Antibiotica
Inleiding
Je hebt vast wel eens een antibioticakuur gehad.
Hoe werkt antibiotica? Bestaan er verschillende antibiotica? Hoe maak je een antibioticum?
In deze module ga je op zoek naar antwoorden op deze vragen. Je bestudeert informatie. Je doet proefjes met bacteriën. Je leert hoe penicillinemoleculen ervoor zorgen dat bacteriën doodgaan. Je maakt zelf een antibioticum. En je doet onderzoek dat nog niet eerder gedaan is!
Wat ga je doen?
Wat ga je doen?
Jullie gaan:
- Engage: een film kijken over antibiotica.
- Explore: bekijken welk effect antibiotica heeft op de groei van bacteriën.
- Explain: leren over antibiotica, aminozuren en enzymen en zelf een antibioticum maken.
- Elaborate: zelf een enzym opsporen.
- Evaluate: evalueren wat je geleerd hebt.
In de tabel staat hoeveel lessen je hier ongeveer mee bezig bent.
| Activiteit |
|
Max. aantal lessen |
| Engage |
Activiteit 1 |
1 |
| Explore |
Activiteit 2 |
1 |
| |
Activiteit 3 |
1 |
| Explain |
Activiteit 4 |
1 |
| |
Activiteit 5 |
1 |
| |
Activiteit 6 |
1 |
| |
Activiteit 7 |
1 |
| Elaborate |
Activiteit 8 |
2 |
| Evaluate |
Activiteit 9 |
1 |
| |
Totaal aantal lessen: |
10 |
Werkboek
Het werkboek maak je individueel.
Aan het eind, lever je het werkboek in bij de docent.
Je hoort van de docent hoe je erop beoordeeld wordt.
Download het werkboek
Engage
Activiteit 1
01 - individueel
Bekijk het volgende filmpje:
Het klokhuis - Peniciline
Vat het filmpje samen in ongeveer 300 woorden.
Je mag illustraties gebruiken. Vergelijk deze samenvatting met je buur.
Bespreek overeenkomsten en verschillen. Doe deze opdracht weer in je (digitale) schrift.
02 - individueel
Maak in je werkboek een begrippenweb waarin je zoveel mogelijk begrippen opneemt die met antibiotica te maken hebben.
Vergelijk je begrippenweb met je buur.
Vul daarna je begrippenweb aan in een andere kleur.
Explore
Activiteit 2
In het Klokhuis filmpje heb je gezien dat antibiotica bacteriën doodt.
Dat is maar goed ook, want overal om ons heen zijn bacteriën.
Veel bacteriën zijn nuttig voor ons. Ze zetten bijvoorbeeld melk om in yoghurt of kwark. Dat doen ze door suikers om te zetten in melkzuur. Ditzelfde melkzuur kan ook gebruikt worden om biologisch afbreekbare plastics te maken, zoals polymelkzuur. Sommige bacteriën zijn voor ons zelfs van levensbelang. Ze regelen voor een belangrijk deel onze spijsvertering. In jouw lichaam zit maar liefst 1 kg bacteriën!
Bacteriën kunnen echter ook heel schadelijk zijn. In je mond zorgen melkzuurbacteriën voor tandbederf. Bacteriën kunnen hele vervelende ziektes veroorzaken zoals lepra, tuberculose en longontsteking. Ze zijn de belangrijkste oorzaak van wondinfecties. Daarom is het essentieel dat we ze kunnen bestrijden.
In het volgende practicum onderzoek je de invloed van antibiotica op bacteriën.
Aan de slag 1: Effect antibiotica op bacteriegroei - teamopdracht
In dit practicum onderzoeken jullie de invloed van antibiotica op bacteriën.
Benodigdheden:
- petrischalen met gesteriliseerde Agar-Agar.
- viltstift
- öse; dat is een klein metalen oogje waarmee je makkelijk vloeistoffen op de voedingsbodem kunt aanbrengen.
- antibiotica-oplossing
- verschillende soorten water zoals zwembadwater, slootwater en kraanwater
Let op:
Er bestaan nuttige bacteriën en schadelijke bacteriën. Veilig werken is dus heel belangrijk. Zorg ervoor dat je jezelf niet besmet. Eten en drinken zijn bij dit practicum beslist niet toegestaan!
Het practicum bestaat uit vijf stappen.
Ga nu naar de volgende pagina.
Activiteit 2 - Werkwijze
Werkwijze
Stap 1:
Zet met een vilstift aan de onderkant van de petrischaal een kruis. Er ontstaan zo vier vakjes die je nummert van 1 t/m 4. Zet vervolgens een kruis op de tweede petrischaal en nummer de vakjes daar van 5 t/m 8.
Stap 2:
Zet de brander aan. Open de petrischaal naast de brander. Zorg dat de Agar-Agar plaat niet boven de brander komt. De warme luchtstroom voorkomt besmetting vanuit de lucht.
Stap 3:
Gloei een öse uit.
Met de öse breng je in vakje 1 slootwater aan, in vakje 2 zwembadwater, in vakje 3 kraanwater en in vakje 4 een vloeistof naar keuze. Denk eraan dat je iedere keer de öse steriliseert voordat je een volgende vloeistof aangbrengt. Werk steeds vanuit het centrum van de plaat naar de buitenrand.
Stap 4:
Maak de tweede petrischaal – met de nummers 5 t/m 8 - op dezelfde wijze klaar. Leg daarna in het midden een klein, rond filtreerpapiertje dat gedrenkt was in een antibioticaoplossing.
Stap 5:
Zet de petrischalen gedurende 24 uur weg in een stoof met een temperatuur van 37 ºC.
Activiteit 2 - Opdracht 03
03 - individueel
Gebruik bij het maken van deze opdracht de kennis die je bij het practicum hebt opgedaan. Beantwoord deze vragen in het werkblad.
- Wat verwacht je te zien in de acht verschillende vakjes? Waarom? Maak een schets van het resultaat dat je verwacht. Deze afbeelding staat ook onder aan de pagina.
- Waarom werk je met de öse van binnen naar buiten?
- Waarom werk je bij bacteriegroei-experimenten vaak bij een temperatuur van 37ºC?
Een Agar-Agar plaat wordt besmet met één bacterie. De bacterie deelt zich elke twee uur.
- Hoeveel bacteriën zijn er dan na 24 uur?
- Geef ook een wiskundige uitdrukking. Noem het aantal begin bacteriën b, de tijd in uren t; de verdubbelingstijd d, de groeifactor g en het uiteindelijke aantal bacteriën a.
- Welk antibioticum hebben jullie gebruikt?
Activiteit 3
Aan de slag 2: Literatuuronderzoek naar antibiotica - teamopdracht
Je gaat op zoek naar informatie over antibiotica. Deze informatie verwerk je en deel je. Je mag zelf weten hoe. Dit mag bijvoorbeeld m.b.v. een website, blog, powerpoint, prezi of filmpje. Dit is een groepsopdracht.
Geef antwoord op de volgende vragen:
- Hoe is antibiotica ontdekt?
- Hoe wordt antibiotica tegenwoordig gemaakt?
- Wat zijn voor- en nadelen van antibiotica?
- Wat zijn ontwikkelingen in de toekomst?
Bronnen:
Begin met de volgende bronnen en google dan verder naar informatie.
Publiceer en deel
Verwerk de informatie. Publiceer deze online. Deel met je klasgenoten en reageer op minimaal twee bijdragen van je klasgenoten.
Explain
Activiteit 4
Aan de slag 3: Literatuuronderzoek naar antibiotica - teamopdracht
Antibiotica remmen de groei van bacteriën. Maar hoe werkt dat nu precies?
Hoe dit precies werkt, is best ingewikkeld. In de volgende informatie is het stap voor stap uitgelegd. Lees deze informatie nauwkeurig.
Word document: Antibiotica uitgelegd.
Verwerk de informatie in een aantal powerpoint slides. In de powerpoint leg je in maximaal vijf dia’s zo duidelijk mogelijk uit hoe antibiotica werken. Maak zoveel mogelijk gebruik van illustraties. Of kun je een filmpje maken? Dit is een groepsopdracht.
Op de laatste dia geef je in maximaal twee zinnen antwoord op de vraag hoe antibiotica werken.
Publiceer je powerpoint presentatie online en deel deze.
Reageer op minimaal twee powerpoints van je klasgenoten.
Activiteit 4 - Opdracht 04
Er bestaan veel verschillende antibiotica. Voorbeelden zijn Amoxiciline, Cloxaciline en Tetracycline. De structuurformules staan hieronder. Bekijk de structuurformules nauwkeurig. 
04 - individueel
Welk antibioticum of welke antibiotica zullen net zoals penicilline reageren met het bacteriële enzym dat de celwand verstevigt? Leg uit.
Activiteit 5
Antibiotica maken een enzym onbruikbaar dat een belangrijke rol speelt bij het maken van celwanden van bacteriën.
Deze celwanden, en ook het enzym zelf, bestaan uit eiwitten. En eiwitten bestaan weer uit aminozuren.
In deze activiteit ga je meer leren over aminozuren, en hoe deze aan elkaar gekoppeld worden tot eiwitten.
Maak opgaven 05 t/m 010 in het werkboek bij deze activiteit. Deze opgaven kun je hier nogmaals downloaden, als je je werkblad niet bij de hand hebt.
Activiteit 6
Antibiotica wordt op grote schaal gemaakt door bedrijven als DSM.
Je gaat leren hoe DSM dat doet en vervolgens met je groep zelf antibiotica maken.
Niet alle antibiotica zijn bruikbaar in de mens. Sommige zijn te giftig. Het lichaam breekt andere antibiotica weer te snel af. Wetenschappers proberen antibiotica zo veilig en effectief mogelijk te maken.
Het meest bekende antibioticum is penicilline, of ook wel penicilline G. Penicilline heeft nadelen. Het is redelijk goed oplosbaar in water en kan dus makkelijk uitgescheiden worden door de nieren. Als penicilline in de maag terechtkomt dan gaat het kapot door maagsap. Dat proces heet hydrolyse. Bacteriën raken behoorlijk snel resistent tegen penicilline.
Amoxicilline is ook een antibioticum maar is minder goed oplosbaar in water en is beter bestand tegen het zure milieu in de maag. Groot voordeel van amoxicilline is dan ook dat het als drankje of tablet ingenomen kan worden. Geen wonder dat maar liefst zeven van de tien antibioticakuren van amoxicilline zijn!
Activiteit 6 - Opdracht 011 en 012
DSM maakt antibiotica door penicilline G om te zetten in amoxicilline:
Dat gaat in twee stappen.
Klik op de eerste pijl om uitleg te krijgen over stap 1.
Klik op de tweede pijl om uitleg te krijgen over stap 2.
Penicilline G Meerdere reactiestappen Amoxicilline
 |
--------------------------------->
|
|
 |
Stap 1:
Penicilline G wordt met behulp van een speciaal enzym omgezet in twee kleinere moleculen. Deze stoffen hebben de afkortingen: 6-APA en PAA.
Vroeger deed DSM de omzetting van penicilline G naar 6-APA via een organische synthese. Tegenwoordig via een enzymatisch proces. DSM is daarmee uniek in de wereld. Grote voordeel van het enzymatische proces is het rendement. Vrijwel alle penicilline G wordt door het enzym omgezet in 6-APA.
Een hoger rendement betekent dat er minder afvalstoffen zijn. Dat scheelt in de productiekosten en het ontziet het milieu. Het enzymatische proces levert DSM dus een concurrentievoordeel op. De enzymen die DSM gebruikt zijn gemaakt door genetisch gemodificeerde micro-organismen.
Stap 2:
6-APA wordt met behulp van een ander enzym omgezet in amoxicilline.
DSM doet deze tweede stap wereldwijd voor 20% via een organische synthese. De andere 80 % gaan via een enzymatisch proces. Zo kunnen ze beide processen steeds goed vergelijken. Het enzymatische proces levert ook in de tweede stap een hoger rendement dan de organische synthese. Dit proces heeft dus de toekomst.
Maak de volgende vragen in het werkblad.
011 - individueel
- Bekijk de structuren van penicilline G en amoxicilline. Omcirkel de verschillen.
- In de structuur van penicilline G zijn lang niet alle koolstof- en waterstofatomen getekend. Teken de volledige structuurformule van penicilline G.
012 - individueel
Nu gaan we de twee stappen, die nodig zijn voor het maken van amoxicilline uit penicilline G, verder bekijken.
Bekijk eerst stap 1 nog eens uit de popup op de vorige pagina.
- Bij de enzymatische omzetting van penicilline G is nog één ander molecuul nodig om PAA en 6-APA te maken. Welk molecuul is dat? Legt uit.
Bekijk nu stap 2 uit de popup op de vorige pagina.
- Bij de omzetting van 6-APA in amoxicilline is nog een ander molecuul nodig. Geef de structuurformule van het molecuul dat met 6-APA reageert tot amoxicilline. DSM gebruikt voor dit molecuul de afkorting HPGM.
- Waarom zal DSM de organische synthetische route voor amoxicilline (nog) niet helemaal afgeschaft hebben?
Activiteit 6 - Aan de slag 4
Aan de slag 4: Amoxicilline uit HPGM en 6-APA - teamopdracht
Je gaat nu zelf met je groep amoxicilline maken uit HPGM en 6-APA. Net zoals DSM dat doet. Je maakt van deze proef een filmpje van maximaal twee minuten.
In de film ga je in op:
- het doel van de proef
- hoe je de proef gaat doen
- het uitvoeren van de proef
- de resultaten
- de conclusie
Upload het filmpje op youtube. Reageer op minimaal twee films van klasgenoten.
Deze proef bestaat uit twee delen
Deel 1 - Maken van amoxicilline
Benodigdheden
- Afsluitbare reageerbuis van ca. 50 mL
- 0,74 gram 6-APA
- 0,69 gram HPGM
- Demi water
- Enzymoplossing
Werkwijze
- Zorg voor een blanco. Je voert de proef twee keer uit. Eén keer mét enzymoplossing en één keer zonder.
- Weeg nauwkeurig 0,74 g 6-APA en 0,69 g HPGM af en breng ze samen in een reageerbuis. (Voor een lesuur van 50 minuten raden we aan om het afwegen een les van tevoren te doen.)
- Voeg 20 mL demi water toe en suspendeer de twee stoffen door ca. 1 minuut goed te schudden. Het geheel wordt troebel en wit.
- Voeg nu 4 mL enzymoplossing toe.
- Houd je hand om de reageerbuis (om licht te verwarmen) en schud regelmatig tot je de oplossing helder ziet worden. Dit duurt 5-15 minuten. Je weet nu dat de reactie gaande is.
- Blijf daarna verder schudden tot de inhoud van de reageerbuis melkachtig wit wordt. Dit duurt 10-20 minuten.
Tip: zodra de inhoud van je buis troebel is geworden kun je met een pipetje 1 mL van de inhoud bij klasgenoten in de buis spuiten. Daarmee versnel je de troebeling.
De witte stof die nu is ontstaan is amoxicilline
Deel 2 - Testen of er amoxicilline gemaakt is
Bedenk zelf een voorschrift van hoe je kan testen
of je een succesvol penicilline hebt gemaakt.
Een tip: denk aan het practicum waarmee je in activiteit 2
het effect bekeek van antibiotica op bacteriegroei.
Voer je voorschrift uit.
Je maakt van deze proef een filmpje van maximaal twee minuten.
Beantwoord nu de vragen van je werkblad, deze staan ook op de volgende pagina.
Activiteit 6 - Opdracht 013 en 014
013 - individueel
- Geef de volledige structuurformule van 6-APA (ook alle C- en H-atomen tekenen).
- De structuurformule van HPGM is:
Dit is een ester. Welk alcohol (naam geven) splitst zich af bij hydrolyse?
- Geef de molecuulformule van HPGM en bereken de molecuulmassa.
- Bij de reactie van 6-APA en HPGM ontstaat naast amoxicilline nog een stof. Geef de structuurformule van deze stof.
014 - individueel
6-APA en HPGM reageren in de molverhouding 1 :1.
- Bereken het aantal mol HPGM dat door jullie is gebruikt.
- Bereken hoeveel mol 6-APA jullie hebben gebruikt. De Mw van 6-APA is 216,3.
- Er is een (kleine) overmaat van één van beide stoffen. Welke?
- Welke rol speelt het vierkantje in de structuur van amoxicilline bij de blokkering van een enzym?
Activiteit 7
In deze module ben je al verschillende enzymen tegengekomen. Enzymen die nodig zijn om celwanden te maken. Enzymen die antibiotica kunnen maken.
Je hebt geleerd over aminozuren. Aminozuren zijn de bouwstenen van het leven.
Enzymen, dat zijn de werkpaarden van het leven.
Bekijk het volgende filmpje:
Enzymen
Aan de slag 5: Literatuuronderzoek naar enzymen - teamopdracht
De informatie van activiteit 3 ga je aanvullen met een deel over enzymen. Net als je toen gedaan hebt, ga je ook nu weer zelf informatie opzoeken en verwerken.
Ga in op de volgende begrippen:
- biokatalysator
- specificiteit
- pH-optimum
- temperatuur-optimum
Bronnen
Wikipedia: Enzym
De werking van enzymen
De optimale werking van enzymen
Publiceer en deel
Verwerk de informatie. Publiceer deze online.
Deel met je klasgenoten en reageer op minimaal twee bijdragen van je klasgenoten.
Elaborate
Activiteit 8
Aan de slag 6: Eigen enzymen - teamopdracht
Enzymen zijn de werkpaarden van het leven. Enzymen kunnen cruciaal zijn bij de industriële productie van bijvoorbeeld antibiotica.
Nu is het erg ingewikkeld om een enzym te vinden, dat antibiotica maakt.
Grote bedrijven zoals DSM zijn daar druk naar op zoek.
We maken het ons wat makkelijker, en gaan op zoek naar een fosfatase.
Je gaat met je groep op zoek naar het enzym fosfatase. Je doorloopt de volgende stappen:
Stap 1 - Bron bepalen
De bron van het enzym fosfatase mogen jullie zelf bepalen. Er is één belangrijke voorwaarde: de bron moet wel veilig zijn. Alles wat wij als voedsel gebruiken kun je als veilig beschouwen. Let wel op de houdbaarheidsdatum. Fruit en groenten kunnen dus een bron voor fosfatase zijn. Dat betekent ook dat de micro-organismen (bacteriën, schimmels en gisten) afvallen.
Gebruik al je creativiteit om een geschikte bron van fosfatase te vinden. Denk daarbij aan de volgende zaken:
- Beschikbaarheid van de bron
- Prijs van de bron
- Houdbaarheid van de bron
- Kun je het enzym makkelijk uit de bron halen? En: bevat de bron veel van het enzym?
- Jullie kunnen natuurlijk meerdere bronnen proberen, maar dat gaat wel veel tijd kosten. Het maakt de kans op succes wel groter.
(Tip: ook Engelstalige sites bevatten veel nuttige informatie. Denk eraan dat de f klank in het engels vaak geschreven wordt als ph. Fosfatase spel je dan als phosphatase) Loop je vast vraag dan je docent om de link van een artikel met informatie.
Stap 2 - Enzym uit de bron halen
Hoe halen jullie het enzym uit jullie bron(nen)? Houd rekening met:
- Enzymen zijn kwetsbaar. Bewaar ze dus het liefst zo kort mogelijk. Elke dag dat je langer wacht gaat een deel van de activiteit verloren.
- Enzymen kunnen slecht tegen temperatuur en een afwijkende zuurgraad. Bewaar het enzym dus gekoeld.
- Enzymen werken normaal gesproken in de cel van een levend wezen. Dat betekent dus dat ze meestal in oplossing werken. Een ‘sap’ is dus meestal een goede bron van enzymen. Moet je nog vocht toevoegen om een ‘sap’ te maken of bevat de bron zelf al genoeg vocht?
- Welke gereedschappen heb je nodig om een ‘sap’ van je bron te maken?
Stap 3 - Testreactie
Het molecuul van de testreactie heet dinatrium-p-nitrofenylfosfaat.
Bij de testreactie verandert de kleurloze oplossing in een knalgele oplossing. De geelkleuring kun je met het blote oog zien.
Benodigdheden
- Acetaatbuffer pH 5,0
- Carbonaatbuffer pH 10,0
- natriumacetaattrihydraat
- ijsazijn (zuiver azijnzuur)
- demi-water
- dinatrium-p-nitrofenylfosfaat
- natriumcarbonaatdecahydraat
- natriumwaterstofcarbonaat
- pH indicatorpapier
- waterbad (37ºC)
- maatkolf 1L, 100 mL en 200 mL
- voldoende reageerbuizen en erlenmeyers/bekerglazen
- pipet waarmee 0,5 tot 2,5 mL (of 5 mL) is af te meten
Werkwijze
- Zet het waterbad op 37ºC en laat het op temperatuur komen.
- Maak een standaardoplossing van het dinatrium-p-nitrofenylfosfaat. (Weeg op een nauwkeurige balans 73 mg dinatrium-p-nitrofenylfosfaat af, breng dit over in een maatkolf van 100 mL en vul de maatkolf aan tot 100 mL met demi-water.) De oplossing zou kleurloos moeten zijn!
- Maak een algemene blanco door in een reageerbuis 5 mL standaardoplossing met 2 mL acetaatbuffer te mengen.
- Maak je enzymoplossing(en) door per bron in een reageerbuis 5 mL standaardopl. met 2 mL van je enzym ‘sap’ te mengen.
- Voorzie je reageerbuizen van een sticker of geef met een viltstift duidelijk aan wat er in zit.
- Zet de reageerbuizen in het waterbad van 37ºC. Start de tijdwaarneming (stopwatch).
- Zet kleine erlenmeyers (of bekerglaasjes) klaar met 20 mL carbonaatbuffer.
- Neem na 15 minuten per reageerbuis een monster van 0,5 mL en voeg dat toe aan een erlenmeyer met carbonaat. Als er fosfataseactiviteit is geweest dan is het monster geel geworden.
- Vergelijk de ‘sap’ monsters met de blanco’s.
Neem de bovenstaande stappen nauwkeurig door. Beschrijf vervolgens met je groep hoe je dit onderzoek aan gaat pakken. Na goedkeuring van je docent mag je het uitvoeren. Succes!
Evaluate
015 - individueel
Kijk nog één keer terug naar het begrippenweb van activiteit 1.
Wil je er nog iets aan toevoegen?
Gebruik hiervoor een nieuwe kleur.
Maak nu de oefentoets. Die kun je hier downloaden.
Succes!
