Eximian blogi

Viikotehtävän 2 ratkaisu Magneettikuvauslaite:

a)

Magneettivuo silmukan läpi on: Φ=AB=πr^2=π(d/2)^2 B. (1p)

Magneettivuon tiheyden muutosnopeus on suoraan annettu arvo 20,0 mT/ms=20,0 T/s. (½p)

Indusoitunut lähdejännite saadaan induktiolaista:

e=-ΔΦ/Δt(½p)=Δ(π(d/2)^2 B)/Δt=π(d/2)^2ΔB/Δt=π((0,05 m)/2)^2 (20 T)/(1 s)=0,03926…V≈40 mV 1p)

b)

Silmukassa syntyy lämpöenergiaa Q teholla P=Q/t (½p). Tehonkulutus saadaan Ohmin laista:

P=eI=e^2/R (1p) ja resistanssi resistiivisyydestä: R=ρ l/A=ρ 2πr/A=ρ πd/A (1p).

Lämpöenergia menee kappaleen lämmittämiseen:

Q=cmΔT=cρ_tiheys VΔT=cρ_tiheys AπdΔT (1p). Yhdistetään kaikki lausekkeet:

P=Q/t↔e^2/(ρ πd/A)=(cρ_tiheys AπdΔT)/t

→ΔT=(te^2)/(ρπ^2 d^2 cρ_tiheys ) (½p)=(60 s⋅(0,03926 V)^2)/(16⋅10^(-8) Ωm⋅π^2⋅(0,05 m)^2⋅460 J/kgK⋅7,8⋅10^3kg/m^3 )

=6,528…K≈7 K (1p)

Viikkotehtävä 3 Anandamidin valmistus:

Kannibinoideja saadaan mm. Cannabis sativa –hampusta. Marihuana ja hasis sisältävät ovat aktiivisia fysiologisia huumeaineita, jotka kannibinoideja. Kannibinoideista tunnetuimmalla Δ9-tetrahydrokannabinolilla on lukuisia psykotrooppisia vaikutuksia. Tämän lisäksi tunnetaan kymmeniä muita kasviperäisiä kannabinoideja. Sekä eläinten että ihmisten elimistössä on kasviperäisten aineiden tapaan vaikuttavia endokannabinoideja, kuten anandamiidi (AEA) ja 2-arakidonyyliglyseroli (2-AG). Yhdisteet sitoutuvat elimistössä kannabinoidireseptoreihin, joiden löytyminen on selvittänyt kannabinoidien fysiologisia vaikutuksia ja avannut samalla oven lääkekehitykselle. Rimonabanttia käytetään mm. ylipainon hoidossa. Sitä on tutkittu myös tupakointia vähentävänä valmisteena. Elimistön tuottamat endokannabinoidit säätelevät useita elimistön toimintoja.

Niiden vaikutus on lyhyt ja paikallinen.

Kaakao ja sitä kautta suklaa sisältää anandamidia. Anandamidi on luonnollisesti aivoissamme esiintyvä neurotransmittori eli hermosolujemme välittäjä-aine. Anandamidi on kannabioidi, jolla on keskeinen vaikutus mieliaalaamme ja sitä erittyy aina kun koemme autuutta ja onnellisuutta. Anandamidi on arakidonihapon johdannainen. Anandamidi valmistetaan synteesissä, jossa arakidonihappo reagoi 2-aminoetanolin kanssa. Kun kirjoitan kirjainyhdistelmän THC, luo se monelle assosiaation kannabiksen vaikuttavaan ainesosaan (9-tetrahydrokannabinolia). On kuitenkin pitkään tiedetty, että kemikaali, joka luonnollisesti lukkiutuu kehossamme THC-reseptoriin, on anandamidi. Kun tietyt molekyylit tarttuvat solun pinnalla olevaan reseptoriin, mahdollistuu tiedon välittyminen solukalvon läpi ja tunnemme olevamme ”pilvessä”.

Anandamidi on siis ihmiselimistön endogeeninen kannabioidi eli endokannabioidi, joka on hypnoottista, hallusinogeenista, rauhoittavaa ja unettavaa. Endogeeniset eli sisäsyntyiset kannabinoidit ovat rakenteeltaan eikosanoideja eli arakidonihapon johdoksia. Elimistössä on kahdenlaisia kannabioidireseptoreja, mutta vain aivojen CB1-reseptori liittyy THC:n psykoaktiivisiin vaikutuksiin eli THC matkii elimistön endokannabioideja. THC kiinnittyy kannabinoidireseptoreihin vain keskivahvasti, mutta kuitenkin luonnollista anandamidia hiukan vahvemmin. Endokannabinoidit toimivat hermostoa suojaavasti. Ne ovat osa aivojen palkitsemisjärjestelmää ja vähentävät kipua. Kova urheilu lisää anandamidin tuotantoa, ja liikkumisen aiheuttama euforinen hyvä olo tulee endokannabinoiditason noususta. (lähde: raakasuklaa.com)

a) Mitkä funktionaaliset ryhmät löydät tetrahydrokannabinolista? Ympyröi ja nimeä ne molekyylin rakennekaavasta.

b) Kirjoita reaktioyhtälö anandamidin valmistukselle.

c) Kuinka paljon arakidonihappoa tarvitaan, jotta voidaan valmistaa 0,62 g anandamidia?


Kommentoi juttua

Viikotehtävä 1 Kystinen fibroosi ratkaisu:

a) 

Tehtävänannon perusteella kystinen fibroosi periytyy resessiivisesti autosomissa, koska terveet vanhemmat ovat saaneet sairaan tyttären. (1 p)

Mies on tautialleelin kantaja todennäköisyydellä 2/3. (½ p)

Naisen todennäköisyys olla tautialleelin kantaja saadaan Hardy-Weinbergin laista:

p2 + 2pq + q2 = 1, missä 𝑞=√𝐼=√12500=0,02 (½ p)

tällöin p = q – 1 = 0,98 (½ p)

P(Aa) = 2pq = 1 - p2 - q2 = 0,0392 (1 p)

Todennäköisyys, että kahden kantajan jälkeläinen sairastuu tautiin, on 25 %. (½ p)

Eli todennäköisyys sairaaseen jälkeläiseen on 2/3 * 0,0392 * 0,25 = 0,00653… (½ p) 0,7 % (½ p)

b)

a-kohdan mukaan kenen tahansa riski olla tautialleelin kantaja on 0,0392. (½ p)

Serkusten jälkeläisen riski saada kystinen fibroosi on:

P = 0,03922 * 0,25 + 2pqF (1 p), missä p = 0,98, q = 0,02 ja F = 1/16 (1 p) = 0,00283… (½ p)

-Verrataan a-kohdan pariskunnan riskiä tähän riskiin: 0,00653…0,00283…=2,305… (½ p)

eli ≈ 2,3-kertainen riski (½ p)



Tehtävä 2 Magneettikuvauslaite

Magneettikuvauslaitteessa käytetään voimakasta laitteen keskiakselin suuntaista magneettikenttää, jonka magneettivuon tiheys on 2,30 T. Magneettikentän suuruutta muutetaan pulssimaisesti, jolloin saadaan kuvassa näkymään kehon eri kudokset. Magneettikuvauslaitteeseen menevä kehonmuokkausta harrastava potilas on unohtanut, että kehon sisäiset metalliesineet ovat erittäin vaarallisia magneettikuvauksessa. Hänellä on olkapäässä ihon alainen metallirengas, jonka halkaisija on 5 cm.

a) Kuinka suuri jännite indusoituu metallirenkaaseen, kun tutkimuksen aikana magneettivuon tiheys keskiakselin suunnassa pienenee ja kasvaa tasaisesti 20,0 mT/ms jokaisella 15,0 ms pätkällä? Renkaan taso on kohtisuorassa laitteen keskiakselin kanssa. (Vinkki: induktiolain mukaan e=-ΔΦ/Δt) (3 p)

b) Kuinka paljon metallirengas lämpenee minuutissa, jos oletetaan, että silmukassa tapahtunut tehohäviö muuttuu kokonaan lämpöenergiaksi eikä ehdi merkittävästi siirtymään metallista kehoon? Teräksisen metallirenkaan poikkipinta-ala on 3,5 mm^2, tiheys 7,8⋅10^3 kg/m^3, ominaislämpökapasiteetti 0,46 kJ/kgK ja resistiivisyys 16⋅10^(-8) Ωm. (5 p)

Kommentoi juttua

Lääketieteen viikkotehtävä 1

Julkaistu 2.11.2017 — Kirjoittaja Viikon lääkistehtävä

Olisiko sinusta Lääkikseen?


Eximian julkaisemien valintakoetasoisten viikkotehtävien avulla voit testata osaamisesi. Uusi tehtävä ja edellisen tehtävän ratkaisu julkaistaan Eximian blogissa aina torstaisin. Kokeile mihin taitosi riittävät!

Tehtävä 1: Kystinen fibroosi

Kystinen fibroosi on aineenvaihdunnallinen monielinsairaus, jossa erästä kloridikanavatyyppiä koodaavassa CFTR-geenissä on tapahtunut mutaatio. Yleisin mutaatio kystisen fibroosin tapauksessa on proteiinin 508. aminohappoa, fenyylialaniinia koodaavan nukleotidikolmikon deleetio CFTRgeenissä. Tällöin muodostuva viallinen kloridikanava hajotetaan solussa. Seurauksena on viskoosin liman kertyminen muun muassa hengitysteihin, mikä vaikeuttaa hengittämistä ja lisää vaarallisten hengitystieinfektioiden riskiä. Myös hikoilu ja ruoansulatus häiriintyvät. Kystinen fibroosi on valkoihoisen rodun yleisin perinnöllinen sairaus, jonka insidenssi eli ilmaantuvuus Keski-Euroopassa on 1 tapaus 2500 syntyvää lasta kohti.

Populaatiossa esiintyville geeneille pätee Hardy-Weinbergin periaate, jota on kutsuttu myös geneettisen materiaalin häviämättömyyden laiksi. Sen mukaan tietyn geenin mahdollistengenotyyppien (AA, Aa ja aa) suhteelliset osuudet populaatiosta voidaan laskea kaavasta:

p2+ 2pq + q2 = 1

(AA) (Aa) (aa)

Kaavassa p on normaalin alleelin geenifrekvenssi ja q on mutatoituneen alleelin geenifrekvenssi. Jos populaatiossa oletetaan esiintyvän vain kahta eri alleelia, voidaan merkitä p + q = 1. Resessiivisen taudin tapauksessa genotyyppi aa tarkoittaa sairasta henkilöä eli osuus q2ilmaisee taudin insidenssin. Genotyyppi Aa tarkoittaa tällöin taudin kantajaa eli Hardy-Weinbergin kaavassa termi 2pq on populaation kantajatiheys. Tämä tarkoittaa samalla todennäköisyyttä, jolla satunnaisesti valittu populaation edustaja on taudin kantaja. Käytännössä Hardy-Weinbergin periaate on vain tilastollinen malli, jonka tarkkuutta vähentävät muun muassa kumppaninvalintaperusteet. Yksi esimerkki ovat suvut, joissa serkusavioliitot ovat tavallisia. Sukulaisuuden astetta kuvaa ns. sisäsiittoisuuskerroin F, joka kuvaa todennäköisyyttä, jolla jonkin geenin suhteen homotsygootti jälkeläinen on perinyt tuon geenin vanhempien yhteiseltä esivanhemmalta. Esimerkiksi identtisten kaksosten välinen sisäsiittoisuuskerroin on 100 %, sisarusten välinen kerroin on 25 % jne. Jos halutaan laskea todennäköisyys, jolla sukulaispariskunta saa sairaan lapsen, lisätään normaaliin sairastumisriskiin termi 2pqF, missä F on sisäsiittoisuuskerroin. Mitä kauempi sukulaisuussuhde on, sitä pienemmäksi sisäsiittoisuuskerroin muuttuu ja siten sairastumisriski lähestyy väestön keskiarvoa.

Raskautta suunnitteleva saksalaispariskunta saapuu perinnöllisyysneuvojalle huolenaiheenaan miehen suvussa esiintyvä kystinen fibroosi. Miehen molemmat vanhemmat ovat terveitä, mutta toinen miehen siskoista sairastaa tautia. Naisen lähisuvussa ei ole esiintynyt kystistä fibroosia, mutta pariskuntaa huolettaa tautigeenin mahdollinen kantajuus.

a) Millä todennäköisyydellä pariskunnan jälkeläinen sairastuu kystiseen fibroosiin? (5 p)

b) Kuinka moninkertainen riski pariskunnalla on saada sairas lapsi verrattuna kahteen keskieurooppalaiseen serkukseen, joiden suvussa ei ole esiintynyt kystistä fibroosia? (4 p)


Kommentoi juttua