Matura CKE Czerwiec 2024 – Biologia Rozszerzona

Akwaporyna jest białkiem transportującym wodę przez błonę komórkową. Występuje m.in. w komórkach nabłonka kanalików zbiorczych nefronu człowieka – tworzy kanały białkowe w błonie komórkowej. Kierunek transportu wody wynika z różnicy jej stężeń między cytozolem komórki nabłonka a światłem kanalika nefronu.
Akwaporyna powstaje dzięki ekspresji genu AQP2 leżącego na chromosomie 12 i składa się z czterech łańcuchów polipeptydowych, z których każdy jest zbudowany z 271 reszt aminokwasowych. Mutacje w genie AQP2 mogą powodować powstawanie niefunkcjonalnej akwaporyny, co jest przyczyną moczówki prostej nerkowej.
Na poniższym schemacie przedstawiono strukturę akwaporyny widzianej w płaszczyźnie błony komórkowej (A) oraz widzianej od wewnętrznej strony błony komórkowej (B).
Na podstawie: F. Ando, S. Uchida, Activation of AQP2 Water Channels Without Vasopressin: Therapeutic Strategies for Congenital Nephrogenic Diabetes Insipidus, „Clinical and Experimental Nephrology” 22(3), 2018; A. Frick i in., X-ray Structure of Human Aquaporin 2 and its Implications for Nephrogenic Diabetes Insipidus and Trafficking, „PNAS” 111(17), 2014.

Podczas oddychania tlenowego związki organiczne są całkowicie utleniane do CO$_2$ i H$_2$O. W końcowym etapie utleniania protony i elektrony przenoszone przez NADH + H$^+$ oraz FADH$_2$ są przekazywane kompleksom białkowym wchodzącym w skład łańcucha oddechowego. Synteza jednej cząsteczki ATP wymaga przeniesienia około czterech protonów z przestrzeni międzybłonowej do macierzy przez kompleks syntazy ATP.
Na poniższym schemacie przedstawiono łańcuch oddechowy z uwzględnieniem przenoszenia protonów (H$^+$) oraz elektronów (e$^-$). Kompleksy I, III i IV transportują protony z macierzy mitochondrialnej do przestrzeni międzybłonowej. Kompleks II jest pozbawiony tej aktywności.
Na podstawie: Z. Wu i in., Targeting Mitochondrial Oxidative Phosphorylation in Glioblastoma Therapy, „Neuromolecular Medicine” 24(1), 2022.

Jądro komórkowe jest otoczone dwiema błonami jądrowymi tworzącymi wspólnie otoczkę jądrową. Tuż pod wewnętrzną błoną jądrową znajduje się blaszka jądrowa, której głównym składnikiem są laminy zaliczane do filamentów pośrednich cytoszkieletu. Laminy pełnią funkcję wzmacniającą, a także odpowiadają za organizację chromatyny oraz za regulację ekspresji genów. Filamenty blaszki jądrowej ulegają demontażowi i formowaniu na nowo przy każdym podziale komórkowym.
Na poniższym schemacie przedstawiono strukturę blaszki jądrowej. Na fioletowo zaznaczono białka związane z otoczką jądrową, na ciemnoróżowo – czynniki transkrypcyjne, a na niebiesko – białka związane z chromatyną.
Na podstawie: H.D.M. Coutinho i in., Molecular Ageing […], „Immunity and Ageing” 6(4), 2009.

Poniższe mikrofotografie przedstawiają przekrój poprzeczny przez blaszkę liściową rośliny dwuliściennej – ligustru (Ligustrum): A – widok ogólny (powiększenie 100×); B – dolna epiderma z aparatami szparkowymi (powiększenie 400×).
Fotografia: Berkshire Community College Bioscience Image Library.

Kierunek i szybkość przepływu wody między komórką a środowiskiem zewnętrznym lub między sąsiadującymi ze sobą komórkami zależą od gradientu potencjału wody. Wartość potencjału wody ($\Psi_W$) zależy od wartości potencjału osmotycznego ($\Psi_S$) i od wartości potencjału ciśnienia ($\Psi_P$):
• wartość potencjału osmotycznego jest miarą siły, z jaką roztwór związków osmotycznie czynnych rozpuszczonych w cytozolu i w soku komórkowym przeciąga cząsteczki wody przez błonę półprzepuszczalną
• wartość potencjału ciśnienia jest odzwierciedleniem turgoru – ciśnienia hydrostatycznego wywieranego przez protoplast na ścianę komórkową.
Na poniższym wykresie przedstawiono zmiany wartości potencjału osmotycznego i potencjału ciśnienia w komórce zachodzące podczas obserwowanych zmian objętości komórki. Na wykresie zaznaczono dwa stany fizjologiczne komórki: stan A oraz stan B.
Na podstawie: J. Kopcewicz, S. Lewak, Fizjologia roślin, Warszawa 1998; H. Wiśniewski, Biologia z higieną i ochroną środowiska, Warszawa 1995.

Przemianie pokoleń u roślin towarzyszą przemiana faz jądrowych i podział redukcyjny – mejoza. W wyniku mejozy u roślin powstają zarodniki.
Na poniższej ilustracji przedstawiono mech oraz paproć. Obydwa gatunki zilustrowano w fazie rozwojowej, w której gametofit jest połączony ze sporofitem. Poszczególne pokolenia mchu oraz paproci oznaczono na ilustracji literami A–D.
Uwaga: na ilustracji nie zachowano proporcji wielkości.
Na podstawie: E. Step, Wayside and Woodland Blossoms. A Pocket Guide to British Wild Flowers for the Country Rambler, Londyn 1895.
Fotografia: University of Wisconsin–Madison Botany Department Teaching Collection.

Czereśnia (Prunus avium) jest drzewem naturalnie występującym w polskich lasach, a także drzewem owocowym uprawianym w sadach. W warunkach naturalnych czereśnie osiągają do 30 metrów wysokości. Owoce czereśni mają mięsisty mezokarp i zdrewniały endokarp. Powierzchnia egzokarpu – skórki jest pokryta substancjami woskowymi. Poniżej przedstawiono fotografię owoców czereśni (A) oraz schemat budowy owocu w przekroju podłużnym (B).
Uwaga: nie zachowano wspólnej skali fotografii i schematu.
Na podstawie: www.ekologia.pl
Fotografia i schemat: Wikimedia Commons.

Dobór płciowy jest szczególnym przypadkiem doboru naturalnego, który wynika z konkurencji o partnera płciowego. W sytuacji, gdy w populacji jest dostatecznie duża liczba samców, konkurują one między sobą o samicę, a ta może wybierać samców na podstawie ich określonych cech.
U niektórych owadów samce mogą w czasie zalotów dostarczać samicy pożywienie, co określane jest jako „karmienie godowe”. Samica wojsiłki (Hylobittacus apicalis) zezwala samcowi na kopulację tylko wtedy, gdy ten przyniesie jej odpowiednio dużego stawonoga, którego będzie mogła w tym czasie zjeść. Samice w okresie godowym rzadko polują samodzielnie – polegają głównie na „ofiarach godowych” dostarczanych przez samce przed kopulacją. Sukces reprodukcyjny samicy jest ograniczony liczbą jaj, które może ona złożyć, co zależy m.in. od stanu fizjologicznego owada. Średnia liczba jaj składanych przez samicę wynosi 14 dziennie (w 4 cyklach). Ani samica, ani samiec wojsiłki nie wykazują opieki rodzicielskiej.
Na poniższych wykresach przedstawiono wyniki obserwacji kopulacji H. apicalis.
Na podstawie: J.R. Krebs i in., An Introduction to Behavioural Ecology, Hoboken 2012.

Na poniższych wykresach przedstawiono zależność między wielkością stada gołębi grzywaczy (Columba palumbus) a skutecznością ataków jastrzębi (Accipiter gentilis) (wykres A) oraz zależność między liczbą gołębi w stadzie a odległością jastrzębia od stada w momencie reakcji stada na atak drapieżnika – poderwania się stada do lotu (wykres B).
Na podstawie: J.R. Krebs i in., An Introduction to Behavioural Ecology, Hoboken 2012.
Oceń, czy na podstawie przedstawionych wyników badań można sformułować wnioski podane w tabeli. Zaznacz T (tak), jeśli wniosek można sformułować na podstawie wyników badań, albo N (nie) – jeśli nie można go sformułować.

1.	Sukces jastrzębi atakujących stada gołębi grzywaczy jest mniejszy podczas ataków na duże stada gołębi.	P	F
2.	Im większe jest stado gołębi, tym wcześniej zostaje dostrzeżony jastrząb lecący w ich kierunku.	P	F

W królestwie zwierząt hermafrodytyzm (obojnactwo) – obecność zarówno męskich, jak i żeńskich narządów płciowych – występuje dość powszechnie, zwłaszcza u bezkręgowców. Obojnakami są np. dżdżownice czy tasiemce.
Z kolei u motyli występuje wyraźny dymorfizm płciowy, ale rzadko obserwuje się również osobniki o cechach fenotypowych obu płci nazywane gynandromorfami. W niektórych komórkach gynandromorfów znajduje się męski materiał genetyczny, a w pozostałych – żeński, co przekłada się na zaskakujący wygląd. Te cechy nie są przekazywane kolejnym pokoleniom, ponieważ gynandromorfy nie mogą się rozmnażać z powodu nieprawidłowości w budowie układu rozrodczego.
Gynandromorf może powstać, jeżeli w trakcie zapłodnienia do komórki jajowej mającej dwa jądra komórkowe wnikną dwa plemniki. W efekcie powstają dwie linie komórkowe, które na skutek podziałów i różnicowania tworzą chimerowy organizm – łatwy do zidentyfikowania po przepoczwarczeniu.
Na poniższych zdjęciach przedstawiono przedstawicieli gatunku Papilio androgeus – samicę, gynandromorfa i samca.
Na podstawie: K. Kornicka, Dwie płcie w jednym ciele, „Wiedza i Życie” 6(1038), 2021.
Fotografia: Wikimedia Commons.

Rozwielitka pchłowata (Daphnia pulex) to niewielki organizm słodkowodny. Samice rozwielitek osiągają długość od 1 mm do 3,5 mm. Ich owalne ciało jest spłaszczone oraz podzielone na słabo wyodrębnione tagmy: głowę, tułów i odwłok. Na głowie znajdują się dwie pary czułków oraz oczy złożone. Na tułowiu i odwłoku jest łącznie pięć par odnóży krocznych, a ciało okrywa przejrzysty karapaks – twardy pancerz zbudowany z chityny, który na końcu jest wyciągnięty w kolec.
Fotografia: A.A.C. Pearson.
Dokończ zdanie. Zaznacz odpowiedź A albo B oraz odpowiedź 1., 2. albo 3.
Rozwielitka pchłowata należy do typu

A.	stawonogów	oraz do gromady	1.	skorupiaków.
B.	mięczaków		2.	owadów.
			3.	małży.

Laktoza jest cukrem obecnym w wielu produktach spożywczych, a także – w lekach. Aby określić, czy niewielkie dawki laktozy znajdujące się w lekach są dopuszczalne dla osób cierpiących na nietolerancję laktozy, przeprowadzono następujące badanie. Chorych podzielono na trzy grupy w zależności od przyjmowanej substancji i od dawki:
• grupa A – laktoza w dawce 20 g
• grupa B – laktoza w dawce 0,4 g
• grupa C – placebo w dawce 0,4 g.
Następnie określano na podstawie deklaracji badanych osób nasilenie objawów żołądkowo-jelitowych w skali od 0 (brak objawów) do 16 (najwyższe nasilenie). Na poniższym wykresie przedstawiono uśrednione wyniki badania.
Na podstawie: M. Montalto i in., Low-dose Lactose in Drugs […] Gastrointestinal Symptoms, „Alimentary Pharmacology and Therapeutics” 28(8), 2008.

Serotonina jest neuroprzekaźnikiem uwalnianym do szczeliny synaptycznej. Cząsteczki serotoniny dyfundują w poprzek szczeliny synaptycznej i łączą się z receptorami w błonie komórkowej neuronów postsynaptycznych, co w przypadku receptorów 5-HT$_3$ prowadzi do otwarcia kanałów jonowych i depolaryzacji błony postsynaptycznej. Aby neuron postsynaptyczny szybko uległ repolaryzacji, pozostała ilość neuroprzekaźnika w szczelinie synaptycznej musi zostać szybko usunięta – serotonina jest transportowana z powrotem do zakończeń synaptycznych (wychwyt zwrotny). Niektóre leki przeciwdepresyjne są inhibitorami wychwytu zwrotnego serotoniny.
Na podstawie: E.P. Solomon i in., Biologia, Warszawa 2020.
Określ wpływ inhibitorów wychwytu zwrotnego serotoniny na stężenie serotoniny w szczelinie synaptycznej i na szybkość repolaryzacji neuronu postsynaptycznego zawierającego receptory 5-HT$_3$.

Do podstawowych azotowych produktów metabolizmu zwierząt należą: amoniak, mocznik i kwas moczowy. Różnią się one złożonością budowy, rozpuszczalnością w wodzie, toksycznością oraz nakładami energetycznymi związanymi z ich syntezą.
Na podstawie: E.P. Solomon i in., Biologia, Warszawa 2020.

Skurcz mięśnia jest wywołany impulsem nerwowym docierającym do włókna mięśniowego za pośrednictwem neuronów ruchowych. Rozgałęzione aksony tych neuronów tworzą z włóknami mięśniowymi synapsy nerwowo-mięśniowe. Wzbudzenie włókna mięśniowego i pojawienie się w nim potencjału czynnościowego powodują uwolnienie z siateczki sarkoplazmatycznej do cytozolu jonów Ca$^{2+}$, które są niezbędne do rozpoczęcia skurczu. Utrzymanie wysokiego stężenia jonów wapnia wewnątrz miofibryli wymaga stałego dopływu impulsów nerwowych. Brak impulsu jest przyczyną szybkiego obniżenia stężenia jonów Ca$^{2+}$ w sarkoplazmie do stanu spoczynkowego. Skutkuje to odłączeniem jonów Ca$^{2+}$ od troponiny, a filament aktynowy w kompleksie z innymi białkami wchodzi w fazę spoczynkową.
Na rysunku przedstawiono filament aktynowy w kompleksie z troponiną i topomiozyną w dwóch stanach: spoczynkowym (rysunek A) oraz pobudzonym (rysunek B).
Na podstawie: N.A. Campbell i in., Biologia, Poznań 2012.

Stężenie glukozy w osoczu krwi jest regulowane przez wiele czynników. Na poniższym schemacie przedstawiono podstawowe przemiany glukozy w organizmie człowieka.

Na opakowaniu galaretki owocowej podano następującą informację: „Pamiętaj, że świeże owoce kiwi i ananasa powodują, że galaretka nie tężeje”, oraz zwrócono uwagę na obecność żelatyny w składzie produktu. Żelatyna to produkt częściowej hydrolizy białka – kolagenu.
W celu sprawdzenia, czy sparzenie wrzącą wodą owoców kiwi wpłynie na aktywność proteazy w nich zawartej, uczniowie zaplanowali doświadczenie, do którego przygotowano następujące materiały:
• dwie szklanki z ostudzoną, ale jeszcze niestężałą galaretką owocową
• dwie miseczki z rozdrobnionymi owocami kiwi
• wrzącą wodę.
Źródło: […] Galaretka. Truskawkowy Smak, Warszawa 2023.

Hemofilia typu B jest chorobą dziedziczoną w sposób recesywny, sprzężony z płcią.
Na podstawie: C. Lee i in. (red.), Textbook of Hemophilia, Singapur 2010.

U myszy allel warunkujący czarne ubarwienie sierści B dominuje nad allelem b warunkującym białą barwę sierści. W pewnej populacji tych gryzoni będącej w stanie równowagi genetycznej częstość allelu b wynosi 0,3.

Ekologiczna nisza podstawowa gatunku to nisza potencjalnie zajmowana przez ten gatunek w warunkach optymalnych, natomiast nisza zrealizowana jest częścią niszy podstawowej, zajmowaną przez gatunek w danych warunkach abiotycznych i biotycznych.
Drożdże Saccharomyces cerevisiae w środowisku naturalnym bytują m.in. na powierzchni owoców winorośli, na której – mimo warunków tlenowych – głównie przeprowadzają fermentację alkoholową. Na powierzchni owoców winorośli występują także różne bakterie, które – podobnie jak S. cerevisiae – jako główne źródło energii wykorzystują glukozę. Badania wykazały, że bakterie wydzielają kwas mlekowy, modyfikujący metabolizm komórek drożdży. W obecności kwasu mlekowego drożdże wykorzystują do wzrostu związki, które nie są substratami fermentacji alkoholowej, dzięki czemu ich wzrost i żywotność są lepsze.
Na podstawie: D. Jarosz i in., Cross-kingdom Chemical Communication […], „Cell” 158(5), 2014;
D.M. Garcia i in., A Common Bacterial Metabolite Elicits […], „eLife” 5, 2016.
Na podstawie przedstawionych informacji podaj dwa różne argumenty wskazujące na to, że nisze ekologiczne opisanych drożdży i bakterii w znacznym zakresie się pokrywają.
Argument 1.:
Argument 2.:

Przed epoką wielkich odkryć geograficznych występowała w Ameryce Północnej muchówka, której larwy żyły w owocach rodzimych głogów. Po przybyciu Europejczyków, którzy uprawiali drzewa owocowe, wykształciły się rasy pokarmowe tej muchy żerujące także na jabłoniach i wiśniach. Te trzy rasy są częściowo odizolowane od siebie, ponieważ owoce żywicielskie: wiśnia, jabłoń i głóg, dojrzewają w różnym czasie – od wiosny do lata. Jest to początkowe stadium specjacji.
Na podstawie: E.O. Wilson, Różnorodność życia, Warszawa 1999;
H. Krzanowska, A. Łomnicki (red.), Zarys mechanizmów ewolucji, Warszawa 2002.

Glifosat jest jednym z najczęściej stosowanych herbicydów. Jego działanie polega na zahamowaniu szlaku metabolicznego, który umożliwia roślinom, grzybom i bakteriom syntezę aminokwasów aromatycznych – dla zwierząt aminokwasy aromatyczne są związkami egzogennymi. W 1996 roku wprowadzono na rynek modyfikowaną genetycznie soję zawierającą gen kodujący kluczowy enzym opisanego szlaku, zmieniony tak, aby był odporny na działanie glifosatu. Dzięki temu rośliny soi mogą rosnąć i wydawać plony w obecności herbicydu. Od tego czasu opracowano też odmiany soi z innymi modyfikacjami genetycznymi, zapewniające odporność na inne herbicydy, na szkodniki czy ze zmienioną zawartością kwasów tłuszczowych. W 2018 roku soja stanowiła około 50% transgenicznych upraw.
Na podstawie: K. Kumar i in., Genetically Modified Crops […], „Planta” 251(5), 2020.

Lipiennik Loesela (Liparis loeselii) to storczyk objęty ochroną ścisłą oraz umieszczony w Polskiej czerwonej księdze roślin jako gatunek wysokiego ryzyka. Występuje on na terenach podmokłych – na torfowiskach lub turzycowiskach zasilanych wodami bogatymi w związki wapnia. W Polsce notowano jego obecność na ponad 200 stanowiskach na niżu: przede wszystkim w północnej, zachodniej i środkowej części kraju, w większości – w pasie pojezierzy i pobrzeża.
Na podstawie: natura2000.gdos.gov.pl
Wyjaśnij, dlaczego – oprócz ochrony gatunkowej – konieczne stało się również wprowadzenie ochrony siedliskowej lipiennika Loesela, m.in. w ramach sieci Natura 2000. W odpowiedzi odnieś się do warunków życia tego gatunku.