Opgave 2 Hoop op middel tegen grijs worden
Lees onderstaand artikel “Hoop op middel tegen grijs worden” uit het Algemeen Dagblad van 6 maart 2009.
De van oudsher bekende blekende werking van waterstofperoxide wordt meestal verklaard met redoxreacties waarbij de oxidator waterstofperoxide reageert met pigmentkleurstoffen zoals melanine die het haar kleur geven.
2p a. Geef de halfreactie van waterstofperoxide als oxidator in zuur milieu.
Volgens de onderzoekers van de universiteit van Mainz wordt het
grijs worden van haar niét veroorzaakt door de reactie van waterstofperoxide
met kleurstoffen zoals melanine.
Uit hun onderzoek blijkt dat het grijs worden te maken heeft met het wel of
niet plaatsvinden van drie andere reacties:
1. de vorming van melanine uit tyrosine
2. het ontstaan van waterstofperoxide bij de stofwisseling
3. de afbraak van waterstofperoxide
2p b. Is het onderzoek van de Duitse wetenschappers een voorbeeld van zuiver wetenschappelijk onderzoek of van toegepast wetenschappelijk onderzoek? Licht je antwoord toe.
In deze opgave wordt eerst aandacht besteed aan de drie genoemde reacties. Daarna ga je op zoek naar een middel tegen vergrijzing.
De drie reacties
Reactie 1 De vorming van
melanine uit tyrosine
2p c. Geef op basis van de structuurformule in BINAS-tabel 67C1 de molecuulformule van tyrosine.
2p d. Leg uit dat je op basis van de structuurformule moet verwachten dat tyrosine goed oplosbaar is in water.
2p e. Hoe weet je dat melamine niét goed oplosbaar is in water?
2p f. Geef de naam van de katalysator die ervoor zorgt dat de vorming van melanine uit tyrosine inderdaad verloopt.
Reactie 2 Het ontstaan van
waterstofperoxide bij de stofwisseling
Onder stofwisselingsreacties worden verstaan de verbrandingsreacties van koolhydraten, vetten en eiwitten, die in lichaamscellen plaatsvinden.
Bij deze verbrandingsreacties ontstaan koolstofdioxide en water.
2p g. Leg uit hoe je weet dat deze verbrandingsreacties exotherme reacties zijn.
Als er geen volledige verbranding plaatsvindt kunnen ook andere stoffen dan koolstofdioxide en water ontstaan, bijvoorbeeld waterstofperoxide.
Zo kan er bij de verbranding van het koolhydraat sacharose behalve koolstofdioxide en water per mol sacharose één mol waterstofperoxide ontstaan.
4p h. Beschrijf déze verbranding van sacharose met een reactievergelijking.
Reactie 3 De afbraak van
waterstofperoxide
De afbraak van waterstofperoxide is een ontledingsreactie waarbij water en zuurstof ontstaan. Je hebt deze reactie in module 4 zelf laten plaatvinden m.b.v. de katalysator bruinsteen.
2p i. Beschrijf deze afbraak van waterstofperoxide met een reactievergelijking.
2p j. Geef de officiële naam en de formule van (het belangrijkste bestanddeel van) bruinsteen.
In bron 2 van het bronnenboekje bij deze toets staat de chemische veiligheidskaart van bruinsteen afgebeeld.
4p k. Leg aan de hand van een of meer gegevens van de veiligheidskaart uit of bruinsteen een metaal, een zout of een moleculaire stof is.
2p l. Met welke modeldeeltjes wordt bruinsteen op microniveau voorgesteld?
2p m. Uit welk van de op de veiligheidskaart vermelde R- en S-nummers kun je afleiden dat je bruinsteen beter niet kunt inademen?
Als MAC-waarde voor bruinsteen is in 2003 0,5 mg/m3 voorgesteld.
2p n. Geef uit BINAS-tabel 97 naam en formule van een stof die wat betreft MAC-waarde als giftiger dan bruinsteen moet worden beschouwd.
Een middel tegen vergrijzing
De Duitse onderzoekers hebben ontdekt hoe de drie reacties met elkaar samenhangen. Deze samenhang, die in bovenstaand artikel is beschreven, staat in de tekening op de volgende bladzijde nog eens schematisch weergegeven (de nummers in de tekening zijn niét de nummers van de reacties die hierboven aan de orde zijn geweest).
4p o. Leg aan de hand van de reacties 1, 2 en 3 uit waarom (vooral) oudere mensen grijs worden en jongere mensen (meestal) niet.
Op grond van hun ontdekking hoopt men een middel tegen vergrijzing te kunnen maken.
6p p. Bedenk op basis van bovengenoemde samenhang twee mogelijke
acties/middelen die je zou kunnen toepassen/toedienen om vergrijzing te
voorkomen.
Leg bij elke actie/middel uit waarom je denkt dat het tegen vergrijzing zal
werken.
2p q. Leg uit of bovenstaande tekening er een is op macro-, meso- of microniveau.
Je ziet meteen dat er een model getekend is maar van modellen hebben we in de natuurwetenschappen twee soorten:
type 1: visualisering van een concept
type 2: vereenvoudigde weergave van de werkelijkheid.
2p r. Leg uit met welk van deze twee typen we in dit geval te maken hebben.
Bron
2
International
Chemical Safety Cards
|
International Chemical Safety Cards
|
||||||||||||
|
|
Voorbeeldantwoorden
Opgave 2 Hoop op middel tegen grijs worden
2p a. H2O2 + 2 H+ + 2e à 2 H2O
2p b. Toegepast, want het heeft een toepassing die door sommigen als nuttig wordt beschouwd, nl. het voorkomen van grijs worden van haar.
2p c. C9H11O3N1
2p d. In de structuurformule zijn (twee) O-H-bindingen en (een) N-H-bindig (dus kunnen er waterstofbruggen met water(moleculen) gevormd worden).
2p e. Als melanine goed oplosbaar zou zijn zou je de kleurstof uit je haar extraheren als je je haar wast (extractie) en dat gebeurt niet.
2p f. (zie artikel) tyrosinase (dat is een enzym = biokatalysator)
2p g. Deze reacties vinden in lichaamscellen plaats om energie (aan het lichaam) te leveren, dus exotherm.
4p h. 2 C12H22O11
+ 25 O2 à 24 CO2 + 20 H2O + 2 H2O2
2p i. 2 H2O2 à 2 H2O + O2
2p j. mangaan(IV)oxide MnO2
4p k. Bruinsteen is geen metaal (maar een combinatie van een
metaalelement en een niet-metaalelement).
Het smeltpunt (ontleedpunt) is 553 °C = 826 K, dat is tamelijk hoog, dus
mangaan(IV)oxide is een zout.
2p l. Dus (zie k) wordt bruinsteen op microniveau voorgesteld met (een combinatie van) positieve (Mn2+-)ionen en negatieve (O2--)ionen.
2p m. R20: schadelijk bij inademing en/of S22: stof niet inademen
2p n. bijv. kwik Hg 0,05 mg/m3, zilvernitraat AgNO3 0,01 mg/m3, …
4p o. Bij jong en oud vindt reactie 2 plaats waarbij o.a.
waterstofperoxide ontstaat.
Bij jong wordt het waterstofperoxide wel afgebroken (reactie 3), bij oud niet.
Bij oud is er dus waterstofperoxide dat reageert met het enzym tyrosinase
waardoor reactie 1 niét kan plaatsvinden (en daarbij ontstaat juist de
kleurstof melanine).
Bij jong ontstaat er dus wél melanine via reactie 1.
6p p. actie 1: tyrosinase toedienen zodat reactie 1 toch plaatsvindt
en er dus kleurstof ontstaat.
actie 2: een katalysator (bijvoorbeeld bruisnteen)
voor de ontleding van waterstofperoxide toedienen, zodat reactie 3 plaatsvindt
waarbij waterstofperoxide verdwijnt en er dus tyrosinase aanwezig blijft
waardoor bij reactie 1 kleurstof ontstaat.
2p q. Mesoniveau: het is een vereenvoudigde weergave van de werkelijkheid zoals je die door een microscoop zou kunnen zien.
2p r. Vereenvoudigde (want bijv. groter dan in het echt) weergave van de werkelijkheid (want je zou dit zo in principe door een microscoop kunnen zien).