'Stonewashed' dankzij enzymen!
Katoen bestaat uit cellulose, dat op een bepaalde manier is vertakt.
De kleurstof hecht aan die vertakkingen. Een combinatie van bepaalde cellulases (geïsoleerd uit een schimmel en gebruikt onder gecontroleerde omstandigheden) breekt de vertakkingen net zo ver af, dat de kleurstof vrij komt, zonder beschadiging van de stof. Wist je dat ook de blauwe kleurstof in je spijkerbroek gemaakt is door een (genetisch veranderde) bacterie?
Je leeft dankzij de activiteit van enzymen in je lichaam: elk van de duizenden scheikundige reacties in je cellen wordt gekatalyseerd door één specifiek enzym. Zonder enzymen zouden al deze reacties zo traag verlopen dat leven niet mogelijk zou zijn. Dat is niet alleen zo in jouw lichaam. Alle organismen functioneren dankzij enzymen.
Wij maken op allerlei manieren gebruik van enzymen uit organismen.
Een paar voorbeelden:
Bij de productie van brood, wijn, bier, zuivelproducten, vruchtensappen maken enzymen uit micro-organismen (bacteriën en schimmels) het product aantrekkelijker of beter houdbaar.
Enzymen uit bacteriën worden toegevoegd aan wasmiddelen (vandaar de naam van het eerste biologische wasmiddel: biotex). Ze zorgen ervoor dat we kleren bij steeds lagere temperaturen kunnen wassen.
In lensvloeistof breken enzymen (o.a. eiwitsplitsende enzymen uit papaja) de vuilresten af.
Stonewashed spijkerbroeken krijgen hun uiterlijk niet meer dankzij stenen en (milieu-belastende) zuren, maar dankzij cellulase, een enzym dat cellulose afbreekt.
We gebruiken niet alleen de enzymen uit micro-organismen.
Biotechnologen kunnen micro-organismen zo aanpassen, dat ze precies die producten maken die wij nodig hebben. Bacteriën en schimmels worden zo kleine chemische fabriekjes!
Bekijk: education-portal.com
(tip: gaat het wat te snel? Lees dan nog even de tekst onder de video)
In deze module verken je de mogelijkheden van biotechnologen om (delen van) organismen in te zetten om allerlei processen op het gebied van gezondheid en milieu te verbeteren. Je bestudeert daarbij de productie en werking van enzymen. Aan het eind van de module ben je in staat een mening te geven over de toepassingen van de moderne biotechnologie.
Wat ga ik leren?
Je kunt:
beschrijven hoe enzymen reacties katalyseren;
beschrijven hoe temperatuur en pH die processen beïnvloeden;
voorbeelden noemen van processen in het dagelijks leven waarbij enzymen een rol spelen;
een experiment opzetten en uitvoeren waarbij je de activiteit van enzymen onderzoekt;
beschrijven hoe in de klassieke en moderne biotechnologie gebruik gemaakt wordt van het de stofwisseling van (micro-) organismen;
een mening vormen over het gebruik van klassieke en moderne biotechnologie.
Wat ga ik doen?
Aan de slag
Stap
Inhoud
Stap 1
Je bestudeert de werking van enzymen.
Stap 2
Je ontdekt welke stof het enzym katalase afbreekt. Ook voer je een practicum uit.
Stap 3
Bij de productie van voedingsmiddelen zijn allerlei enzymen betrokken. Je bekijkt een aantal voorbeelden.
Stap 4
Om micro-organismen producten te laten maken die consumenten graag willen hebben, grijpen biotechnologen in allerlei routes van de stofwisseling in. Dit is modificatie.
Stap 5
Welke verschillende manieren zijn er om huisdierrassen en landbouwgewassen te verbeteren?
Stap 6
Het werkterrein van de biotechnologie wordt steeds uitgebreider. Zo is er naast klassieke biotechnologie ook moderne biotechnologie. Je bestudeert een website over deze onderwerpen.
Stap 7
Wat zijn de voordelen en risico's van moderne biotechnologie? Dat is een eeuwig punt van discussie. Ook in deze stap bekijken we voor- en nadelen.
Stap 8
In deze stap verzamel je argumenten voor en tegen biotechnologie.
Afronding
Onderdeel
Kennisbank
Alle Kennisbankitems uit deze module.
Eindopdracht
Je formuleert een aantal stellingen waarna je antwoorden van de klas verzamelt en hier een conclusie uit trekt.
D-toets
Je test je kennis over deze module met behulp van een d-toets.
Terugkijken
Terugkijken op de opdracht.
Tijd
Voor deze opdracht heb je 7 SLU nodig.
Aan de slag
Stap 1: Enzymen
Enzymen: de werkpaarden van de cel
Herhaal de volgende twee Kennisbanken:
Werking van enzymen
Bekijk de volgende video over enzymen. Let daarbij op de volgende punten:
In 1.15 wordt gezegd: "het gen stuurt een boodschapper molecuul naar het enzym". In 1.59 zegt de presentator: "bijen, spinnen en slangen voegen agressieve enzymen toe aan hun speeksel." Verbeter deze uitspraken! Bespreek je antwoorden na het kijken in de klas.
Enzymen worden in de video de werkpaarden van ons leven genoemd. Bespreek in de klas hoe de makers tot deze uitspraak komen.
Enzymen in actie
Bestudeer uit de Kennisbank de volgende pagina:
Te warm?
Bekijk de animatievideo: Proteinstructure - www.sumanasinc.com
Formuleer in maximaal 4 zinnen waardoor veel enzymen niet goed werken bij een hoge temperatuur.
Tips: Welke bindingen spelen hierbij een rol?
Bedenk wat de invloed zal zijn van een verandering in temperatuur op deze bindingen.
Bekijk eventueel nog eens. Jullie formuleringen worden klassikaal besproken.
Voorbeeld van een enzym: Katalase
Er is nog een ander enzym in de lever betrokken bij de afbraak van alcohol
(zie stap 1), namelijk het enzym katalase.
In alle cellen waarin zuurstof gebruikt wordt, kunnen door de opname van elektronen vrije zuurstofradicalen ontstaan.
Vrije zuurstofradicalen zijn schadelijk voor de cel.
Iedere cel beschikt dan ook over een enzymsysteem om deze radicalen onschadelijk te maken.
Hierbij ontstaat waterstofperoxide dat vervolgens door het enzym katalase wordt omgezet in water en zuurstofgas.
2 H2O2 → 2 H2O + O2
Katalase speelt ook een rol bij de afbraak van gifstoffen, zoals alcohol (ethanol).
Practicum Katalase
In dit practicum ga je de werking van katalase bestuderen onder verschillende omstandigheden.
Download hiervoor het werkblad Katalase.
Bespreek met de docent of TOA welke experimenten je gaat uitvoeren, hoeveel tijd je ervoor krijgt en wat je moet inleveren. Zij zullen je dan ook de beoordelingseisen vertellen.
Oefenen
Beantwoord nu de vragen in de volgende oefening:
De onderstaande antwoorden moet je zelf nakijken; vergelijk jouw antwoorden met de goede
antwoorden, en geef aan in welke mate jouw antwoorden correct zijn.
Levensmiddelentechnologie
Bij de productie van voedingsmiddelen zijn allerlei enzymen betrokken.
Een paar voorbeelden:
Je kunt melk laten stremmen (= samenklonteren) door een enzym toe te voegen. Daarna kun je van de vaste massa kaas maken.
Vruchtensappen zijn troebel door de aanwezigheid van resten van celwanden. Met enzymen kun je deze afbreken, waardoor het sap aantrekkelijker wordt voor consumenten.
Vlees kan malser worden gemaakt door enzymen toe te voegen. Hoe dat werkt zie je in de volgende video:
Er zijn ook nieuwe ontwikkelingen. Biotechnologen zijn er bijvoorbeeld in geslaagd melk te maken waarin de lactose eerst door enzymen is afgebroken. Dat is prettig voor mensen die de lactose uit melk niet kunnen verteren.
Daarbij is het natuurlijk belangrijk zeker te weten dat de gebruikte enzymen veilig zijn voor de consument.
Levensmiddelentechnologie studeren
Zoek uit aan welke hogescholen je levensmiddelentechnologie kunt studeren.
Hoe ziet het studieprogramma eruit? Zoek enkele vacatures voor een levensmiddelentechnoloog en zoek uit wat het werkterrein is. Bespreek in tweetallen welke eigenschappen en interesses je moet hebben om dit beroep te kiezen.
In de praktijk
Voer in overleg met je docent in tweetallen één van de opdrachten A of B uit.
Opdracht C kan eventueel klassikaal worden uitgevoerd.
Opdracht AGelatinepudding
Als levensmiddelentechnoloog is het belangrijk te weten welke enzymen er in de verschillende grondstoffen zitten en hoe ze werken. Je bestudeert een voorbeeld in het practicum gelatinepudding. Download het werkblad gelatinepudding en voer het practicum uit. Maak met je docent afspraken over groepsindeling, en over het inleveren van de resultaten.
Opdracht B Bereiding van appelsap
Bij de bereiding van vruchtensappen wordt gebruik gemaakt van pectinases.
Hoe maak je optimaal gebruik van deze enzymen?
Download het werkblad Pectinase en voer dit experiment uit.
Opdracht CMaak zelf mozzarella
Zelf kaas maken is niet moeilijk. Maar om te voorkomen dat ongewenste bacteriën de overhand krijgen, moet je superschoon werken! Was je handen goed (en gebruik eventueel handschoenen) en zorg dat alle gebruikte apparatuur schoon is (ook handdoeken en keukendoekjes).
Bekijk de video. Beantwoord na het kijken de volgende vraag:
Wat is de functie van het stremsel en het citroensap.
Maak in overleg met je docent zelf deze (of een andere) kaas.
Stap 4: Modificatie
Biotechnologie en genetische modificatie
We gebruiken niet alleen de enzymen die micro-organismen voor hun stofwisseling gebruiken, maar ook de producten van die stofwisseling.
Denk maar aan melkzuur (in yoghurt of karnmelk) of alcohol (in brood, bier en wijn).
Om micro-organismen producten te laten maken die consumenten graag willen hebben, grijpen biotechnologen in allerlei routes van de stofwisseling in. Zo kunnen micro-organismen o.a. medicijnen produceren (o.a. antibiotica, kinkhoestvaccin), voedselkleurstoffen (botergeel), aroma’s (perzikaroma), vitamines, bio-ethanol, bio-plastics.
Van plant tot ...
Bekijk twee voorbeelden van industriële biotechnologie.
Bespreek na het kijken de volgende vragen in de klas:
Hoe wil men voorkomen dat De PEF fles concurreert met de voedselmarkt?
De makers van beide films stellen dat industriële biotechnologie minder belastend is voor het milieu dan vroegere productie methoden. Is dat juist? Waarop baseren ze dat?
Zijn er risico’s verbonden aan industriële biotechnologie? Zo ja welke?
Hoe moeten industrie en overheid volgens jou omgaan met die risico’s?
Bacteriën veranderen
Bekijk in de klas het filmpje introduction to biotechnology en bespreek daarna de volgende vragen met een klasgenoot.
In het filmpje wordt gezegd dat bacteriën iets leren.
Wat vind je van dit woordgebruik?
Beschrijf in woorden of in een tekening wat er in het filmpje wordt uitgelegd.
Hoe kunnen biotechnologen organismen veranderen?
Werk in drietallen.
Bestudeer hier Moleculaire genetica - www.bioplek.org op welke manier biotechnologen bacteriën, planten en dieren kunnen veranderen.
Ieder bestudeert één van de drie besproken groepen.
Maak een schematische tekening van de gebruikte technieken.
Wissel daarna je informatie uit.
Stap 5: Veredeling
Veredeling: Kruisen en selecteren Herhaling
In de module Herman en Klaziena 13 en in de module Tom en At aten tomaten uit het thema Erfelijkheid heb je kennis gemaakt met de verschillende manieren die er zijn om huisdierrassen en landbouwgewassen te verbeteren.
Herhaal:
van Herman en Klaziena 13, de introductie
van uit Tom en At aten tomaten, de stappen 6 en 7.
Vat samen wat je geleerd hebt over de verschillende manieren om plantenrassen en huisdierrassen te verbeteren. Noteer ook de voor- en nadelen van elke methode.
Lees daarna Kennisbank:
Groen, wit, rood en blauw
Het werkterrein van de biotechnologie wordt steeds uitgebreider.
De klassieke biotechnologie is uitgebreid met kennis uit technologie en erfelijkheidsonderzoek.
De moderne biotechnologie die zo is ontstaan, wordt tegenwoordig ook wel opgedeeld in deelgebieden.
Deze deelgebieden hebben een kleur gekregen: groen, wit, rood en blauw.
Moderne biotechnologie voordelen en risico’s
In deze stap ga je kijken naar de voordelen en de risico’s van moderne biotechnologie. Moderne biotechnologie is niet meer uit de landbouw, levensmiddelenindustrie en gezondheidszorg weg te denken. De ontwikkelingen hierin is afhankelijk van de afwegingen die mensen (wetenschappers en overheid) maken. Op welke manieren kunnen consumenten daarin meebeslissen?
In deze stap voer je een aantal opdrachten uit. Je verzamelt daarbij voorbeelden van moderne biotechnologie en argumenten voor en tegen.
Maak aantekeningen om te gebruiken in de klassikale discussie in stap 8.
Mag alles wat kan?
Bespreek in de klas voor welke doeleinden jullie het genetisch veranderen van dieren eventueel toelaatbaar vinden. Welke voorwaarden zou je daaraan willen stellen? Of vind je het onder geen enkele voorwaarde toelaatbaar? Met welke argumenten?
Noteer jouw argumenten, zodat je ze eventueel kunt gebruiken in stap 8 of de eindopdracht.
Kijk voor je je eigen mening vormt eerst de volgende video:
Manipuleren is een keuze
Werk in tweetallen.
Ga naar www.natuurinformatie.nl .
Kies in overleg met je docent één van de onderwerpen.
Verdiep je in de technieken, de voordelen, de risico’s en de alternatieven.
Zorg dat je het onderwerp zo goed beheerst dat je de gegevens in een discussie kunt gebruiken.
Maak aantekeningen zodat je ze eventueel kunt gebruiken in stap 8 of de eindopdracht.
Stap 8: Nog meer biotechnologie
Argumenten verzamelen
Werk in drietallen.
Bekijk elk één van de drie filmpjes en lees één van de drie krantenartikelen.
Wissel daarna de informatie uit in de groep. Maak samen een overzicht van:
Voorlichting
Om een standpunt in te kunnen nemen, is het belangrijk dat je over goede informatie beschikt.
Of informatie betrouwbaar is, is soms lastig te beoordelen.
Kijk maar eens naar deze video, beantwoord na het kijken met een klasgenoot volgende vragen:
Waaraan dankt het plantje zijn naam?
Wat is jullie conclusie over de betrouwbaarheid van video's?
Vergelijk het resultaat met dit filmpje:
Zuiver discussiëren
Werk in tweetallen
Bij elk dilemma is het belangrijk dat er zuiver gediscussieerd wordt. Vals spelen komt, bewust of onbewust, veel voor. Je hebt ongetwijfeld bij het vak Nederlands aandacht besteed aan het onderdeel argumenteren. Herhaal wat je geleerd hebt of bekijk hierde onderdelen van argumentatie. Bedenk samen een aantal drogredenen die je bij het onderwerp biotechnologie zou kunnen tegenkomen.
Afronding Is de banaan de pisang?!
Als afronding van het thema bespreek je in de klas de volgende situatie.
Voor de bevolking van Afrika en Azië is de banaan een belangrijk bestanddeel van de dagelijkse voeding.
Ook worden veel bananen geëxporteerd, wat bananenteelt tot een belangrijke bron van inkomsten maakt voor veel landen.
Meer dan de helft van de bananen op de wereldmarkt is van de soort ‘Cavendish’. Deze soort is geselecteerd op extra veel vruchtvlees. De plant vormt geen zaden meer, en kan zich dus niet geslachtelijk voortplanten.
Daarom worden bananen gekweekt door te stekken. Elke nieuwe aangeplante bananenplant is dus een kloon van de ouderplant, waardoor alle bananen exact dezelfde genen hebben.
De bananenteelt wordt ernstig bedreigd door ziekten veroorzaakt door schimmels en bacteriën.
Dat zou op korte termijn zelfs de hele bananenteelt kunnen uitroeien.
Niet verwonderlijk dat biotechnologen proberen de banaan ongevoelig (resistent) te maken tegen deze ziekten.
De genen daarvoor properen ze te isoleren uit de wilde bananenplant.
In de volgende twee video's zie je meer informatie over het genetisch manipuleren van bananen. Kijk de video's voor je de vragen in de klas gaat bespreken.
Bespreek de volgende vragen in de klas:
Hoe groot zijn de risico’s van wel of niet ingrijpen in het genoom in het geval van de banaan?
Is dat voor andere gewassen anders? Waardoor wel/niet?
Er zijn twee doelstellingen: resistent maken en voedingswaarde verhogen.
Is voor jou het doel bepalend in het wel of niet toestaan van genetische modificatie?
Zo ja, waarop berust het verschil?
Zou jij GMO bananen eten? Waarom wel/niet?
Wat vind je van genetisch veranderen van een andere commerciële plant, bijvoorbeeld katoen.
Deze plant is belangrijk voor ons, maar wordt niet als voedsel gebruikt.
Wordt jouw afweging over genetisch ingrijpen in planten dan anders?
Hoe sta je tegenover het genetisch veranderen van dieren?
Geef argumenten voor je mening.
Zijn er voor jou grenzen rond het genetisch veranderen van organismen?
Zo ja, waardoor worden die grenzen bepaald? Zo nee, waarom niet?
Leid uit de discussie in de klas een aantal stellingen af.
Formuleer de stellingen zo helder mogelijk.
Verzamel de antwoorden op deze stellingen klassikaal bijvoorbeeld via Socrative.
Welke conclusie kun je trekken uit de verzamelde antwoorden?
Beoordeling
Je docent beoordeelt jouw stellingen, antwoorden én conclusie op de volgende punten:
Je hebt actief deelgenomen aan het beantwoorden van de klassikale vragen.
Je hebt de stellingen op een heldere manier geformuleerd in correct Nederlands.
Je hebt de antwoorden op de stellingen geïnventariseerd en overzichtelijk verwerkt.
Aan de hand van de antwoorden heb je een conclusie getrokken. Deze heb je duidelijk en bondig geformuleerd.
Toets.
De module sluit je af met het maken van een d-toets.
De toets bestaat uit verschillende soorten vragen.
Als je alle vragen beantwoord hebt, zie je je score.
Je krijgt van de vragen die je fout hebt, het goede antwoord te zien.
Klik op knoppen om de toets te starten.
De onderstaande antwoorden moet je zelf nakijken; vergelijk jouw antwoorden met de goede
antwoorden, en geef aan in welke mate jouw antwoorden correct zijn.
Lees de leerdoelen van deze module nog eens door.
Kun je wat je moet kunnen?
Hoe ging het?
Tijd
Ben je ongeveer 7 SLU met deze module bezig geweest.
Heb je in die tijd alle stappen helemaal kunnen doorlopen?
Inhoud
Genetische manipulatie van voedsel is iets wat mensen al heel wat jaren bezighoudt, maar waar je niet elke dag bij stil staat. Was jij je bewust van de genetische manipulatie van sommig voedsel, zoals de banaan? Heeft deze module jouw kijk op dit onderwerp veranderd?
Het arrangement Module: Biotechnologie en enzymen - h45 is gemaakt met
Wikiwijs van
Kennisnet. Wikiwijs is hét onderwijsplatform waar je leermiddelen zoekt,
maakt en deelt.
Dit lesmateriaal is gepubliceerd onder de Creative Commons Naamsvermelding-GelijkDelen 4.0 Internationale licentie. Dit houdt in dat je onder de voorwaarde van naamsvermelding en publicatie onder dezelfde licentie vrij bent om:
het werk te delen - te kopiëren, te verspreiden en door te geven via elk medium of bestandsformaat
het werk te bewerken - te remixen, te veranderen en afgeleide werken te maken
voor alle doeleinden, inclusief commerciële doeleinden.
Van dit lesmateriaal is de volgende aanvullende informatie beschikbaar:
Toelichting
Deze les valt onder de arrangeerbare leerlijn van de Stercollectie voor biologie voor havo leerjaar 4/5. Dit is thema ’Biotechnologie'. Het onderwerp van deze les is: biotechnologie en enzymen.
Je leert:
beschrijven hoe enzymen reacties katalyseren;
beschrijven hoe temperatuur en pH die processen beïnvloeden;
voorbeelden noemen van processen in het dagelijks leven waarbij enzymen een rol spelen;
een experiment opzetten en uitvoeren waarbij je de activiteit van enzymen onderzoekt;
beschrijven hoe in de klassieke en moderne biotechnologie gebruik gemaakt wordt van het de stofwisseling van (micro-) organismen;
een mening vormen over het gebruik van klassieke en moderne biotechnologie.
Leerniveau
HAVO 4;
HAVO 5;
Leerinhoud en doelen
Biologische eenheid;
Biologie;
Levenskenmerk;
Biologische eenheden hebben bepaalde kenmerken en eigenschappen;
Deze les valt onder de arrangeerbare leerlijn van de Stercollectie voor biologie voor havo leerjaar 4/5. Dit is thema ’Biotechnologie'. Het onderwerp van deze les is: biotechnologie en enzymen.
Je leert:
beschrijven hoe enzymen reacties katalyseren;
beschrijven hoe temperatuur en pH die processen beïnvloeden;
voorbeelden noemen van processen in het dagelijks leven waarbij enzymen een rol spelen;
een experiment opzetten en uitvoeren waarbij je de activiteit van enzymen onderzoekt;
beschrijven hoe in de klassieke en moderne biotechnologie gebruik gemaakt wordt van het de stofwisseling van (micro-) organismen;
een mening vormen over het gebruik van klassieke en moderne biotechnologie.
'Stonewashed' dankzij enzymen!
Enzymen: de werkpaarden van de cel
Voorbeeld van een enzym: Katalase
Practicum Katalase
Levensmiddelentechnologie
Biotechnologie en genetische modificatie
Veredeling: Kruisen en selecteren
Groen, wit, rood en blauw
Moderne biotechnologie voordelen en risico’s
Argumenten verzamelen
Afronding
Kan ik wat ik moet kunnen?
