystis fusiformis.
Lag en 0,05 M $C a C l_{2}$ -løsning (kalsiumklorid).
Oppskrift
Det finnes to typer kalsiumklorid. Finn ut hvilken type du har, før du velger oppskrift. Utregningen står her hvis du vil vite hvordan man regner seg fram til en bestemt konsentrasjon. Du trenger ikke å lese den.
Ca har molekylvekt 40 u.
$C l_{2}$ har molekylvekt 35,5 x 2.
$C a C l_{2}$ har molekylvekt 111 u.
H2 har molekylvekt 2 x 1u = 2 u.
O har molekylvekt 16 u.
$2 H_{2} O$ har molekylvekt 2x18 u = 36 u.
$C a C l_{2} + 2 H_{2} O$ har molekylvekt 147 u.

147 g $C a C l_{2} + 2 H_{2} O$ i 1 liter vann – 1 M løsning
14,7 g $C a C l_{2} + 2 H_{2} O$ i 1 liter vann – 0,1 M løsning
7,35 g $C a C l_{2} + 2 H_{2} O$ i 1 liter vann – 0,05 M løsning
3,7 g $C a C l_{2} + 2 H_{2} O$ i 0,5 liter vann – 0,05 M løsning
----------------------------------------
Ca har molekylvekt 40 u.
$2 C l^{-}$ har molekylvekt 35,5 x 2.
$C a C l_{2}$ har molekylvekt 111 u.

111 g $C a C l_{2}$ i 1 liter vann – 1 M løsning
11 g $C a C l_{2}$ i 1 liter vann – 0,1 M løsning
5,5 g $C a C l_{2}$ i 1 liter vann – 0,05 M løsning
2,75 g $C a C l_{2}$ i 0,5 liter vann – 0,05 M løsning
Alginat
CC BY-SA
Bilde: Kristin Bøhle
Drypp løsningen med alginat og gjærceller over i et begerglass med $C a C l_{2}$ -løsning.
Overfør alginatkulene via en trakt til en byrette som er festet i et stativ. Det kan være lurt å legge for eksempel et nøste av tynn ståltråd nederst i byretten, slik at alginatkulene ikke får mulighet til å stenge for tappekranen.
Tapp av $C a C l_{2}$ -løsningen.
Hell på sukkerløsning (50 g sukrose eller glukose per liter vann) slik at det blir en jevn strøm av sukkerløsning gjennom alginatkulene der gjærcellene er bundet.
Tapp produktet sakte ut.
Tilleggsøvelse:
Når forsøket er over, kan du helle alginatkulene og sukkerløsningen over i en stor kolbe og la blandingen stå. Hvis du er heldig, begynner alginatkulene å bevege seg i vertikale sirkler. Kan du forklare hvorfor alginatkulene beveger seg?

Spørsmål og resultater

Hva er det som kommer ut? Lukt, smak, farge, grums?
Tolk resultatet, og forklar den kjemiske prosessen som har foregått (bruk også formler).
Drøft flere faktorer i prosessen som kan justeres for å få størst mulig utbytte.
Har du forslag til bruksområder for teknikken?

Relatert innhold

Pyrocystis fusiformis

Nettside hos en.wikipedia.org

CC BY-NC-SASkrevet av Kristin Bøhle og Camilla Øvstebø .

Sist faglig oppdatert 10.12.2020

Læringsressurser

Bioteknologi i praksis