Zadania maturalne z biologii

Na poniższym schemacie przedstawiono reakcję układu odpornościowego wywołaną kontaktem z alergenem – pyłkiem roślin. Po pierwszym kontakcie z alergenem – przez aktywowane komórki układu odpornościowego – są wytwarzane przeciwciała łączące się z odpowiednimi receptorami na powierzchni komórek efektorowych. Po ponownym kontakcie z alergenem dochodzi do rozpoznania antygenu na powierzchni pyłku przez te przeciwciała i – w konsekwencji – do uwolnienia histaminy i innych mediatorów z komórek efektorowych. Na schemacie nie zachowano proporcji wielkości poszczególnych elementów.

Na podstawie: E. Nuñez-Borque i in., Pathophysiological, Cellular, and Molecular Events of the Vascular System in Anaphylaxis, „Frontiers in Immunology” 13, 2022.

Do komórek oznaczonych na schemacie 1.–3. dopasuj ich odpowiednie nazwy spośród poniższych. Wpisz odpowiednie nazwy w wyznaczone miejsca.

bazofil       plazmocyt       limfocyt B       limfocyt T pomocniczy

1. …………………………………………………………..
2. …………………………………………………………..
3. …………………………………………………………..

Która klasa przeciwciał jest zaangażowana w reakcję alergiczną prowadzącą do uwolnienia histaminy w wyniku powtórnego kontaktu z alergenem? Wybierz właściwą odpowiedź spośród podanych.

A. IgA       B. IgD       C. IgE       D. IgG

Helicobacter pylori to bakteria, która może występować w żołądku człowieka. Jednym z ważniejszych mechanizmów umożliwiających tej bakterii zasiedlanie żołądka jest wytwarzanie ureazy – enzymu koniecznego do utrzymania niemal neutralnego pH cytoplazmatycznego, tzn. w zakresie 5,0–7,0. Podwyższone względem soku żołądkowego pH obserwuje się także w bezpośrednim sąsiedztwie komórki bakteryjnej. Wytwarzana przez wszystkie szczepy H. pylori ureaza jest białkiem składającym się z dwunastu identycznych podjednostek, z których każda zawiera dwa łańcuchy: UreA i UreB. W każdym z dwunastu miejsc aktywnych znajduje się trwale związana para atomów niklu, niezbędnych do katalizy reakcji przedstawionej poniżej:

W diagnostyce zakażenia H. pylori stosuje się tzw. ureazowy test oddechowy. Zasada tego testu opiera się na zdolności ureazy do rozkładu mocznika wprowadzanego do organizmu. W tym teście pacjent wypija roztwór mocznika, którego atom węgla jest znakowany izotopowo (np. ¹³C). Gdy mocznik jest rozkładany w żołądku przez bakteryjną ureazę, to znakowany ¹³CO₂, będący produktem tej reakcji, jest wchłaniany przez warstwę śluzową żołądka i usuwany z organizmu wraz z wydychanym powietrzem. Wówczas staje się możliwe wykrycie izotopu węgla ¹³C w wydychanym powietrzu. Analiza próbek wydychanego powietrza opiera się na spektrometrii masowej wysokiej rozdzielczości, pozwalającej wykryć różnicę masy między cząsteczkami zawierającymi izotop ¹³C a cząsteczkami zawierającymi izotop ¹²C. Diagnostyka inwazyjna opiera się na izolacji H. pylori z materiału pobranego podczas badania górnego odcinka przewodu pokarmowego.

Na podstawie: S. Ansari i Y. Yamaoka, Survival of Helicobacter pylori in Gastric Acidic Territory „Helicobacter” 22(4), 2017;
W. Irving i in., Krótkie wykłady. Mikrobiologia medyczna, Warszawa 2008;
L. Mazzei i in., The Structure-based Reaction Mechanism of Urease, a Nickel Dependent Enzyme: Tale of a Long Debate, „Journal of Biological Inorganic Chemistry” 25(6), 2020;
X. Xia, Multiple Regulatory Mechanisms for pH Homeostasis in the Gastric Pathogen, Helicobacter pylori, „Advances in Genetics” 109, 2022;
H. Zhu i in., Bacterial Killing in Gastric Juice – Effect of pH and Pepsin on Escherichia coli and Helicobacter pylori, „Journal of Medical Microbiology” 55(9), 2006; pdb101.rcsb.org/motm/158

Wyjaśnij, w jaki sposób wytwarzanie ureazy przez bakterie H. pylori zapobiega niszczącemu działaniu pepsyny na ich komórki. W odpowiedzi uwzględnij odczyn najbliższego otoczenia komórek tych bakterii.

Rozstrzygnij, czy aktywna forma ureazy jest białkiem prostym, czy – złożonym. Odpowiedź uzasadnij, odnosząc się do jednej cechy budowy tego białka.

Rozstrzygnięcie:

Opisz drogę znakowanego izotopowo dwutlenku węgla, jaką pokonuje ten związek chemiczny z soku żołądkowego do powietrza pęcherzykowego w płucach.

Która cecha występuje u bakterii – organizmów prokariotycznych? Zaznacz właściwą odpowiedź spośród podanych

A. translacja cząsteczki mRNA rozpoczynająca się przed zakończeniem jej syntezy
B. rybosomy o współczynniku sedymentacji równym 60S
C. celuloza jako główny składnik ściany komórkowej
D. obecność centrosomów

Jednym z warunków zachodzenia translacji w komórce jest synteza aminoacylo-tRNA (AA-tRNA). Rozpoznanie i przyłączenie odpowiedniego aminokwasu do tRNA zależy od enzymów – syntetaz aminoacylo-tRNA, które kowalencyjnie łączą każdy z aminokwasów z odpowiednim dla niego tRNA. Ta reakcja jest sprzężona z uwalnianiem energii w wyniku hydrolizy ATP. Dla każdego aminokwasu istnieje odrębna syntetaza. Ogółem w cytozolu komórek jest więc 20 różnych syntetaz. Syntetazy aminoacylo-tRNA rozpoznają właściwy tRNA na podstawie niektórych nukleotydów w ramionach aminokwasowym i antykodonowym.

Na rysunku przedstawiono syntezę jednego spośród 20 różnych aminoacylo-tRNA (strzałka A) oraz rozpoznawanie przez niego kodonu mRNA (strzałka B).

Na podstawie: B. Alberts i in., Podstawy biologii komórki, Warszawa 1999.

Na podstawie rysunku uzupełnij tabelę – wpisz w wyznaczone miejsca: nazwę aminokwasu przyłączanego do tRNA, sekwencję kodonu mRNA oraz sekwencję antykodonu AA-tRNA.

Na podstawie rysunku wymień wszystkie substraty i produkty reakcji syntezy AA-tRNA.

Substraty:

Rozstrzygnij, czy powyższa reakcja syntezy AA-tRNA jest przykładem anabolizmu, czy – katabolizmu. Odpowiedź uzasadnij.

Rozstrzygnięcie:

Wykaż, że specyficzność substratowa syntetaz AA-tRNA jest konieczna, aby powstający w czasie translacji peptyd miał prawidłową sekwencję aminokwasową.

Umaszczenie sierści kota jest determinowane przez współdziałanie wielu genów. Za umaszczenie pręgowane u kotów odpowiadają współdziałające dwa geny autosomalne A i M:

• allel A – warunkuje uwidocznienie się pręgowania
  allel a – warunkuje brak pręgowania
• allel M – odpowiada za pręgowanie tygrysie
  allel m – odpowiada za pręgowanie klasyczne.

Trzeci gen T o dominacji niepełnej w stosunku do genów A i M modyfikuje ich ekspresję:

• allel T – w stanie homozygotycznym decyduje o umaszczeniu gładkim (tzw. abisyńskim), a u heterozygot jest widoczne częściowe pręgowanie, występujące jedynie na łapach, na ogonie i na brzuchu
  allel t – w stanie homozygotycznym nie ma wpływu na umaszczenie.

Na poniższych zdjęciach przedstawiono koty o pręgowaniu klasycznym (I) i tygrysim (II).

Na podstawie: wszystkookotach.pl; poznajkota.pl
Fotografie: catspurfection.com; costa-rica-guide.com

Kotka o pręgowaniu tygrysim i kocur o pręgowaniu klasycznym mają już potomstwo bez pręgowania i o pręgowaniu klasycznym.

Podaj wszystkie możliwe genotypy kota z częściowym pręgowaniem typu klasycznego.

Podaj genotypy pokolenia rodzicielskiego i zapisz krzyżówkę genetyczną z uwzględnieniem tylko loci A i M. Na podstawie krzyżówki genetycznej określ możliwe fenotypy w pokoleniu potomnym oraz podaj ich oczekiwany stosunek.

Genotyp kotki: …………………………….

Genotyp kocura: ………………………….

Krzyżówka:

Stosunek fenotypowy:

Śnieżyca duża (Anser caerulescens) to gatunek ptaka gnieżdżącego się kolonijnie w północnej części Kanady. Okres składania jaj trwa około dwóch tygodni i odbywa się wczesnym latem. Ponieważ presja ze strony drapieżników rozkłada się na całą kolonię lęgową śnieżyc, równoczesne składanie i wysiadywanie jaj zwiększa szansę na uchronienie lęgów przed drapieżnikami, takimi jak lisy. Dzieje się tak, ponieważ lęgi pojawiają się niemal równocześnie w ilości przekraczającej możliwości drapieżnika. Śnieżyce, które składają jaja w czasie, gdy robi to większość osobników, mają większą szansę na wyprowadzenie lęgów. Prawdopodobieństwo przeżycia lęgów pojawiających się nieco wcześniej lub nieco później jest znacznie mniejsze.

Na poniższym wykresie przedstawiono względną wartość przystosowawczą wyrażoną średnią liczbą podlotów, czyli młodych opuszczających gniazdo. Względny dzień wylęgu piskląt jest określony jako liczba dni upływających od dnia najliczniejszego wylęgu w kolonii.

Na podstawie: C.J. Krebs, Ecology: Experimental Analysis of Distribution and Abundance, Harlow 2014.

Dokończ zdanie. Zaznacz odpowiedź A albo B oraz odpowiedź 1. albo 2.

Opisany powyżej rodzaj doboru naturalnego wpływający na moment składania jaj przez śnieżyce to dobór

Poniżej przedstawiono wyniki obserwacji dynamiki liczebności populacji drapieżnika i ofiary. Użyto osobników dwóch gatunków roztoczy o odmiennych strategiach pokarmowych: Eotetranychus sexmaculatus oraz Typhlodromus occidentalis. Hodowlę założono na owocach pomarańczy, których skórka służyła roślinożercy jako pokarm. Osobniki E. sexmaculatus zostały wprowadzone do układu badawczego siódmego marca, natomiast osobniki T. occidentalis wprowadzono jedenaście dni później.

Poniżej przedstawiono zmiany liczebności populacji (podano liczbę osobników w przeliczeniu na powierzchnię jednego owocu pomarańczy) obu gatunków roztoczy w czasie.

Na podstawie: C.B. Huffaker, Experimental Studies on Predation: Dispersion Factors and Predator–Prey Oscillations, „Hilgardia: A Journal of Agricultural Science” 14(27), 1958; C.J. Krebs, Ecology: Experimental Analysis of Distribution and Abundance, Harlow 2014.

Które zdanie jest poprawnym opisem wyników powyższej obserwacji? Zaznacz właściwą odpowiedź spośród podanych.

A. Szczyt liczebności populacji E. sexmaculatus nastąpił pięć dni po szczycie liczebności populacji T. occidentalis.
B. W dniu 30 marca populacja T. occidentalis była bardziej liczna niż populacja E. sexmaculatus.
C. Spadek liczebności populacji T. occidentalis miał miejsce przed spadkiem liczebności populacji E. sexmaculatus.
D. Przed wprowadzeniem T. occidentalis do hodowli liczebność populacji E. sexmaculatus rosła.

Zbadano różnorodność genetyczną rodzimych, tzn. występujących w Europie, populacji starca zwyczajnego (Senecio vulgaris) – rośliny z rodziny astrowatych – oraz inwazyjnych populacji tego gatunku występujących w Chinach. Azjatyckie populacje pochodzą od niewielkich grup osobników założycielskich zawleczonych z Europy. Średnia liczba alleli na locus w populacjach chińskich wynosi 2,17, a w populacjach europejskich wynosi 3,88.

Na podstawie: J.R. Freeland, Ekologia molekularna, Warszawa 2021.

Dokończ zdanie. Zaznacz właściwą odpowiedź spośród podanych.

Niższa różnorodność genetyczna populacji starca zwyczajnego w Chinach w porównaniu z populacjami rodzimymi w Europie jest efektem
A. mutacji.
B. specjacji.
C. doboru sztucznego.
D. dryfu genetycznego.

Pierwsze informacje o pojawieniu się w wodach zatoki Bodega na zachodnim wybrzeżu Stanów Zjednoczonych małża Gemma gemma, pochodzącego ze wschodniego wybrzeża Ameryki Północnej, są datowane na koniec XIX wieku. Od tego czasu ten obcy gatunek współwystępował z rodzimymi małżami z rodzaju Nutricola. Mimo że nisze ekologiczne małży z rodzajów Gemma i Nutricola częściowo się pokrywają, nie wpłynęło to znacząco na liczebność populacji małży z rodzaju Nutricola. Sytuacja zmieniła się dopiero pod koniec XX wieku, gdy w zatoce Bodega pojawił się kolejny gatunek obcy – żywiący się małżami krab brzegowy (Carcinus maenas). Badania wykazały, że ten krab odżywia się osobnikami obu gatunków małży, ale preferuje jako swoje ofiary małże z rodzaju Nutricola, głównie ze względu na ich większe rozmiary w stosunku do G. gemma. Okazało się także, że liczebność populacji małży G. gemma w wodach zatoki Bodega się zwiększyła.

Na podstawie: D. Rachalewska, „Invasional meltdown” zbieg okoliczności czy reguła?, „Kosmos” 63(1), 2014.

Wyjaśnij, dlaczego od czasu pojawienia się w wodach zatoki Bodega kraba brzegowego wzrosła liczebność populacji małży G. gemma. W odpowiedzi uwzględnij oddziaływania międzygatunkowe występujące w tym ekosystemie.

Mikroorganizmy celulolityczne wytwarzają wiele enzymów rozkładających celulozę. Funkcją celulaz jest hydroliza wiązań β-1,4-glikozydowych we włóknach celulozy. Ze względu na strukturę i aktywność enzymatyczną można wśród celulaz wyróżnić:

• endoglukanazy – działają w wewnętrznej, amorficznej części celulozy i rozkładają długie łańcuchy celulozy na oligodekstryny o różnej długości
• egzoglukanazy – działają na końcowe elementy łańcuchów cukrowych i mogą odłączać pojedyncze cząsteczki glukozy lub celobiozę – dwie cząsteczki glukozy połączone wiązaniem β-1,4-glikozydowym
• β-glukozydazy – degradują jednostki celobiozy oraz oligodekstryny do glukozy.

Na poniższym rysunku przedstawiono strukturę chemiczną celulozy.

Na podstawie: K. Poszytek, Mikrobiologiczna utylizacja celulozy, „Postępy mikrobiologii” 55(2), 2016.

Jakim numerem na powyższym schemacie zaznaczono wiązanie β-1,4-glikozydowe? Wybierz odpowiedź spośród podanych.

A. 1         B. 2         C. 3         D. 4

Uzupełnij zdanie. Wybierz odpowiedź spośród oznaczonych literami A i B oraz odpowiedź spośród oznaczonych literami C i D.

A. rozgałęzionym                 C. ścian komórkowych
B. nierozgałęzionym           D. błon komórkowych

Wykaż, że endoglukanazy znacznie przyśpieszają rozkład celulozy katalizowany przez egzoglukanazy.

Podaj nazwę wiązania między łańcuchami celulozy w mikrofibrylach – włóknach celulozowych, składających się z wielu równoległych cząsteczek celulozy.

Na poniższym zdjęciu z mikroskopu elektronowego przedstawiono budowę fragmentów dwóch komórek roślinnych – A i B, wchodzących w skład tej samej tkanki.

Na podstawie: B. Alberts i in., Podstawy biologii komórki, Warszawa 1999.

Uzupełnij tabelę. Wpisz w wyznaczone miejsca tabeli nazwy i funkcje struktur komórki roślinnej, zaznaczonych na kopiach powyższego zdjęcia kolorem czerwonym.

Struktura zaznaczona na zdjęciu
Nazwa struktury
Funkcja struktury

Uzupełnij zdania. Wybierz odpowiedź spośród oznaczonych literami A i B oraz odpowiedź spośród oznaczonych literami C i D.

A. różni się                 C. się zmniejsza
B. nie różni się          D. się zwiększa

Wyjaśnij, dlaczego wzrost stężenia cukrów prostych we wnętrzu wakuoli prowadzi do wzrostu turgoru komórki.

Podaj nazwę błony wakuolarnej, oddzielającej sok komórkowy od cytozolu.