Komórki uzyskują energię w procesie oddychania tlenowego lub beztlenowego.
Na schemacie przedstawiono w uproszczeniu jeden z rodzajów oddychania komórkowego.
a)
Podaj nazwę typu oddychania komórkowego – tlenowe albo beztlenowe – przedstawionego na schemacie. Odpowiedź uzasadnij.
b)
Podaj nazwy albo wzory chemiczne substratów lub produktów oddychania, które należałoby wpisać w miejsca oznaczone na schemacie cyframi 1 i 2.
Cyjanki są związkami trującymi, których śladowe ilości mogą dostać się do organizmu.
Działanie toksyczne cyjanków polega na blokowaniu oksydazy cytochromowej, która jest
ostatnim ogniwem przenośników elektronów w łańcuchu oddechowym. W badaniach
laboratoryjnych stwierdzono, że już śladowe ilości jonów cyjankowych powodują wzrost
stężenia jonów mleczanowych w osoczu krwi.
Na podstawie: http://www.czytelniamedyczna.pl/3462,rozpoznanie-i-leczenie-zatruc-cyjankami-w-okresie-przedszpitalnym.html, „Postępy Nauk Medycznych”, nr 9/2010.
Wyjaśnij związek między działaniem cyjanków a wzrostem stężenia jonów mleczanowych we krwi człowieka.
Mitochondria i chloroplasty pochodzą najpewniej od bakterii żyjących samodzielnie, które zostały pobrane do wnętrza komórki przodka organizmów eukariotycznych, ale nie zostały strawione. W obydwu organellach dochodzi do syntezy ATP. Zgodnie z modelem chemiosmozy, dzięki transportowi elektronów przez przenośniki związane z błoną, protony (H+) są przepompowywane na jej drugą stronę: w mitochondriach z matriks do przestrzeni międzybłonowej, a w chloroplastach – ze stromy do wnętrza (światła) tylakoidu. W błonę wbudowany jest enzym – syntaza ATP, który wykorzystuje do swojego działania powstałą różnicę stężeń H+. Źródła elektronów, przechodzących przez przenośniki łańcucha transportu elektronów, są różne w mitochondriach i w chloroplastach, ale istota
procesu chemiosmozy jest taka sama w obydwu organellach – co przedstawiono na poniższym schemacie.
Na podstawie: Biologia, red. N.A. Campbell, Poznań 2012.
4.1. (0–1)
Podaj jeden argument na rzecz endosymbiotycznego pochodzenia mitochondriów i chloroplastów.
4.2. (0–1)
Na podstawie podanych informacji oceń prawdziwość stwierdzenia: „Synteza ATP w mitochondriach i chloroplastach zachodzi bezpośrednio w procesie przepompowywania protonów (H+) podczas transportu elektronów przez przenośniki łańcucha transportu elektronów”. Odpowiedź uzasadnij.
4.3. (0–1)
Określ, czy transport protonów (H+) z matriks mitochondrium i stromy chloroplastu jest aktywny, czy – bierny. Odpowiedź uzasadnij, korzystając z przedstawionych informacji.
4.4. (0–1)
Wyjaśnij, dlaczego zbyt wysoka temperatura może doprowadzić do zatrzymania syntezy ATP w mitochondriach i chloroplastach.
4.5. (0–1)
Podaj, w której fazie fotosyntezy (zależnej od światła czy niezależnej od światła) powstaje i do czego jest następnie wykorzystywany ATP wytwarzany w chloroplastach komórki roślinnej.
4.6. (0–1)
Podaj jeden przykład powiązania procesów metabolicznych zachodzących w chloroplastach z metabolizmem mitochondriów tej samej komórki roślinnej.
Na schemacie przedstawiono fragment wnętrza mitochondrium – matriks i błonę wewnętrzną.
Literami X i Y oznaczono miejsca zachodzenia określonych etapów oddychania tlenowego.
Błona zewnętrzna mitochondrium nie jest widoczna.
a)
Podaj nazwę etapu oddychania tlenowego, oznaczonego na schemacie literą X.
b)
Wyjaśnij, jaką funkcję pełnią białka tworzące kompleks oznaczony na schemacie literą Y.
c)
Oceń prawdziwość informacji opisujących błony mitochondrialne. Zaznacz P, jeśli informacja jest prawdziwa, albo F – jeśli jest fałszywa.
1.
Syntaza ATP występuje w błonie zewnętrznej i wewnętrznej mitochondrium
P
F
2.
Wewnętrzna błona mitochondrium ma większą powierzchnię niż błona zewnętrzna
P
F
3.
Wewnętrzna błona mitochondrium jest dobrze przepuszczalna dla większości małych cząsteczek i jonów.
Na schemacie przedstawiono, w sposób uproszczony, zmiany w tempie zużywania substratów i wytwarzania produktów w przebiegu następujących po sobie dwóch procesów (I i II), dostarczających energii z utleniania glukozy w komórkach intensywnie pracujących mięśni szkieletowych.
a)
Podaj nazwę każdego z przedstawionych procesów.
I.
II.
b)
Podaj nazwę związku chemicznego powstającego w przebiegu procesu II w komórce mięśniowej i oznaczonego na schemacie literą X.
W tkankach roślin zwykle odbywa się oddychanie tlenowe, w warunkach braku lub niedoboru
tlenu występuje też fermentacja mlekowa. Podczas beztlenowego rozkładu 1 mola glukozy
do 2 moli pirogronianu, powstają 2 mole NADH oraz 2 mole ATP w procesie fosforylacji
substratowej. W tlenowych etapach rozkładu 2 moli pirogronianu wytwarzane są 2 mole ATP
w procesie fosforylacji substratowej oraz 8 moli NADH i 2 mole FADH2. Z utleniania tych
cząsteczek NADH i FADH2 oraz NADH powstałego w czasie glikolizy powstają 32 mole
ATP (dane teoretyczne). Ilość energii niezbędna do syntezy 1 mola ATP wynosi 12 kcal.
Spalanie 1 mola glukozy w bombie kalorymetrycznej wyzwala 687 kcal energii.
Na podstawie: J. Kopcewicz, Podstawy biologii roślin, Warszawa 2012, s. 193–195.
a)
Porównaj losy NADH powstałego podczas fermentacji mlekowej z losami NADH powstałego podczas tlenowego rozkładu glukozy. W tym celu wypełnij poniższą tabelę.
Rodzaj oddychania
Proces, w którym NADH bierze udział jako substrat
Lokalizacja procesu, w którym NADH bierze udział jako substrat
fermentacja mlekowa
oddychanie tlenowe
b)
Oblicz teoretyczną wydajność energetyczną oddychania tlenowego oraz wydajność energetyczną fermentacji mlekowej dla 1 mola glukozy. Przedstaw swoje obliczenia – wyniki podaj w procentach.
Synteza kwasów tłuszczowych w komórkach roślinnych odbywa się w chloroplastach
i proplastydach. Na schemacie przedstawiono cykl Calvina i jego związek z innymi
przemianami metabolicznymi.
Na podstawie: Encyklopedia biologiczna, red. W. Sawicki, Kraków 2002, t. X, s. 230.
a)
Wykaż związek cyklu Calvina z syntezą kwasów tłuszczowych w chloroplastach.
b)
Podaj nazwę struktury komórki zwierzęcej oraz nazwę zachodzącego w niej procesu, dostarczającego substratu do syntezy kwasów tłuszczowych w takich komórkach.
Współczynnik oddechowy WO (RQ) to iloraz objętości dwutlenku węgla wydalonego przez organizm i objętości zużytego tlenu. W przypadku zużywania węglowodanów jako źródła energii współczynnik przyjmuje wartość równą jedności, dla białek – około 0,9, a dla tłuszczów – około 0,7. U pewnego gatunku owada, którego larwy są roślinożerne, mierzono zmiany wartości WO podczas procesu przeobrażania. Stwierdzono, że przed przejściem w stadium poczwarki, kiedy larwy stały się nieruchliwe i nie pobierały pokarmu, ich współczynnik oddechowy zmniejszył się z 0,99 do 0,85.
Na podstawie przedstawionych informacji podaj przypuszczalne wyjaśnienie spadku wartości współczynnika WO u badanego owada.
Komórki drożdży mogą funkcjonować zarówno w obecności tlenu, jak i przy jego braku
(warunki beztlenowe). Jednak w warunkach tlenowych mnożą się one szybciej.
Na podstawie: B. Alberts, D. Bray, A. Johnson, J. Lewis, M. Raff, K. Roberts, P. Walter, Podstawy biologii komórki, Warszawa 1999.
Wyjaśnij, dlaczego w warunkach tlenowych drożdże rosną (pączkują) lepiej.
Przechowywanie ziarna zbóż wymaga zachowania odpowiednich warunków. Nasiona zbóż
przechowuje się w stanie suchym, w pomieszczeniach zabezpieczonych przed wilgocią.
W takich warunkach ich oddychanie jest ograniczone.
a)
Wyjaśnij, dlaczego przechowywanie nasion zbóż w suchych pomieszczeniach skutkuje ograniczeniem ich procesu oddychania.
b)
Wyjaśnij, dlaczego nasilenie procesu oddychania w przechowywanych ziarnach zbóż jest zjawiskiem niekorzystnym z gospodarczego punktu widzenia.
