1. Strona główna
  2. Zadania maturalne z biologii
  3. Zbiór zadań CKE, Poziom rozszerzony (Formuła 2015)

Biologia - Zbiór zadań CKE, Poziom rozszerzony (Formuła 2015) - Zadanie 21.

Kategoria: Enzymy Metabolizm - pozostałe Ekologia Typ: Podaj i uzasadnij/wyjaśnij Podaj/wymień

Ureaza to enzym należący do hydrolaz. Katalizuje on reakcję hydrolitycznego rozkładu mocznika. Występuje w bakteriach, drożdżach i niektórych roślinach wyższych. Do doświadczenia badającego wpływ stężenia ureazy na szybkość reakcji użyto 0,1-molowego roztworu kwasu octowego, 1% roztworu mocznika, roztworu ureazy i uniwersalnego wskaźnika pH, który zmienia barwę w zależności od środowiska (zasadowe – niebieska, kwasowe – czerwona). Na początku doświadczenia roztwory we wszystkich probówkach miały barwę czerwoną. Podczas doświadczenia w niektórych probówkach zaobserwowano zmianę barwy roztworów.
Na rysunku przedstawiono sposób przygotowania doświadczenia.

Na podstawie: http://www.biology-resources.com/biology-experiments2.html [dostęp: 09.11.2014].
a)Podaj nazwy produktów katalitycznej hydrolizy mocznika i podkreśl ten, który spowodował zaobserwowaną zmianę pH w niektórych próbkach.
b)Podaj numer próbki, w której czerwona barwa roztworu najszybciej zmieniła się na niebieską i uzasadnij odpowiedź.
c)Podaj numer probówki, która stanowi próbę kontrolną w doświadczeniu i uzasadnij odpowiedź.
d)Określ, czy wzrost stężenia enzymu, przy stałym początkowym stężeniu substratu, będzie proporcjonalnie zwiększać natężenie zachodzenia reakcji. Uzasadnij odpowiedź.
e)Wyjaśnij, na czym polega udział bakterii i grzybów produkujących ureazę w udostępnianiu roślinom związków azotowych.

Rozwiązanie

a)
(0-1)

amoniak i dwutlenek węgla

Przykłady poprawnych odpowiedzi

b)
(0-1)

Probówka 3., ponieważ w tej probówce było największe stężenie ureazy. Reakcja hydrolizy mocznika zachodziła tu najintensywniej, więc najwięcej wytworzyło się amoniaku. Ten związek chemiczny zmienia środowisko na zasadowe, co powoduje zmianę barwy roztworu na niebieską.

c)
(0-1)

Probówka 4.

  • W tej próbie (w przeciwieństwie do pozostałych) ureaza nie jest aktywna, wiec może ona stanowić punkt odniesienia (można porównać ją z próbami, w których jest aktywna ureaza).
  • W próbie 4. enzym nie będzie wpływał na hydrolizę mocznika, gdyż jest nieaktywny, więc barwa roztworu się nie zmieni i można ją porównać z pozostałymi próbami.

d)
(0-1)
  • Nie, ponieważ natężenie zachodzenia reakcji zależy też od stężenia substratu (zmniejszenie stężenia zwalnia reakcję) i stężenia produktu (którego nadmiar hamuje reakcję).
  • Nie, ponieważ natężenie zachodzenia reakcji zmniejsza się w miarę zmniejszania się stężenia substratu i wzrostu stężenia produktu.
  • Nie, ponieważ przy wyraźnym nadmiarze enzymu w stosunku do substratu kolejne cząsteczki enzymu nie będą miały się z czym połączyć.

e)
(0-1)
  • Bakterie i grzyby produkujące ureazę rozkładają w środowisku mocznik do amoniaku, który może być utleniany przez bakterie nitryfikacyjne do azotanów przyswajalnych przez rośliny.
  • Bakterie i grzyby glebowe wytwarzają ureazę, rozkładającą mocznik do amoniaku, tworzącego w roztworze wodnym (w odpowiednich warunkach) dostępne dla roślin jony amonowe.

Wskazówki

a)
Aby wykonać polecenie, trzeba wiedzieć, że w wyniku hydrolizy mocznika powstaje dwutlenek węgla i amoniak: CO(NH2)2 + H2O → 2 NH3 + CO2 . Następnie należy posłużyć się wiedzą chemiczną i zastanowić, czy charakter zasadowy ma amoniak, czy CO2, i zaznaczyć właściwy związek.

b)
Postęp hydrolizy można śledzić, używając wskaźnika pH. Ponieważ powstający amoniak ma charakter wyraźnie bardziej zasadowy niż dwutlenek węgla (który jest tlenkiem kwasowym), hydrolizie towarzyszy alkalizacja roztworu. Im szybciej wytworzy się amoniak, jako produkt reakcji, tym szybciej barwa zmieni się na niebieską. Tempo reakcji wzrasta wraz ze wzrostem stężenia enzymu (do pewnej granicy), a w probówce nr 3 stężenie ureazy jest największe. Tak więc w próbie 3. barwa niebieska pojawi się najwcześniej.

c)
Jak wiesz, próba kontrolna jest punktem odniesienia, daje możliwość porównania. Różni się od badawczej tym, że nie działa na nią badany czynnik, albo czynnik jest w optimum lub też przeprowadzona jest w warunkach podobnych do naturalnych. Czynnikiem, który miał przeprowadzić reakcję hydrolizy, jest ureaza, która pod wpływem wysokiej temperatury ulega denaturacji, wiec w próbie 4. nie jest aktywna i nie działa. Taką próbę kontrolną nazywamy negatywną, czyli doświadczeniem pomocniczym, przeprowadzonym w identyczny sposób jak doświadczenie właściwe, ale pozbawionym tego czynnika, który wpływa na badany efekt. Kontrolą pozytywną byłaby probówka z optymalnym stężeniem ureazy, ale jeśli nie znamy tego stężenia i badamy jedynie różnice w szybkości reakcji w zależności od stężenia enzymu, to łatwiej posłużyć się kontrolą negatywną, aby porównać próby badawcze z próbą, w której enzym nie wpływał na szybkość reakcji.

d)
Podczas reakcji zużywany jest substrat, więc maleje jego stężenie, a stężenie produktu rośnie. Brak substratu i nagromadzenie produktu hamują reakcję.

e)
Do środowiska trafiają różne związki zawierające azot, między innymi mocznik wydalany przez zwierzęta. Niestety większość roślin nie może wykorzystać go bezpośrednio. Przypomnij sobie, jakie związki azotowe są przyswajane przez rośliny. Większość roślin może pobierać azot z gleby tylko w postaci jonów azotanowych lub amonowych. Bakterie i grzyby zawierające ureazę hydrolizują mocznik obecny w środowisku. Powstający z hydrolizy mocznika amoniak, także nie jest przyswajany przez rośliny, jest wręcz toksyczny i musi zostać przekształcony. Bakterie nitryfikacyjne utleniają amoniak do przyswajalnych przez rośliny azotanów.