Biologia - Matura Czerwiec 2021, Poziom rozszerzony (Formuła 2015) - Zadanie 2.

Kategoria: Budowa i funkcje komórki Metody badawcze i doświadczenia Typ: Sformułuj wnioski, hipotezę lub zaplanuj doświadczenie Podaj i uzasadnij/wyjaśnij

Peroksysomy to pęcherzyki otoczone pojedynczą błoną biologiczną, występujące w komórkach roślinnych i zwierzęcych. Od innych struktur błoniastych w komórce odróżnia je m.in. obecność enzymu – katalazy. Zawierają one także różne enzymy z grupy oksydoreduktaz. Nazwa peroksysomów pochodzi od angielskiej nazwy nadtlenku wodoru – hydrogen peroxide (H₂O₂), który jest toksyczny dla komórek, a powstaje w peroksysomach w procesach utleniania i jest rozkładany przez katalazę. Szczególnie duże i liczne peroksysomy występują np. w komórkach wątrobowych (hepatocytach) i w bulwach ziemniaka.

Uczniowie zaplanowali doświadczenie, którego celem było określenie optymalnej temperatury dla działania katalazy występującej w komórkach bulwy ziemniaka. Przygotowali sok z bulwy ziemniaka, który rozdzielili w równej objętości (po 5 ml) do 30 probówek, umieszczonych po sześć w termostatach ustawionych na temperaturę: 0, 10, 20, 30 i 40°C.

Na podstawie: Biologia, pod red. N.A. Campbella, Poznań 2012.

2.1. (0–2)

Zaplanuj dalszy ciąg tego doświadczenia tak, aby umożliwił określenie optymalnej temperatury dla działania katalazy.

Nazwa lub wzór związku chemicznego, którego należy użyć:

Sposób zastosowania tego związku chemicznego:

Oczekiwany jakościowy wynik reakcji:

Metoda ilościowego określenia wyniku reakcji:

2.2. (0–1)

Opisz próbę kontrolną, która pozwoli wykazać, że rozkład H₂O₂ w tym doświadczeniu miał charakter enzymatyczny.

2.3. (0–1)

Wyjaśnij, jakie znaczenie dla funkcjonowania komórki ma obecność katalazy w peroksysomach – wyodrębnionych przedziałach komórkowych, w których powstaje nadtlenek wodoru.

Rozwiązanie

2.1. (0–2)

Zasady oceniania
2 pkt – za poprawne podanie użytego związku chemicznego (nadtlenek wodoru / H₂O₂) wraz ze sposobem jego zastosowania (dodanie do wszystkich probówek jednakowej jego objętości) i podanie jakościowego wyniku reakcji ( wydzielenie się tlenu / pojawienie się piany) wraz z metodą ilościowego pomiaru aktywności enzymu. 1 pkt – za poprawne podanie użytego związku chemicznego (nadtlenek wodoru / H₂O₂) i podanie jakościowego wyniku reakcji ( wydzielenie się tlenu / pojawienie się piany).
0 pkt – za odpowiedź niespełniającą wymagań na 1 pkt albo za brak odpowiedzi.

Przykładowe rozwiązania
Nazwa lub wzór związku chemicznego, którego należy użyć:

nadtlenek wodoru,
H₂O₂.

Sposób zastosowania tego związku chemicznego:

dodać do każdej probówki jednakową objętość H₂O₂.
do probówek dodać taką samą ilość.

Oczekiwany jakościowy wynik reakcji:

pojawienie się piany,
wydobywanie się pęcherzyków gazu,
wydzielenie się tlenu.

Metoda ilościowego określenia wyniku reakcji:

zmierzenie poziomu piany,
pomiar wysokości słupa pęcherzyków gazu,
zmierzenie objętości wydzielającego się tlenu.

Uwaga:
Uznaje się odpowiedzi, odnoszące się do innych metod ilościowego określenia wyniku reakcji, w szczególności pomiaru ubytku substratów wraz z postępem reakcji, np.: „pomiar spektrofotometryczny zużywającego się NADH + H⁺”, „kolorymetryczne monitorowanie stężenia H₂O₂”.

2.2. (0–1)

Zasady oceniania
1 pkt – za opis próby kontrolnej uwzględniający wykorzystanie soku z bulwy ziemniaka zawierającego zdezaktywowany, np. przez wysoką temperaturę, enzym – katalazę.
0 pkt – za odpowiedź niespełniającą wymagań na 1 pkt albo za brak odpowiedzi.

Przykładowe rozwiązania

Należy przygotować probówkę z 5 ml soku z ziemniaka, który uprzednio zagotowano.
Należy przygotować probówkę z taką samą ilością soku z ziemniaka, w którym uprzednio zniszczono enzym katalazę.
Sok z bulwy ziemniaka zagotowany i ostudzony.

Uwaga:
Uznaje się odpowiedzi odnoszące się do użycia komercyjnie dostępnego preparatu katalazy jako próby kontrolnej dodatniej, np. „Roztwór wodny preparatu katalazy zakupionego w firmie biotechnologicznej” lub „Rozpuszczony w wodzie suplement diety z katalazą”.

2.3. (0–1)

Zasady oceniania
1 pkt – za prawidłowe wyjaśnienie, odnoszące się do wyodrębnienia w jednej przestrzeni szkodliwego dla komórki nadtlenku wodoru oraz katalazy (enzymu), która go rozkłada, co ogranicza uszkodzenia innych struktur komórkowych.
0 pkt – za odpowiedź niespełniającą wymagań na 1 pkt albo za brak odpowiedzi.

Przykładowe rozwiązania

W jednej przestrzeni wyodrębnione są enzymy, które wytwarzają nadtlenek wodoru i te, które go rozkładają, co ogranicza uszkodzenia innych struktur komórkowych przez powstający H₂O₂.
W strukturach zawierających enzymy katalizujące reakcje, w których produktem jest toksyczny dla komórek nadtlenek wodoru, obecność katalazy powoduje rozkład H₂O₂ i zapobiega zniszczeniu innych struktur komórkowych.
H₂O₂ wydzielany jako produkt reakcji zachodzących w peroksysomach jest rozkładany przez katalazę w miejscu jego powstania, co zmniejsza jego toksyczny wpływ na pozostałą część komórki.
Gdyby nie było katalazy w peroksysomach, to nadtlenek wodoru nie byłby w nich rozkładany, a jakby się wydostał z peroksysomów, to uszkodziłby inne części komórki.