Biologia - Matura Maj 2017, Poziom rozszerzony (Formuła 2015) - Zadanie 5.
Anabaena to rodzaj nitkowatych sinic. Większość komórek w nici tej sinicy przeprowadza fotosyntezę. W skład nici wchodzą także wyspecjalizowane komórki o grubych ścianach komórkowych, zwane heterocytami, asymilujące azot atmosferyczny. W heterocytach nie jest aktywny fotosystem II. Biologiczne wiązanie N2 w heterocytach zachodzi przy udziale złożonego układu enzymatycznego, w skład którego wchodzi nitrogenaza. Enzym ten katalizuje w warunkach beztlenowych reakcję wiązania azotu atmosferycznego, którą sumarycznie można przedstawić następująco:
N2 + 16ATP + 8e- + 8H+ → 2NH3 + H2 + 16ADP +16Pi
Międzykomórkowe połączenia między poszczególnymi komórkami nici pozwalają heterocytom pozyskiwać węglowodany i transportować do sąsiednich komórek produkty wiązania N2 w postaci glutaminy.
W.J.H. Kunicki-Goldfinger, Życie bakterii, Warszawa 2005.
5.1. (0–1)
Wyjaśnij, dlaczego w heterocytach sinicy Anabaena nie może być aktywny fotosystem II. W odpowiedzi uwzględnij funkcję heterocytów oraz proces zachodzący w fotosystemie II.
5.2. (0–1)
Określ, czy reakcja wiązania azotu atmosferycznego zachodząca w heterocytach sinicy Anabaena ma charakter anaboliczny, czy – kataboliczny. Odpowiedź uzasadnij, odnosząc się do jednej z cech tej klasy reakcji.
5.3. (0–1)
Wyjaśnij znaczenie połączeń między komórkami fotosyntetyzującymi a heterocytami u sinic Anabaena dla efektywnego zachodzenia fotosyntezy. W odpowiedzi uwzględnij procesy zachodzące w obu rodzajach komórek.
Rozwiązanie
5.1. (0–1)
Schemat punktowania
1 p. – za wyjaśnienie wskazujące na sprzeczność między warunkami beztlenowymi
niezbędnymi do wiązania azotu atmosferycznego a wydzielaniem się tlenu
w fotosystemie II.
0 p. – za odpowiedź, która nie spełnia powyższych wymagań, lub za brak odpowiedzi.
Przykładowe rozwiązania
- Jeśli działałby fotosystem II, to wydzielałby się tlen, co zaburzałoby wiązanie azotu.
- Asymilacja azotu atmosferycznego (w heterocytach) musi się odbywać w warunkach beztlenowych, a w działającym fotoukładzie II wydziela się tlen.
- W heterocytach fotosystem II nie może być aktywny, ponieważ przeprowadza on fotolizę wody, a reakcje wiązania azotu atmosferycznego katalizowane przez nitrogenazę zachodzą wyłącznie w warunkach beztlenowych.
- W fotoukładzie II zachodzi fotoliza wody, w której produkowany jest tlen zaburzający w heterocytach pracę nitrogenazy.
Uwaga:
Dopuszcza się określenie „heterocysty” zamiast „heterocyty”.
5.2. (0–1)
Schemat punktowania
1 p. – za określenie anabolicznego charakteru przedstawionej reakcji wraz z prawidłowym
uzasadnieniem odnoszącym się do wzrostu stopnia złożoności produktu względem
substratu lub zapotrzebowania energetycznego.
0 p. – za odpowiedź, która nie spełnia powyższych wymagań, lub za brak odpowiedzi.
Przykładowe rozwiązania
- Jest to reakcja syntezy, a zatem anaboliczna.
- Jest to anabolizm – ze związków prostszych powstają związki bardziej złożone.
- Jest to reakcja anaboliczna, ponieważ wymaga dostarczenia energii / ATP.
Uwaga:
Mimo że podczas tej reakcji wydziela się ciepło, dopuszcza się w odpowiedzi określenie „reakcja endoergiczna / endoenergetyczna”, ponieważ dla organizmu reakcja ta wymaga dużego nakładu energii w postaci ATP, potrzebnej do pokonania energii aktywacji reakcji.
Nie uznaje się odpowiedzi dotyczących wyższego poziomu energetycznego produktów niż substratów, ponieważ w tym wypadku poziom energetyczny produktów jest niższy (podczas reakcji wydziela się ciepło, a w komórce nie dochodzi do zmian ciśnienia i objętości – nie jest wykonywana praca objętościowa, zatem energia układu zostaje obniżona).
5.3. (0–1)
Schemat punktowania
1 p. – za wyjaśnienie uwzględniające wykorzystanie związanego w heterocytach azotu
do syntezy konkretnych związków azotowych niezbędnych w procesie fotosyntezy,
np. chlorofilu, białek enzymatycznych, nukleotydów.
0 p. – za odpowiedź, która nie spełnia powyższych wymagań, lub za brak odpowiedzi.
Przykładowe rozwiązania
- Heterocyty wiążą azot, który inne komórki wykorzystują do syntezy aparatu fotosyntetycznego, np. enzymów.
- Do komórek, w których zachodzi fotosynteza, transportowana jest powstająca w heterocytach glutamina, która jest źródłem azotu do syntezy chlorofilu.
- Heterocyty dostarczają do fotosyntetyzujących komórek przyswojony azot konieczny do budowy białek, biorących udział w procesie fotosyntezy, np. enzymów, białek strukturalnych fotosystemów.
- Azot wiązany przez heterocyty jest składnikiem NADP+, który bierze udział w cyklu Calvina.
Uwaga:
Nie uznaje się odpowiedzi, w których występuje stwierdzenie o obecności chloroplastów w komórkach sinic lub odnoszących się do transportu ADP z heterocytów do komórek fotosyntezujących.
