Hopp til innhald

Oppgåver og aktivitetar

Forsøk: Utforsk eigenskapane til alginat

Havet inneheld organismar som vi kan dra nytte av. I dette forsøket skal du bli kjend med eigenskapane til alginat, eit polysakkarid som blir danna i brunalgar, og lære korleis dette stoffet kan brukast til å undersøkje celleanding eller til å lage sjølvlysande lamper.

Ein erlendmeyerkolbe som inneheld planktonet Pyrocystis fusiformis. Det er sjølvlysande og gir ein blåleg glød. Foto. — Planktonet Pyrocystis fusiformis er ein eincella organisme som har ein sjølvlysande effekt i mørket.

Føremål

Føremålet med dette forsøket er å utforske eigenskapane til alginat og få eit innblikk i korleis teknikken kan utnyttast i bioteknologi.

Bakgrunnsteori

Skjematisk teikning av alginat. Illustrasjon. — Alginat: lange kjeder av to monosakkarid (M og G) bundne saman om kalsiumion.

Porøs kule med blåfarga gjærceller. Illustrasjon. — Modell av alginatkule med gjærceller. Ein porøs struktur som er tett nok til å halde fast cellene.

Alginat er eit polysakkarid som blir danna i brunalgar (tang og tare) som veks langs heile norskekysten. Når algen blir hausta og alginat blir ekstrahert, blir det danna eit kvitt pulver som har ei enorm evne til å trekkje til seg og halde på vatn. Alginata kan fortjukke, stabilisere og danne gelear, og blir derfor brukte i mange hundre produkt og prosessar, både til næringsmiddel, medisinar og industriprodukt.

Alginat kan brukast til å halde fast (immobilisere) levande celler, sidan polysakkarida dannar ein geléaktig, porøs struktur straks dei kjem i kontakt med kalsiumklorid. Dette skjer òg ved temperaturar som levande celler toler.

Eit døme på bruk av alginat er i behandling av diabetespasientar. Alginat blir då brukt til å kapsle inn insulinproduserande celler frå ein donor og implantert i bukhola på pasienten. Dette går veldig bra, sidan alginata ikkje vekkjer immunreaksjonar hos pasienten. For at dette skal fungere, må strukturen vere så tett at antistoffa til pasienten ikkje kjem inn, og porøs nok til at næring og avfall kan passere til og frå dei innkapsla cellene.

Alternative mikroorganismar

I dette forsøket skal de få erfaring med korleis den porøse strukturen til alginatkuler kan brukast til å binde celler. De har derfor ulike alternativ.

De kan velje om de i klassen vil jobbe med gjærceller eller planktonet Pyrocystis fusiformis. Begge er godt eigna til forsøket. Viss de bruker Pyrocystis fusiformis, som er bioluminiserande (sjølvlysande), vil de kunne lage sjølvlysande lamper som de kan ha ståande på naturfagssalen.

Utstyr og kjemikaliar

0,05 M $C a C l_{2}$ –løysning
5 % sukkerløysning (sukrose eller glukose)
gjær (gjerne fersk) eller planktonet Pyrocystis fusiformis (kan kjøpast hos forhandlarar som sel utstyr til naturfagundervisning)
magnetrørar
vekt
byrette
stativ
trakt
3 begerglas
pipette
fargestoff viss ønskjeleg (blå dekstran)

Framgangsmåte

Videoførelesing som viser immobilisering av gjærceller i alginat

Video: Kristin Bøhle

Slik gjer du:

Alginat med gjær og fargestoff og kalsiumklorid med alginatkuler.
CC BY-SA
Bilete: Kristin Bøhle
Lag ei 1–2 % alginatløysning.
(For at alginatkulene skal bli meir synlege, kan de bruke fargestoffet blå dekstran, eit særs stort molekyl (2 mill. kilodalton) som blir bunde fast i alginatstrukturen, slik at det ikkje blir vaska ut.)
1. Bruk 0,5–1,0 g alginat i 50 ml destillert vatn.
2. Viss de tilset fargestoff, gjer det at kulene blir meir synlege, men det er ikkje naudsynt for sjølve prosessen. Bruk mindre enn 0,1 g blå dekstran.
Rør godt. Løysninga kan med fordel stå på magnetrørar/ristebord i 12 timar.
Bruk magnetrørar til å løyse opp gjærceller i løysninga like før du skal gjennomføre forsøket. Bruk ca. 1/2–1 teskei gjær. Du kan byte ut gjærcellene med planktonet Pyrocystis fusiformis.
Lag ei 0,05 M $C a C l_{2}$ -løysning (kalsiumklorid).
Oppskrift
Det finst to typar kalsiumklorid. Finn ut kva type du har, før du vel oppskrift. Utrekninga står her viss du vil vite korleis ein reknar seg fram til ein bestemt konsentrasjon. Du treng ikkje å lese ho.
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 vatn – 1 M løysning
14,7 g $C a C l_{2} + 2 H_{2} O$ i 1 liter vatn – 0,1 M løysning
7,35 g $C a C l_{2} + 2 H_{2} O$ i 1 liter vatn – 0,05 M løysning
3,7 g $C a C l_{2} + 2 H_{2} O$ i 0,5 liter vatn – 0,05 M løysning
----------------------------------------
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 vatn – 1 M løysning
11 g $C a C l_{2}$ i 1 liter vatn – 0,1 M løysning
5,5 g $C a C l_{2}$ i 1 liter vatn – 0,05 M løysning
2,75 g $C a C l_{2}$ i 0,5 liter vatn – 0,05 M løysning
Alginat
CC BY-SA
Bilete: Kristin Bøhle
Dryp løysninga med alginat og gjærceller over i eit begerglas med $C a C l_{2}$ -løysning.
Overfør alginatkulene via ei trakt til ein byrette som er festa i eit stativ. Det kan vere lurt å leggje til dømes eit nøste av tynn ståltråd nedst i byretten, slik at alginatkulene ikkje får moglegheit til å stengje for tappekrana.
Tapp av $C a C l_{2}$ -løysninga.
Hell på sukkerløysning (50 g sukrose eller glukose per liter vatn) slik at det blir ein jamn straum av sukkerløysning gjennom alginatkulene der gjærcellene er bundne.
Tapp produktet sakte ut.
Tilleggsøving:
Når forsøket er over, kan du helle alginatkulene og sukkerløysninga over i ein stor kolbe og late blandinga stå. Viss du er heldig, begynner alginatkulene å gå i vertikale sirklar. Kan du forklare kvifor alginatkulene beveger seg?

Spørsmål og resultat

Kva er det som kjem ut? Lukt, smak, farge, grums?
Tolk resultatet, og forklar den kjemiske prosessen som har gått føre seg (bruk òg formlar).
Drøft fleire faktorar i prosessen som kan justerast for å få størst mogleg utbytte.
Har du forslag til bruksområde for teknikken?

Relatert innhald

Pyrocystis fusiformis

Nettside hos en.wikipedia.org

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

Sist fagleg oppdatert 10.12.2020

Læringsressursar

Bioteknologi i praksis