Biologia - Informator CKE, Poziom rozszerzony (Formuła 2023) - Zadanie 5.
W celu wykazania, że intensywność fermentacji alkoholowej przeprowadzanej przez drożdże piekarnicze zależy od warunków środowiskowych, uczniowie przygotowali trzy różne zestawy doświadczalne (A–C), przedstawione na rysunku poniżej. W skład każdego z nich wchodziła kolba wypełniona zawiesiną drożdży w wodnym roztworze cukru (glukozy), ale inny był sposób zamknięcia naczynia lub kolba pozostała otwarta. Wszystkie trzy zestawy były regularnie wytrząsane i utrzymywane w temperaturze 30°C – optymalnej dla wzrostu drożdży.
5.1. (0–2)
Określ, w którym zestawie (A–C) fermentacja alkoholowa zachodziła z najmniejszą intensywnością, a w którym – z największą. Odpowiedź uzasadnij, odwołując się do warunków panujących w każdym z zestawów.
Fermentacja zachodziła z:
- najmniejszą intensywnością w zestawie , ponieważ
- największą intensywnością w zestawie , ponieważ
5.2. (0–1)
Uzupełnij poniższy schemat reakcji fermentacji alkoholowej – wybierz właściwe związki chemiczne spośród wymienionych poniżej i wpisz je w odpowiednie miejsca.
Rozwiązanie
5.1. (0–2)
Zasady oceniania
2 pkt – za wskazanie w punkcie pierwszym zestawu A i poprawne uzasadnienie, odnoszące
się do warunków tlenowych, oraz wskazanie w punkcie drugim zestawu C i poprawne
uzasadnienie, odnoszące się do warunków beztlenowych oraz do braku ograniczania
reakcji przez kumulację dwutlenku węgla.
1 pkt – za prawidłowe wskazanie zestawu wraz z prawidłowym uzasadnieniem tylko w jednym
z punktów.
0 pkt – za odpowiedź niespełniającą wymagań za 1 pkt albo za brak odpowiedzi.
Przykładowe rozwiązania
1. Fermentacja zachodziła z najmniejszą intensywnością w zestawie A, ponieważ:
- w kolbie panowały warunki tlenowe.
- roztwór w kolbie był dobrze napowietrzony, a więc drożdże oddychały (głównie) tlenowo.
2. Fermentacja zachodziła z największą intensywnością w zestawie C, ponieważ:
- panowały w niej warunki beztlenowe, a powstający dwutlenek węgla mógł się ulatniać.
- nie dochodziło w niej do kumulacji wydzielającego się dwutlenku węgla, który zakwaszałby pożywkę, a jednocześnie nie było dostępu tlenu.
5.2. (0–1)
Zasady oceniania
1 pkt – za prawidłowe uzupełnienie wszystkich luk na schemacie.
0 pkt – za odpowiedź niespełniającą wymagań za 1 pkt albo za brak odpowiedzi.
Rozwiązanie
Wskazówki
5.1. (0–2)
W warunkach tlenowych komórki eukariotyczne przeprowadzają syntezę ATP głównie w procesie fosforylacji oksydacyjnej, zachodzącej w mitochondriach. Drożdże z rodzaju Saccharomyces w warunkach tlenowych przeprowadzają także fermentację alkoholową. Uważa się, że cecha ta umożliwia komórkom drożdży skuteczniejszą kolonizację środowiska, ze względu na bakteriostatyczny efekt ostatecznego produktu fermentacji alkoholowej – alkoholu etylowego. Od nazwiska odkrywcy tej szczególnej cechy metabolicznej komórek drożdży, określa się ją efektem Crabtree.
W zadaniu 5.1. zdający powinien ilościowo ocenić intensywność fermentacji alkoholowej. W zestawie A drożdże oddychają tlenowo, ale z powodu efektu Crabtree obserwuje się także fermentację alkoholową. Zamknięcie wlotu kolby w zestawie B po pewnym czasie spowoduje, że komórki drożdży przejdą z oddychania tlenowego na fermentację alkoholową. Można się spodziewać, że ze względu na warunki beztlenowe w zestawie B intensywność fermentacji alkoholowej będzie większa niż w zestawie A. Należy jednak zwrócić uwagę, że dwutlenek węgla będący produktem oddychania tlenowego gromadzi się wewnątrz kolby, co skutkuje m.in. zakwaszeniem zawiesiny drożdży.
W zestawie C będzie najintensywniejsza fermentacja alkoholowa, ponieważ tlen z atmosfery nie będzie swobodnie przedostawać się do zawiesiny drożdży, ale za to dwutlenek węgla będzie miał ujście z kolby i nie będzie powodował zakwaszenia pożywki. Komórki drożdży będą miały więc względnie stałe warunki i będą prowadzić intensywną fermentację alkoholową w warunkach beztlenowych.
