Biologia - Matura Maj 2021, Poziom rozszerzony (Formuła 2015) - Zadanie 3.
Oprócz 20 aminokwasów biogennych, wchodzących w skład białek wszystkich organizmów, w przyrodzie występują także inne aminokwasy, np. L-kanawanina. Występuje ona wyłącznie u roślin bobowatych, m.in. w ich nasionach, gdzie pełni funkcję magazynu azotu – makroelementu niezbędnego do syntezy wielu związków podczas kiełkowania nasion. L-kanawanina zabezpiecza również nasiona przed zjadaniem ich przez roślinożerne owady. Toksyczne działanie L-kanawaniny na owady wynika z jej podobieństwa strukturalnego do argininy – aminokwasu naturalnie występującego w białkach.
Podczas syntezy białek w miejsca, gdzie powinna znaleźć się arginina, włączana bywa L-kanawanina, co zmienia liczbę i rodzaj oddziaływań między aminokwasami w łańcuchu polipeptydowym. Białka mające w swej strukturze L-kanawaninę wykazują niską aktywność biologiczną lub jej brak, co u owadów prowadzi m.in. do spowolnienia wzrostu larw, opóźnienia lub zakłócenia w przepoczwarczaniu. Większość owadów nasionożernych nie zjada nasion zawierających L-kanawaninę. Jednak larwy chrząszcza Caryedes brasiliensis, które żywią się wyłącznie nasionami tropikalnego pnącza z rodziny bobowatych (Dioclea megacarpa), mają zdolność do detoksykacji L-kanawaniny.
3.1. (0–1)
Wyjaśnij, dlaczego włączanie L-kanawaniny w miejsce argininy w czasie syntezy białek
enzymatycznych prowadzi do powstawania enzymów o obniżonej aktywności
katalitycznej.
3.2. (0–1)
Uzasadnij, że współżycie korzeni roślin bobowatych z bakteriami wiążącymi azot
atmosferyczny ma znaczenie dla syntezy L-kanawaniny przez te rośliny.
3.3. (0–1)
Spośród wymienionych związków chemicznych wybierz i podkreśl nazwy tych zawierających atomy azotu.
3.4. (0–1)
Wyjaśnij, jakie znaczenie adaptacyjne dla chrząszcza Caryedes brasiliensis
ma zdolność do detoksykacji L-kanawaniny.
Rozwiązanie
3.1. (0–1)
Zasady oceniania
1 pkt – za prawidłowe wyjaśnienie, uwzględniające mechanizm, w jaki zmiana struktury
przestrzennej białka wpływa na aktywność katalityczną enzymu, np. przez zmianę
struktury centrum katalitycznego lub miejsca allosterycznego.
0 pkt – za odpowiedź niespełniającą wymagań za 1 pkt albo za brak odpowiedzi.
Przykładowe rozwiązania
- Po wbudowaniu kanawaniny w miejsce argininy, białko nie przyjmie właściwej konformacji. Wtedy centrum aktywne nie będzie miało właściwego kształtu i będzie wykazywało mniejsze powinowactwo do substratów.
- Ponieważ L-kanawanina oddziałuje z aminokwasami z otoczenia inaczej niż arginina, może to wpłynąć na inną budowę miejsca allosterycznego enzymu, co powoduje, że nie będzie ono miało odpowiedniego kształtu pozwalającego na przyłączenie aktywatora.
- L-kanawanina, zastępując argininę w białku, uniemożliwia enzymowi prawidłową zmianę swojego kształtu podczas przeprowadzania reakcji.
Uwaga:
Nie uznaje się odpowiedzi odnoszących się wyłącznie do struktury 1-rzędowej białka.
3.2. (0–1)
Zasady oceniania
1 pkt – za poprawne uzasadnienie, uwzględniające przekazywanie roślinom bobowatym przez
symbiotyczne bakterie związków azotu (amoniak) dostarczających azotu potrzebnego
do syntezy L-kanawaniny lub wchodzącego w skład L-kanawaniny.
0 pkt – za odpowiedź niespełniającą wymagań za 1 pkt albo za brak odpowiedzi.
Przykładowe rozwiązania
- Bakterie wiążące N2 przekształcają go w formy azotu dostępne dla roślin, dzięki czemu rośliny mogą wykorzystać azot podczas syntezy kanawaniny.
- Do syntezy kanawaniny potrzebny jest azot, którego związki roślina otrzymuje od symbiotycznych bakterii.
- Bakterie wiążą azot atmosferyczny, który jest nieprzyswajalny dla roślin, a następnie przekazują roślinom bobowatym zasymilowany azot, który może zostać wykorzystany do syntezy kanawaniny.
Uwagi:
Nie uznaje się odpowiedzi odnoszących się do wiązania azotu atmosferycznego
do azotanów.
Nie uznaje się odpowiedzi odnoszących się do przekazywania azotu atmosferycznego
przez bakterie bezpośrednio do korzeni roślin.
3.3. (0–1)
Zasady oceniania
1 pkt – za poprawne podkreślenie nazw związków chemicznych, które w swojej budowie
zawierają atomy azotu.
0 pkt – za odpowiedź niespełniającą wymagań za 1 pkt albo za brak odpowiedzi.
Rozwiązanie
3.4. (0–1)
Zasady oceniania
1 pkt – za poprawne wyjaśnienie, uwzględniające: 1) możliwość wykorzystania pokarmu
niedostępnego dla innych gatunków lub postaci dorosłych – zmniejszenie konkurencji
o pokarm lub 2) możliwość wykorzystania wartościowych składników pokarmowychlepszy wzrost albo 3) przetrwanie osobników odżywiających się tylko jednym rodzajem
pokarmu.
0 pkt – za odpowiedź niespełniającą wymagań za 1 pkt albo za brak odpowiedzi.
Przykładowe rozwiązania
- Larwy odżywiające się pokarmem niedostępnym dla innych gatunków nie doświadczają konkurencji o pokarm.
- Dzięki temu, że larwy odżywiają się innym pokarmem niż imago, nie dochodzi do konkurencji o pokarm między imago a jego potomstwem.
- Zdolność chrząszcza do detoksykacji L-kanawaniny pozwala na spożywanie bogatych w substancje odżywcze nasion, dzięki czemu owady lepiej się rozwijają.
- Osobniki chrząszcza Caryedes brasiliensis, którego larwy odżywiają się wyłącznie nasionami zawierającymi kanawaninę, mogą przetrwać stadium larwalne i przepoczwarczyć się.
Uwaga:
Nie uznaje się odpowiedzi odnoszących się do możliwości odżywiania się larw chrząszcza
Caryedes brasiliensis nasionami różnych gatunków roślin bobowatych.
