Oto lista zadań maturalnych z danego działu biologii. Aby skorzystać z dodatkowych opcji, uniknąć duplikatów zadań lub wybrać zadania z pozostałych działów kliknij poniżej.
Przeprowadzono eksperyment mający na celu sprawdzenie, czy zjadliwość może być przenoszona
między szczepami bakterii. Podczas badania myszy zostały zainfekowane dwoma szczepami
pneumokoków wywołujących zapalenie płuc: zjadliwym (szczep S) i niezjadliwym (szczep R). Poniższy
rysunek przedstawia przebieg eksperymentu i jego wyniki.
Źródło: F. Griffith, The Significance of Pneumococcal Types, "Journal of Hygiene" 27(2), 1928;
E. Salomon, L. Berg, D. Martin, Biologia, Warszawa 2014.
2.1. (0-1)
Dokończ poniższe zdanie. Wybierz i zaznacz prawidłową odpowiedź A, B lub C oraz prawidłową odpowiedź spośród oznaczonych cyframi 1–3.
Szczep R stał się zjadliwy w wyniku
A.
koniugacji,
która polega na
1.
transferze materiału genetycznego bezpośrednio między dwiema komórkami bakteryjnymi.
B.
transdukcji,
2.
pobieraniu materiału genetycznego ze środowiska zewnętrznego.
C.
transformacji,
3.
transferze materiału genetycznego między komórkami bakteryjnymi przez wirusa.
2.2. (0–1)
Określ, która próba w powyższym eksperymencie była próbą badawczą. Odpowiedź uzasadnij.
Wśród bakterii zachodzi intensywny międzykomórkowy przepływ informacji genetycznej, który odbywa się na drodze transformacji, transdukcji lub koniugacji.
Człowiek wykorzystuje naturalnie zachodzące zjawiska do otrzymywania organizmów modyfikowanych genetycznie, np. bakterii wytwarzających ludzkie białko – insulinę. Jednak aby doszło do produkcji insuliny w komórkach bakterii, ludzki gen insuliny musi zostać pozbawiony dwóch intronów, rozdzielających trzy eksony.
Ludzki gen ulega replikacji razem z plazmidem bakteryjnym i dzięki temu występuje w komórce bakteryjnej w dużej liczbie kopii, umożliwiającej syntezę białka na wysokim poziomie.
Na podstawie: U. Kasprzykowska i B.M. Sobieszczańska, Plastyczność bakteryjnych genomów – międzykomórkowy transfer informacji genetycznej, „Postępy Mikrobiologii” 53(2), 2014.
14.1. (0–1)
Do każdego z rodzajów przepływu informacji genetycznej przyporządkuj jeden właściwy opis spośród podanych poniżej (1.–4.).
Zachodzi z udziałem wirusów, które stają się wektorami przenoszącymi DNA z jednej bakterii do drugiej.
Polega na pobieraniu przez komórki bakteryjne materiału genetycznego ze środowiska.
Jest to proces płciowy polegający na przekazaniu materiału genetycznego z komórki dawcy do komórki biorcy. Może zachodzić pomiędzy różnymi gatunkami bakterii.
Polega na przepisaniu informacji genetycznej z RNA na DNA, dzięki czemu dochodzi do integracji takiego materiału genetycznego z genomem bakterii.
transformacja –
transdukcja –
koniugacja –
14.2. (0–1)
Wyjaśnij, dlaczego przed wprowadzeniem ludzkiego genu kodującego insulinę do genomu bakterii usuwa się z tego genu sekwencje intronów. W odpowiedzi uwzględnij znaczenie wycinania intronów u człowieka oraz przebieg ekspresji informacji genetycznej u bakterii.
14.3. (0–2)
Uzupełnij tabelę – dla każdego z enzymów określ jego funkcję w procesie replikacji plazmidowego DNA.
PET – poli(tereftalan etylenu) – to wielkocząsteczkowy polimer stosowany m.in. do produkcji włókien oraz butelek o wysokiej odporności na biodegradację.
Na składowisku ze sztucznymi tworzywami odkryto gatunek Gram-ujemnej bakterii Ideonella sakaiensis, który wykorzystuje produkty rozkładu PET jako źródło węgla i energii. Te bakterie wytwarzają enzym – PETazę, który rozkłada PET wydajniej niż inne enzymy – kutynazy, esterazy czy lipazy – występujące u innych saprobiontycznych bakterii oraz u grzybów. W środowisku naturalnym PET rozkłada się setki lat, ale PETaza może skrócić ten czas do zaledwie kilku tygodni.
Na podstawie: S. Yoshida i in., A bacterium that degrades and assimilates poly(ethylene terephthalate), „Science” 351, 2016.
15.1. (0–2)
Uzupełnij poniższe zdania tak, aby w poprawny sposób opisywały właściwości bakterii I. sakaiensis. W każdym nawiasie podkreśl właściwe określenie.
Ściana komórkowa u bakterii Gram-ujemnych jest (cieńsza / grubsza) niż u bakterii Gram-dodatnich. Ściana komórkowa I. sakaiensis (jest / nie jest) przeszkodą w pobieraniu PET do wnętrza komórki, a rozkład PET rozpoczyna się (w komórce / poza komórką).
15.2. (0–2)
Oceń, czy poniższe stwierdzenia związane z rozkładem PET przez mikroorganizmy są prawdziwe. Zaznacz P, jeśli stwierdzenie jest prawdziwe, albo F – jeśli jest fałszywe.
1.
Biodegradacja PET przez bakterie I. sakaiensis przyczynia się do obiegu węgla w przyrodzie.
P
F
2.
Bakterie I. sakaiensis są jedynymi znanymi organizmami zdolnymi do rozkładu PET.
P
F
3.
Występowanie PET w środowisku jest przyczyną mutacji, dzięki którym u bakterii i u grzybów dochodzi do powstania genów kodujących PETazę.
Wiele bakterii to ekstremofile – organizmy żyjące w ekstremalnych warunkach środowiskowych. Skrajne wartości określonych czynników fizycznych i chemicznych są warunkiem koniecznym do prawidłowego zajścia procesów metabolicznych u ekstremofili.
W zależności od wartości optymalnej temperatury wzrostu wyróżnia się wśród ekstremofili:
psychrofile – organizmy, które nie rosną w temperaturze powyżej 20 °C, a optymalne warunki do ich rozwoju stwarza temperatura poniżej 15 °C. Psychrofile wykształciły wiele adaptacji do niskich wartości temperatury, wśród których można wyróżnić mechanizmy chroniące przed nadmiernym zmniejszeniem płynności ich błon komórkowych;
termofile – organizmy, których optymalna temperatura wzrostu wynosi ponad 50 °C. Maksymalna temperatura umożliwiająca życie wynosi 122 °C. Wysoka temperatura powoduje wzrost płynności błony komórkowej oraz destabilizuje strukturę białek i kwasów nukleinowych termofili. Z tego powodu w białkach termofili znajdują się liczne mostki disiarczkowe, a cząsteczki rRNA i tRNA mają wysoką zawartość par zasad GC.
Enzymy wytwarzane przez ekstremofile są wykorzystywane w biotechnologii.
Na podstawie: A. Zabłotni, A. Dziadosz, Ekstremofile – mikroorganizmy z przeszłością i z przyszłością, „Postępy Mikrobiologii” 52(4), 2013.
5.1. (0–1)
Określ, które z poniższych modyfikacji składu chemicznego lipidów błony komórkowej stanowią adaptację do życia w niskiej temperaturze. Zaznacz T, jeśli modyfikacja jest adaptacją do życia w niskiej temperaturze, albo N – jeśli nią nie jest.
1.
Wzrost zawartości nasyconych kwasów tłuszczowych.
T
N
2.
Wzrost zawartości krótkich kwasów tłuszczowych.
T
N
5.2. (0–1)
Podaj nazwę aminokwasu niezbędnego do wytworzenia mostków disiarczkowych, stabilizujących strukturę przestrzenną białek bakterii termofilnych.
5.3. (0–1)
Wykaż, że stabilność cząsteczek rRNA i tRNA bakterii termofilnych zwiększa się wraz ze wzrostem zawartości w ich cząsteczkach par zasad GC kosztem zawartości par zasad AU.
5.4. (0–1)
Określ, która grupa organizmów – psychrofile czy termofile – stanowi źródło polimeraz DNA wykorzystywanych do PCR. Odpowiedź uzasadnij.
5.5. (0–1)
Która cecha występuje u bakterii – organizmów prokariotycznych? Zaznacz właściwą odpowiedź spośród podanych.
obecność mitochondriów
rybosomy o współczynniku sedymentacji równym 80S
chityna jako główny składnik ściany komórkowej
translacja cząsteczki mRNA rozpoczynająca się przed zakończeniem jej syntezy
Wiele bakterii to ekstremofile – organizmy żyjące w ekstremalnych warunkach środowiskowych. Skrajne wartości określonych czynników fizycznych i chemicznych są warunkiem koniecznym do prawidłowego zajścia procesów metabolicznych u ekstremofili.
W zależności od wartości optymalnej temperatury wzrostu wyróżnia się wśród ekstremofili:
psychrofile – organizmy, które nie rosną w temperaturze powyżej 20 °C, a optymalne warunki do ich rozwoju stwarza temperatura poniżej 15 °C. Psychrofile wykształciły wiele adaptacji do niskich wartości temperatury, wśród których można wyróżnić mechanizmy chroniące przed nadmiernym zmniejszeniem płynności ich błon komórkowych;
termofile – organizmy, których optymalna temperatura wzrostu wynosi ponad 50 °C. Maksymalna temperatura umożliwiająca życie wynosi 122 °C. Wysoka temperatura powoduje wzrost płynności błony komórkowej oraz destabilizuje strukturę białek i kwasów nukleinowych termofili. Z tego powodu w białkach termofili znajdują się liczne mostki disiarczkowe, a cząsteczki rRNA i tRNA mają wysoką zawartość par zasad GC.
Enzymy wytwarzane przez ekstremofile są wykorzystywane w biotechnologii.
Na podstawie: A. Zabłotni, A. Dziadosz, Ekstremofile – mikroorganizmy z przeszłością i z przyszłością, „Postępy Mikrobiologii” 52(4), 2013.
5.1. (0–1)
Określ, które z poniższych modyfikacji składu chemicznego lipidów błony komórkowej stanowią adaptację do życia w niskiej temperaturze. Zaznacz T, jeśli modyfikacja jest adaptacją do życia w niskiej temperaturze, albo N – jeśli nią nie jest.
1.
Wzrost zawartości nasyconych kwasów tłuszczowych.
T
N
2.
Wzrost zawartości krótkich kwasów tłuszczowych.
T
N
5.2. (0–1)
Podaj nazwę aminokwasu niezbędnego do wytworzenia mostków disiarczkowych, stabilizujących strukturę przestrzenną białek bakterii termofilnych.
5.3. (0–1)
Wykaż, że stabilność cząsteczek rRNA i tRNA bakterii termofilnych zwiększa się wraz ze wzrostem zawartości w ich cząsteczkach par zasad GC kosztem zawartości par zasad AU.
5.4. (0–1)
Określ, która grupa organizmów – psychrofile czy termofile – stanowi źródło polimeraz DNA wykorzystywanych do PCR. Odpowiedź uzasadnij.
5.5. (0–1)
Która cecha występuje u bakterii – organizmów prokariotycznych? Zaznacz właściwą odpowiedź spośród podanych.
obecność mitochondriów
rybosomy o współczynniku sedymentacji równym 80S
chityna jako główny składnik ściany komórkowej
translacja cząsteczki mRNA rozpoczynająca się przed zakończeniem jej syntezy
Na poniższym zdjęciu przedstawiono koniugację bakterii, polegającą na jednokierunkowym
transferze materiału genetycznego (plazmidowego DNA) z jednej komórki bakteryjnej
(dawcy) do drugiej komórki bakteryjnej (biorcy). Na zdjęciu zaznaczono strzałką połączenie
pomiędzy dwoma komórkami bakteryjnymi.
DNA plazmidowy jest rzadko przekazywany w całości, ponieważ koniugacja naturalnie jest
przerywana w losowym momencie. Dodatkowo w warunkach laboratoryjnych koniugację
bakterii można przerwać przez intensywne wstrząsanie zawartości probówki z hodowlą
bakteryjną, co jednocześnie zapobiega powstawaniu nowych par koniugacyjnych.
W celu określenia kolejności przekazywania czterech genów podczas koniugacji
przeprowadzono doświadczenie polegające na przerwaniu koniugacji w określonych
odstępach czasu. Na poniższym wykresie przedstawiono wyniki doświadczenia.
Na podstawie: M. Hüttener i in., Roles of Proteins Containing Immunoglobulin-Like Domains
in the Conjugation of Bacterial Plasmids, „mSphere” 7(1), 2022;
S. Srivastava, Genetics of Bacteria, Nowe Delhi 2013.
8.1. (0–2)
Oceń, czy poniższe stwierdzenia dotyczące wyników przedstawionego doświadczenia
są prawdziwe. Zaznacz P, jeśli stwierdzenie jest prawdziwe, albo F – jeśli jest fałszywe.
1.
Spośród badanych genów jako pierwszy jest przekazywany gen azi.
P
F
2.
Gen ton jest przekazywany po genie azi, ale przed genem lac.
P
F
3.
Gdy przerwano koniugację po 20 minutach, nie było wśród komórek będących biorcami takich komórek, które otrzymały gen gal.
P
F
8.2. (0–1)
Wyjaśnij, dlaczego intensywne wstrząsanie zawartością probówki prowadzi
do przerwania przekazywania materiału genetycznego między bakteriami.
W odpowiedzi odnieś się do mechanizmu koniugacji.
Fag T4 jest niezwykle rozpowszechniony w środowisku i należy do fagów ogonkowych – jest
zbudowany z główki oraz z kurczliwego ogonka. Genom faga T4 stanowi dwuniciowy DNA.
Jednym z gospodarzy faga T4 jest bakteria Escherichia coli. Pierwszym etapem infekcji jest
adsorpcja faga na powierzchni bakterii. Ten proces wymaga obecności – na powierzchni
bakterii – odpowiednich receptorów. Wprowadzenie DNA do wnętrza bakterii następuje
po enzymatycznym strawieniu związku wchodzącego w skład ściany komórkowej bakterii.
Kilka minut po infekcji dochodzi do ekspresji genu imm faga T4, który to gen koduje białko
Imm, wbudowujące się w błonę wewnętrzną bakterii.
Na poniższych schematach przedstawiono: (A) etap wnikania faga T4 do komórki bakterii
E. coli oraz (B) lokalizację i sposób działania białka Imm podczas próby zakażenia tej samej
komórki kolejnym fagiem.
Na podstawie: S.J. Labrie i in., Bacteriophage Resistance Mechanisms, „Nature Reviews Microbiology” 8, 2010;
G. Figura i in., Bakteriofag T4: molekularne aspekty infekcji komórki bakteryjnej, rola białek kapsydowych,
„Postępy Higieny i Medycyny Doświadczalnej” 64, 2010;
K. Shi i in., Structural Basis of Superinfection Exclusion by Bacteriophage T4 Spackle,
„Communications Biology” 3, 2020.
6.1. (0–1)
Na podstawie przedstawionych informacji wykaż, że wytworzenie białka lmm
zapobiega wtórnej infekcji komórek E. coli kolejnym fagiem T4.
6.2. (0–1)
Podaj nazwę głównego składnika ściany komórkowej bakterii E. coli zapewniającego
bakteriom ochronę przed uszkodzeniami mechanicznymi oraz przed wpływem
czynników fizycznych i chemicznych.
6.3. (0–1)
Określ, czy E. coli jest bakterią Gram-dodatnią czy Gram-ujemną. Odpowiedź
uzasadnij, odnosząc się do widocznej na schemacie jednej cechy budowy tej bakterii.
Bakterie dzielimy na różne grupy m.in. ze względu na cechy morfologiczne komórek czy inne ich właściwości. Jeden z powszechnie stosowanych podziałów wyróżnia bakterie Gram-dodatnie i Gram-ujemne. Opracowany on został przez Hansa Christiana Grama i wynika z odmiennego barwienia się komórek bakterii przy zastosowaniu specjalnej procedury. Odmienne barwienie wynika z różnic w budowie komórek tych dwóch grup.
Podaj dwie zasadnicze różnice w budowie komórek bakterii Gram-ujemnych odróżniające je od bakterii Gram-dodatnich.
Plazmidy bakteryjne zazwyczaj nie zawierają genów metabolizmu podstawowego, ale mogą np. zapewniać oporność na antybiotyki. Plazmidy lub ich fragmenty mogą być przekazywane między komórkami bakteryjnymi w czasie podziału komórki lub w procesach horyzontalnego transferu genów: koniugacji, transdukcji i transformacji. Plazmidy mogą dawać bakteriom przewagę selekcyjną. Znalazły one także zastosowanie w biotechnologii.
Bakterie mają wiele mechanizmów zapobiegających utracie plazmidów przez dzielące się komórki, np. system ccd plazmidu F bakterii Escherichia coli. Ten system tworzą dwa geny: gen ccdA kodujący antidotum oraz gen ccdB kodujący truciznę. Obydwa geny podlegają transkrypcji ze wspólnego promotora. Podczas normalnego funkcjonowania komórki bakteryjnej trucizna pozostaje związana przez antidotum i nie wywiera toksycznego wpływu na gyrazę – enzym usuwający napięcia w nici DNA powstające podczas replikacji materiału genetycznego. Jeśli komórka utraci po podziale plazmid z genami systemu ccd, obecne w jej cytoplazmie nietrwałe antidotum zostaje zdegradowane, a stosunkowo trwała toksyna wiąże się z gyrazą, co prowadzi do śmierci komórki w wyniku uszkodzenia DNA.
Aktywność promotora genów ccdA i ccdB jest hamowana przez produkty tych genów.
Na poniższych schematach przedstawiono funkcjonowanie systemu ccd:
schemat A – ekspresja genów ccdA oraz ccdB
schemat B – trucizna unieszkodliwiana przez antidotum
schemat C – degradacja antidotum i wiązanie trucizny z gyrazą.
Na podstawie: U. Zieleniewicz, P. Cegłowski, Mechanizmy stabilnego dziedziczenia plazmidów, „Kosmos” 51(3), 2002.
14.1. (0–1)
Podaj nazwę sposobu horyzontalnego transferu genów zachodzącego z udziałem wirusów.
14.2. (0–1)
Wykaż, że horyzontalny transfer genów zwiększa tempo ewolucji adaptacyjnej bakterii.
14.3. (0–1)
Uzupełnij poniższe zdania tak, aby opis dotyczący funkcjonowania genów systemu ccd był prawdziwy. W każdym nawiasie podkreśl właściwe określenie.
Ekspresja genów systemu ccd regulowana jest na zasadzie (negatywnego / pozytywnego) sprzężenia zwrotnego. Obecność w komórce produktów genów systemu ccd sprawia, że (zachodzi / nie zachodzi) transkrypcja tych genów.
14.4. (0–1)
Uzasadnij, że zahamowanie ekspresji genów systemu ccd doprowadzi do śmierci komórki zawierającej plazmid z tym systemem. W odpowiedzi uwzględnij produkty genów systemu ccd i ich trwałość w komórce.
14.5. (0–1)
Określ, w jakim celu do wektorów plazmidowych wykorzystywanych w inżynierii genetycznej wprowadza się gen oporności na antybiotyk.
Jeden z antybiotyków – streptomycyna – łączy się bezpośrednio z małą podjednostką
rybosomu. Zaburza to syntezę białek bakteryjnych. Jednak nie wszystkie bakterie są
wrażliwe na streptomycynę. U bakterii Mycobacterium tuberculosis oporność na
streptomycynę warunkuje mutacja w genie kodującym podjednostkę 16S rRNA.
W celu ustalenia właściwej dawki antybiotyku stosowanego w leczeniu chorób bakteryjnych
określa się wartości:
MIC (ang. minimum inhibitory concentration) – minimalne stężenie antybiotyku, które całkowicie hamuje wzrost szczepu bakterii w pożywce płynnej
MBC (ang. minimum bactericidal concentration) – najmniejsze stężenie w pełni bakteriobójcze dla danego szczepu.
W celu ustalenia wartości MIC i MBC przygotowano osiem probówek z pożywką zawierającą
taką samą, niewielką liczbę komórek pewnego szczepu bakterii. Po dodaniu do siedmiu
probówek różnych ilości streptomycyny wszystkie osiem umieszczono w inkubatorze.
Materiał z probówek, w których nie wykryto wzrostu bakterii, przeniesiono na pożywkę stałą
bez streptomycyny. Poniższy schemat ilustruje wyniki tego doświadczenia.
Na podstawie: J. Baj, Mikrobiologia, Warszawa 2018; W. Irving i in., Krótkie wykłady. Mikrobiologia medyczna, Warszawa 2008;
B. Springer i in., Mechanisms of Streptomycin Resistance: Selection of Mutations in the 16S rRNA Gene Conferring Resistance,
„Antimicrob Agents Chemother” 45, 2001.
6.1. (0–1)
Na podstawie przedstawionych wyników doświadczenia odczytaj wartości MIC oraz
MBC i wpisz je w wyznaczone poniżej miejsca.
wartość MIC: mg/l
wartość MBC: mg/l
6.2. (0–1)
Spośród podanych nazw chorób wybierz i zaznacz nazwy chorób bakteryjnych.
AIDS
borelioza
WZW typu C
gruźlica
tężec
6.3. (0–1)
Wyjaśnij, dlaczego mutacja w jednym z genów kodujących rRNA bakterii
M. tuberculosis może powodować nabycie przez szczep tych bakterii oporności na
streptomycynę.
6.4. (0–1)
Dokończ zdanie. Zaznacz odpowiedź A, B albo C oraz jej uzasadnienie 1., 2. albo 3.
Rozprzestrzenianie się antybiotykooporności bezpośrednio między komórkami bakterii jest
możliwe na drodze
A.
transformacji,
ponieważ
1.
geny antybiotykooporności w wyniku cyklu lizogenicznego bakteriofagów mogą być wbudowane do genomu bakterii.
B.
transdukcji,
2.
geny antybiotykooporności mogą znajdować się w plazmidach, które są przekazywane innym komórkom bakteryjnym.
C.
koniugacji,
3.
wśród pobranych egzogennych fragmentów DNA może znaleźć się taki, który zawiera geny antybiotykooporności.
6.5. (0–2)
Wykaż, że wirusy nie są wrażliwe na streptomycynę. W odpowiedzi uwzględnij różnicę
w budowie wirusów i bakterii oraz mechanizm działania streptomycyny.
Transfer materiału genetycznego (DNA) między komórkami bakterii odbywa się na drodze
koniugacji, transdukcji lub transformacji:
koniugacja – polega na jednokierunkowym transferze plazmidowego DNA z jednej komórki bakteryjnej do drugiej;
transdukcja – zachodzi z udziałem wirusów;
transformacja – polega na pobieraniu przez bakterie materiału genetycznego ze środowiska.
Na podstawie: U. Kasprzykowska, M. Sobieszczańska, Plastyczność bakteryjnych genomów – międzykomórkowy
transfer informacji genetycznej, „ Postępy mikrobiologii”, 53 (2) 2014.
5.1. (0–1)
Uporządkuj przedstawione poniżej etapy koniugacji bakterii (A– E) w kolejności
ilustrującej przebieg tego procesu.
Kolejność:
5.2. (0–1)
Uzasadnij, że do przekazania informacji genetycznej zapisanej w plazmidzie, na drodze
koniugacji, wystarczy przeniesienie do komórki – biorcy tylko jednej nici DNA
plazmidowego.
5.3. (0–1)
Uzasadnij, że bakteria, która jest biorcą DNA plazmidowego w procesie koniugacji, może
odnieść korzyści z tego procesu. W odpowiedzi uwzględnij przykład takiej korzyści.
5.4. (0–1)
Uzasadnij, że bakteriofagi mogą być wektorami przenoszącymi DNA pomiędzy
komórkami bakterii.
5.5. (0–1)
Wyjaśnij, dlaczego intensywna międzykomórkowa wymiana informacji genetycznej
zachodząca w populacji bakterii zapewnia tym mikroorganizmom bardzo szybkie tempo
ewolucji adaptacyjnej.
5.6. (0–1)
Do podanych w tabeli cech wektora plazmidowego 1.–3., wykorzystywanego przy
wprowadzaniu obcego DNA do komórek bakterii, przyporządkuj spośród A–D
po jednym jego znaczeniu w tym procesie.
Umożliwia rozdzielenie wektorów do komórek potomnych.
Umożliwia selekcję szczepów, które pobrały plazmid.
Umożliwia włączenie obcego DNA do wektora plazmidowego.
Ułatwia miejscowe rozplecenie helisy DNA.
Cecha wektora plazmidowego
Znaczenie podczas wprowadzania DNA do bakterii
1.
Miejsce inicjacji replikacji bogate w pary AT, a nie – w pary CG.
2.
Obecność fragmentu z wieloma miejscami rozpoznawalnymi przez enzymy restrykcyjne.
Gruźlica jest chorobą zakaźną wywołaną przez bakterie – prątki gruźlicy (Mycobacterium
tuberculosis). Najczęściej zakażenie obejmuje płuca, ale prątki gruźlicy mogą docierać
do wszystkich narządów i tkanek, a w pewnych okolicznościach – wywołać chorobę, która
rozwija się u 5–10% osób zakażonych prątkami.
Szczepionka BCG (Bacillus Calmette-Guérin) zawiera żywe, osłabione prątki bydlęce
(Mycobacterium bovis). Szczepionki BCG są uważane za bezpieczne. Odczyny
poszczepienne występują bardzo rzadko, a jeżeli występują, to są niebolesne oraz mają
tendencję do samowygojenia. Z uwagi na możliwość rozwoju infekcji, szczepionek
zawierających żywe bakterie nie należy jednak aplikować osobom o obniżonej odporności,
np. przyjmującym leki immunosupresyjne po przeszczepach narządów. Szczepienie BCG
chroni niemowlęta i dzieci przed najcięższą postacią gruźlicy, tj. gruźliczym zapaleniem opon
mózgowo-rdzeniowych. Jednakże tylko część badań wykazała skuteczność szczepionki BCG
w zapobieganiu gruźlicy płuc.
Prątki mają nietypową budowę ściany komórkowej – odmienną zarówno od bakterii Gram-ujemnych, jak i Gram-dodatnich. Zewnętrzna błona jest stosunkowo gruba i leży na warstwie
lipidów złożonych głównie z kwasu mikolowego. Te dwie zewnętrzne warstwy tworzą barierę
nieprzepuszczalną dla wielu leków przeciwbakteryjnych, np. dla powszechnie stosowanych
antybiotyków β-laktamowych.
Na podstawie: szczepienia.pzh.gov.pl;
M. Palmer i inni, Biochemical Pharmacology, University of Waterloo 2012.
4.1. (0–1)
Poniższym schematom (A–C) budowy struktur otaczających komórkę prokariotyczną
przyporządkuj odpowiednią grupę bakterii spośród 1.–4.
prątki
bakterie Gram-ujemne
bakterie Gram-dodatnie
bakterie pozbawione ściany komórkowej
4.2. (0–1)
Oceń, czy poniższe informacje dotyczące gruźlicy i jej zapobiegania są prawdziwe.
Zaznacz P, jeśli informacja jest prawdziwa, albo F – jeśli jest fałszywa.
1.
Zakażenie prątkiem gruźlicy najczęściej przebiega bezobjawowo.
P
F
2.
Szczepionka BCG może być niebezpieczna dla osób z obniżoną odpornością.
P
F
3.
Podstawowym celem podawania szczepionki BCG jest zapobieganie gruźlicy płuc.
W większości komórek prokariotycznych oprócz DNA w postaci chromosomu bakteryjnego
(genoforu) znajdują się też koliste, dwuniciowe cząsteczki DNA, czyli plazmidy. Plazmidy
zawierają informację o cechach, których zazwyczaj nie ma w chromosomowym (genoforowym)
DNA, np. takich, jak oporność na antybiotyki.
Na schemacie przedstawiono przebieg koniugacji bakterii (pilus = mostek cytoplazmatyczny).
Na podstawie: http://www.e-biotechnologia.pl/Artykuly/transformacja-bakterii [dostęp: 17.11.2014].
a)
Opisz trzy etapy koniugacji bakterii przedstawione na rysunkach B–D.
b)
Oceń prawdziwość zapisanych w tabeli stwierdzeń dotyczących koniugacji bakterii. Wpisz znak X w odpowiednie komórki tabeli.
Lp.
Informacja
Prawda
Fałsz
1.
Po koniugacji komórka dawcy nie zmienia swoich właściwości, a komórka biorcy nabywa nowe.
2.
Po koniugacji między komórkami dawcy i biorcy nie zachodzi rekombinacja materiału genetycznego.
3.
Koniugacja może prowadzić do rozprzestrzeniania się antybiotykooporności bakterii.
c)
Wyjaśnij, dlaczego koniugacji, zaliczanej do procesów płciowych u bakterii, nie można nazwać sposobem rozmnażania.
Bakterie to organizmy cudzożywne lub samożywne. Wśród bakterii samożywnych
wyróżniamy fotoautotrofy i chemoautotrofy.
W tabeli przedstawiono niezbędne warunki rozwoju oraz składniki pokarmowe trzech
gatunków bakterii: A, B, C.
Warunki rozwoju i składniki pokarmowe
A
B
C
światło
+
–
–
woda i sole mineralne
+
+
+
tlenek węgla(IV) CO2
+
–
+
siarkowodór H2S
+
–
–
amoniak NH3
–
–
+
glukoza C6H12O6
–
+
–
tiamina (witamina B1)
–
+
–
a)
Korzystając z informacji w tabeli, przyporządkuj do każdego z gatunków bakterii A, B i C właściwy sposób odżywiania – wybierz go spośród podanych poniżej.
Główną cechą niemal wszystkich komórek prokariotycznych jest obecność ściany
komórkowej. Różni się ona budową i składem cząsteczkowym od ścian komórek
eukariotycznych, które zawierają zwykle celulozę lub chitynę. Większość ścian
komórkowych bakterii zawiera peptydoglikan (związek chemiczny złożony z dwóch
łańcuchów polisacharydów połączonych krótkimi łańcuchami polipeptydowymi).
Skuteczność antybiotyku penicyliny wynika z tego, że blokuje ona aktywność enzymów
bakteryjnych biorących udział w syntezie peptydoglikanu. Na podstawie różnic w budowie
ściany komórkowej i wynikających z tego różnic w barwieniu tej ściany techniką nazywaną
barwieniem Grama, podzielono bakterie na Gram-dodatnie i Gram-ujemne.
Na schematach przedstawiono budowę ściany komórkowej bakterii Gram-dodatnich
i Gram-ujemnych.
Na podstawie schematów podaj różnicę w budowie ściany komórkowej bakterii Gram-dodatnich i Gram-ujemnych oraz wyjaśnij, jakie ma ona znaczenie dla bakterii chorobotwórczych.
b)
Uzasadnij, dlaczego penicylina działa szkodliwie na komórki bakterii, a nie wpływa na komórki człowieka.
c)
Zaznacz wśród niżej wymienionych grup protistów (A–E) te dwie grupy, które charakteryzują się obecnością ściany komórkowej.
Syntezę związków organicznych u pewnych bakterii chemosyntetyzujących poprzedzają
poniższe reakcje chemiczne.
2NH3 + 3O2 → 2HNO2 + 2H2O + energia
2HNO2 + O2 → 2HNO3 + energia
Podaj nazwę grupy bakterii chemosyntetyzujących, które przeprowadzają przedstawione
reakcje chemiczne, i określ znaczenie tych reakcji dla organizmów przeprowadzających
chemosyntezę.
Na schemacie przedstawiono udział w obiegu azotu różnych grup bakterii żyjących w glebie,
które oznaczono literami A–D.
a)
Wypisz ze schematu oznaczenie literowe bakterii, które są chemoautotrofami.
b)
Uzasadnij, że procesy przeprowadzane przez bakterie oznaczone na schemacie literą A są korzystne dla roślin. W odpowiedzi uwzględnij metabolizm tych bakterii.
W komórkach bakterii Escherichia coli ekspresja genów kodujących enzymy niezbędne
do pobierania i metabolizowania laktozy jest zależna od źródła pożywienia, jakie jest
dostępne w środowisku. Ekspresję operonu laktozowego regulują sekwencja wiążąca
aktywator ułatwiający polimerazie RNA rozpoczęcie transkrypcji oraz operator wiążący
represor, który blokuje dostęp do promotora polimerazie RNA. Kiedy zarówno glukoza,
jak i laktoza są obecne w środowisku, E. coli preferencyjnie wykorzystuje glukozę, a represor
laktozowy wiąże się z operatorem. Jednak w warunkach ograniczonego dostępu do glukozy,
w komórce E. coli dochodzi do gromadzenia się cząsteczki cAMP aktywującej aktywator,
a obecna w środowisku laktoza inaktywuje represor – co przedstawiono na poniższym
schemacie. Zachodzi wówczas ekspresja genów kodujących enzymy szlaku metabolizmu
laktozy, np. β-galaktozydazę.
16.1. (0–1)
Na podstawie przedstawionych informacji oceń prawdziwość poniższych stwierdzeń dotyczących regulacji ekspresji operonu laktozowego E. coli. Zaznacz P, jeśli stwierdzenie jest prawdziwe, albo F – jeśli jest fałszywe.
1.
Brak glukozy w środowisku życia E. coli jest wystarczającym warunkiem wydajnej ekspresji genów kodujących enzymy szlaku metabolizmu laktozy.
P
F
2.
Regulacja negatywna operonu laktozowego odbywa się z udziałem represora wytwarzanego w formie aktywnej.
P
F
3.
Regulacja pozytywna operonu laktozowego odbywa się dzięki aktywatorowi wytwarzanemu w formie aktywnej.
P
F
16.2. (0–1)
Uzupełnij poniższy tekst charakteryzujący rolę β-galaktozydazy w metabolizmie laktozy. Wpisz w luki właściwe określenia.
Białko enzymatyczne kodowane przez gen lacZ operonu laktozowego – β-galaktozydaza –
katalizuje w cząsteczkach laktozy reakcję hydrolizy wiązania ,
co prowadzi do jej rozkładu na dwie cząsteczki cukrów prostych: glukozę oraz .
16.3. (0–1)
Zaznacz prawidłowe dokończenie poniższego zdania.
DNA E. coli zawierający m.in. geny operonu laktozowego
ma postać koliście zamkniętej cząsteczki i znajduje się w jądrze komórkowym.
ma postać liniowej cząsteczki i znajduje się w cytoplazmie.
ma postać koliście zamkniętej cząsteczki i znajduje się w cytoplazmie.
ma postać liniowej cząsteczki i znajduje się w jądrze komórkowym.
Informacja genetyczna warunkująca oporność drobnoustrojów na leki może być zapisana
w ich chromosomach lub plazmidach. Na rysunkach I–IV przedstawiono cztery różne
sposoby nabywania lekooporności przez bakterie, które należą do tego samego gatunku (I–III)
lub należące do różnych gatunków (IV).
Zastosowane oznaczenia: g – gen lekooporności, b – bakteriofag, ch – chromosom bakteryjny,
P – plazmid.
2.1. (0–1)
Podaj oznaczenie rysunku: I, II, III lub IV, na którym przedstawiono koniugację bakterii i określ, dlaczego koniugacja nie jest sposobem rozmnażania.
2.2. (0–1)
Na podstawie schematu oceń, czy poniższe stwierdzenia dotyczące sposobów nabywania lekooporności przez bakterie są prawdziwe. Zaznacz P, jeśli stwierdzenie jest prawdziwe, albo F – jeśli stwierdzenie jest fałszywe.
1.
Koniugacja u bakterii może się przyczynić do przenoszenia genu lekooporności wyłącznie pomiędzy różnymi gatunkami bakterii.
P
F
2.
Bakterie mogą stać się lekooporne, jeżeli nabędą odpowiedni gen lub plazmid z genem tylko od innych, żywych bakterii.
P
F
3.
Wirusy atakujące komórki bakterii mogą się przyczynić do przenoszenia genu lekooporności między nimi.
Do naczynia z zawiesiną bakterii zdolnych do samodzielnego ruchu włożono dwie kapilary:
I – z roztworem cukru,
II – z roztworem fenolu
i stwierdzono, że te bakterie gromadzą się w pobliżu ujścia kapilary zawierającej cukier,
a oddalają się od ujścia kapilary zawierającej fenol.
a)
Zaznacz rodzaj ruchu bakterii opisanego w tekście.
nastie
taksje
tropizmy
b)
Zaznacz nazwę rodzaju receptorów błonowych, dzięki któremu opisane bakterie reagują na substancje znajdujące się w ich środowisku.
termoceceptory
fotoreceptory
chemoreceptory
c)
Określ biologiczne znaczenie opisanych reakcji dla tych bakterii.
