Matura CKE Maj 2025 – Biologia Rozszerzona

Rybonukleaza jest zbudowana z pojedynczego łańcucha polipeptydowego, składającego się ze 124 reszt aminokwasowych i stabilizowanego czterema mostkami disiarczkowymi. Podczas doświadczenia rybonukleazę poddano najpierw działaniu $\beta$-merkaptoetanolu, a następnie – działaniu mocznika. $\beta$-merkaptoetanol redukuje i – w konsekwencji – zrywa mostki disiarczkowe, a mocznik zaburza oddziaływania niekowalencyjne, m.in. zrywa występujące w białku wiązania wodorowe.
Na poniższym rysunku przedstawiono efekt denaturacji uzyskany podczas doświadczenia – rybonukleaza zmieniła strukturę przestrzenną i stała się nieaktywna. Następnie usunięto z roztworu najpierw mocznik, a potem $\beta$-merkaptoetanol. Enzym uległ spontanicznemu zwinięciu i odzyskał aktywność katalityczną.
Numerami oznaczono kolejne reszty aminokwasowe w łańcuchu polipeptydowym. Kolorami oznaczono pary reszt aminokwasowych tworzących mostki disiarczkowe w niezdenaturowanym białku.
Na podstawie: J.L. Tymoczko i in., Biochemia. Krótki kurs, Warszawa 2013.

Plastydy to zróżnicowana pod względem budowy i funkcji grupa organellów roślinnych. Do plastydów zaliczamy m.in.: proplastydy, amyloplasty, etioplasty, chloroplasty oraz chromoplasty. Podczas rozwoju rośliny jedne formy plastydów mogą się przekształcać w inne formy plastydów.
Poniżej przedstawiono mikrofotografie niewybarwionych tkanek roślinnych z widocznymi plastydami.
Uwaga: nie zachowano wspólnej skali mikrofotografii.
A B C
Na podstawie: P. Wojtaszek i in. (red.), Biologia komórki roślinnej. Struktura, Warszawa 2006.
Fotografie: K. Peters; R. Vossen, Microscopy of Nature. [...] (microscopyofnature.com);
M. Megías i in., Atlas of Plant and Animal Histology (mmegias.webs.uvigo.es).

Korzenie roślin wykazują najczęściej geotropizm dodatni. Centralna część czapeczki korzeniowej, w której znajdują się amyloplasty, jest miejscem odbioru kierunku działania siły ciężkości na korzeń. Przy zmianie położenia korzenia amyloplasty przesuwają się zawsze na dolną stronę komórki.
Na poniższej mikrofotografii przedstawiono wierzchołkową część młodego korzenia rzodkiewnika pospolitego (Arabidopsis thaliana) z ziarnami skrobi wybarwionymi na granatowo.
Na podstawie: J. Stanga i in., Studying Starch Content and Sedimentation of Amyloplast Statoliths in Arabidopsis Roots w: R.P. Jarvis (red.), Chloroplast Research in Arabidopsis. Methods and Protocols, Nowy Jork 2011.

Kiwi to nazwa handlowa owoców aktinidii smakowitej (Actinidia deliciosa). Aktinidia jest rośliną dwupienną, a jej owoce rozwijają się z pojedynczych słupków.
Poniżej przedstawiono fotografię przekroju poprzecznego przez owoc kiwi.
W owocach kiwi znajduje się enzym – aktynidaza, który jest proteinazą. Aby sprawdzić właściwości aktynidazy, uczniowie przeprowadzili doświadczenie. W tym celu przygotowali cztery takie same pojemniki ze stężałą galaretką żelatynową, zawierającą białko zwierzęce – kolagen. Włókna kolagenowe splatają się ze sobą i tworzą sieć ograniczającą ruch wody, dzięki czemu galaretka ma postać żelu.
W zestawach 1. i 2. uczniowie umieścili na powierzchni galaretek takie same fragmenty świeżo przekrojonego owocu kiwi, a w zestawach 3. i 4. pozostawili samą galaretkę. Następnie uczniowie umieścili zestawy 1. i 3. w temperaturze 20 °C, a zestawy 2. i 4. – w temperaturze 5 °C. Po kilku godzinach zaobserwowali częściowe rozpuszczenie się galaretki w pojemniku trzymanym w temperaturze pokojowej i zawierającym owoc kiwi (zestaw 1.).
Poniżej przedstawiono schemat doświadczenia i uzyskane wyniki.

Numer zestawu	Umieszczenie fragmentu kiwi	Temperatura	Stan galaretki po kilku godzinach
1.	tak	20 °C	częściowe upłynnienie
2.	tak	5 °C	brak upłynnienia
3.	nie	20 °C	brak upłynnienia
4.	nie	5 °C	brak upłynnienia

Na poniższym rysunku przedstawiono wyniki uzyskane w zestawach 1. i 2.
Na podstawie: P. Jedynak, To kiwi cię zadziwi, „Wiedza i Życie” 9, 2022.

W Polsce występuje kilka gatunków raków, w tym – rak szlachetny i rak pręgowaty. Na poniższych rysunkach przedstawiono raka szlachetnego i raka pręgowatego.
Rak szlachetny (Astacus astacus) występuje jedynie w rzekach i w jeziorach o czystej, dobrze natlenionej wodzie. Rak szlachetny dojrzewa płciowo w trzecim roku życia. Samica składa od 60 do 200 jaj. Osobniki tego gatunku żyją nawet 20 lat, w pierwszym roku życia kilkakrotnie linieją, a w następnych latach linieją już z mniejszą częstością. Po pięciu latach linienie zachodzi tylko raz do roku.
Rak pręgowaty (Faxonius limosus), sprowadzony z Ameryki Północnej do Polski pod koniec XIX wieku, występuje powszechnie, nawet w silnie zeutrofizowanych i zanieczyszczonych wodach. Osobniki tego gatunku dojrzewają płciowo w drugim roku życia, a samice składają do 400 jaj. Młode osobniki linieją 4–5 razy w roku, a u osobników dorosłych dochodzi do linienia 1–2 razy w roku.
Na podstawie: J. Mastyński i W. Andrzejewski, Cechy morfometryczne i rozpoznawanie raków występujących w Polsce, Poznań 2001;
K.A. Crandall i S. De Grave, An Updated Classification of the Freshwater Crayfishes (Decapoda: Astacidea) of the World, with a Complete Species List, „Journal of Crustacean Biology” 37(5), 2017.

Na poniższej fotografii przedstawiono zaskrońca zwyczajnego (Natrix natrix) – niejadowitego węża, żywiącego się głównie płazami.
Na podstawie obserwacji populacji zaskrońca zwyczajnego badacze stwierdzili, że w ciągu ostatnich kilkudziesięciu lat na terenie Puszczy Niepołomickiej doszło do wyraźnego spadku długości ciała tych zwierząt. Nadal obserwuje się pojedyncze duże okazy przekraczające 100 cm, a nawet osiągające 120 cm, jednak średni rozmiar samic wynosi 77,7 cm (spadek o 8,2%), natomiast samców – 55,9 cm (spadek o 16,7%).
Naukowcy postawili dwie niewykluczające się hipotezy wyjaśniające to zjawisko.

• Hipoteza 1.: Od lat 60-tych XX wieku populacja płazów (głównego pokarmu zaskrońca zwyczajnego) na badanym terenie wykazuje bardzo silny spadek biomasy i liczebności, spowodowany m.in. osuszaniem terenów, a niedobór pokarmu jest przyczyną ograniczenia wzrostu zaskrońców zwyczajnych.
• Hipoteza 2.: W analizowanym okresie wzrosła na badanym terenie liczba osób odwiedzających siedliska węży, co skutkuje wzrostem śmiertelności wśród większych osobników, łatwiej zauważanych i intencjonalnie zabijanych przez człowieka.

Na podstawie: S. Bury i in., Decline in Body Size [...] in the Grass Snake (Natrix natrix, Linnaeus, 1758) [...], „Environmental Science and Pollution Research” 29(6), 2022; www.puszczaniepolomicka.pl
Fotografia: G. Xulescu.

Tilapia nilowa (Oreochromis niloticus) to słodkowodna ryba z rodziny pielęgnicowatych. Na poniższym schemacie przedstawiono strategię osmoregulacyjną tilapii nilowej.
Wiele gatunków pielęgnicowatych, w tym – tilapia nilowa, jest określanych mianem pyszczaków, ponieważ samice pobierają ikrę do pyska po zapłodnieniu. Samice tych gatunków noszą w jamie gębowej zapłodnione jaja, a często – także larwy i narybek.
Na podstawie: C. Błaszak (red.), Zoologia. Szkarłupnie – płazy, t. 3, cz. 1, Warszawa 2015;
S. Friedman, Ontogeny of the Osmoregulatory Capacity of Teleosts and the Role of Ionocytes, „Frontiers in Marine Science” 7, 2020.
Rysunek: Scandinavian Fishing Yearbook.

Na poniższym schemacie przedstawiono budowę serca oraz głównych naczyń krwionośnych typową dla pewnej gromady kręgowców.
Na podstawie: C.P. Hickman Jr. i in., Integrated Principles of Zoology, Nowy Jork 2001.

Na poniższej ilustracji przedstawiono schematyczny przekrój przez staw kolanowy człowieka oraz mikrofotografie czterech tkanek łącznych (A–D).
Uwaga: nie zachowano wspólnej skali mikrofotografii.
Na podstawie: E.C. Amerman, Exploring Anatomy & Physiology in the Laboratory, Englewood 2017.

Na poniższym schemacie przedstawiono synapsę między neuronem ruchowym a włóknem mięśnia szkieletowego człowieka. W szczelinie synaptycznej znajduje się enzym – acetylocholinesteraza, który rozkłada acetylocholinę do octanu i choliny.
Wytwarzane przez sinice toksyny: anatoksyna-a i guanitoksyna, zaburzają działanie synapsy nerwowo-mięśniowej. Anatoksyna-a naśladuje działanie acetylocholiny – łączy się z receptorami w błonie postsynaptycznej i je aktywuje, jednak w przeciwieństwie do acetylocholiny nie jest degradowana przez acetylocholinesterazę, chociaż wiąże się odwracalnie z jej miejscem aktywnym. Guanitoksyna trwale wiąże się z miejscem aktywnym acetylocholinesterazy i blokuje działanie cząsteczki enzymu.
Aksony neuronów ruchowych docierających do mięśni szkieletowych człowieka są okryte osłonką mielinową.
Na podstawie: D.U. Silverthorn, Fizjologia człowieka. Zintegrowane podejście, Warszawa 2018;
A. Sierosławska, Anatoksyna-a – chemizm, występowanie, efekty działania, „Kosmos” 61(3), 2012.
Schemat: Lecturio GmbH (www.lecturio.com).

Zadanie 11. (0–2)
Podwyższony poziom glukozy w osoczu w przebiegu cukrzycy wpływa na funkcjonowanie układów hormonalnego i wydalniczego.
Uzupełnij poniższe zdania tak, aby w poprawny sposób opisywały wpływ podwyższonego stężenia glukozy we krwi na funkcjonowanie układów hormonalnego i wydalniczego. W każdym nawiasie podkreśl właściwe określenie.
Znaczne podwyższenie poziomu glukozy w osoczu wynikające z ......................... insuliny przekracza możliwości resorpcji zwrotnej w kanalikach nerkowych, w wyniku czego nadmiar glukozy jest wydalany z moczem. Zwiększenie osmolarności osocza krwi jest przyczyną ......................... ilości wazopresyny uwalnianej do krwi oraz ......................... uczucia pragnienia.

Na poniższym schemacie przedstawiono regulację transportu glukozy przez insulinę w komórce mięśnia szkieletowego i w komórce wątroby, ograniczającą wahania poziomu glukozy we krwi.
W komórkach mięśni szkieletowych w spoczynku transportery glukozy GLUT4 są w okresie głodu (I) wycofywane z błony komórkowej, a następnie magazynowane w pęcherzykach w cytoplazmie. Z kolei w okresie sytości (II) transportery GLUT4 są pod wpływem insuliny kierowane do błony komórkowej.
W komórkach wątroby transport glukozy zachodzi z udziałem transporterów GLUT2, których aktywność zmienia się w zależności od okresu głodu (III) lub sytości (IV). Insulina bierze udział w regulacji transportu glukozy przez transportery GLUT2.
Na podstawie: D.U. Silverthorn, Fizjologia człowieka. Zintegrowane podejście, Warszawa 2018.

Jedną z obiecujących metod leczenia celowanego nowotworów jest stosowanie kompleksów przeciwciało – lek (ADC, ang. antibody-drug conjugate), które tworzy się przez chemiczne łączenie przeciwciał monoklonalnych z substancjami toksycznymi – lekami mającymi niszczyć komórki nowotworowe. Przeciwciała monoklonalne to przeciwciała powstające z jednego klonu limfocytów B. Takie przeciwciała mają wysoką specyficzność, tzn. mogą się łączyć tylko z jednym konkretnym fragmentem antygenu, stanowiącym receptor dla ADC.
ADC podaje się pacjentowi dożylnie. Duże znaczenie w skuteczności tej metody ma dobranie zarówno przeciwciał właściwych dla antygenu charakterystycznego dla danej komórki nowotworowej, jak i odpowiedniego łącznika chemicznego, dzięki któremu ADC nie rozpada się w krążeniu ogólnoustrojowym.
Na poniższym schemacie przedstawiono mechanizm działania ADC.
Na podstawie: C. Peters i S. Brown, Antibody–Drug Conjugates as Novel Anti-Cancer Chemotherapeutics, „Bioscience Reports” 35(4), 2015;
P.J. Wysocki, Mechanizmy działania przeciwciał monoklonalnych w nowotworach litych, „Onkologia w Praktyce Klinicznej” 10(4), 2014;
D. Schrama i in., Antibody Targeted Drugs as Cancer Therapeutics, „Nature Reviews Drug Discovery” 5(2), 2006.

Na poniższym schemacie przedstawiono w uproszczony sposób metodę otrzymywania roślin transgenicznych. W tej metodzie wykorzystuje się bakterie Agrobacterium tumefaciens, mogące infekować rośliny. Podczas infekcji fragment plazmidu bakterii, tzw. T-DNA, wnika do komórki roślinnej i integruje się z jej chromosomowym DNA. Symbolami E1 i E2 oznaczono dwa różne enzymy wykorzystywane podczas otrzymywania rośliny transgenicznej.
Na podstawie: G.J. Tortora i in., Microbiology: An Introduction, Harlow 2021.

Zadanie 15. (0–2)
Elektroforeza DNA w żelu agarozowym jest standardową techniką pozwalającą na rozdzielenie cząsteczek DNA w zależności od ich masy. Aby wykryć położenie cząsteczek DNA w żelu agarozowym, znakuje się je barwnikami fluorescencyjnymi.
W czasie apoptozy powstają fragmenty DNA o wielkości ok. 180 par zasad i ich wielokrotności, natomiast podczas niekontrolowanej śmierci komórki (nekrozy) dochodzi do losowej fragmentacji DNA. Materiał genetyczny pochodzący ze zdrowych żywych komórek podczas izolacji ulega fragmentacji tylko w niewielkim stopniu.
Na poniższej fotografii przedstawiono wynik elektroforezy DNA wyizolowanego z trzech różnych populacji komórek (A–C).
Na podstawie: M. Zabel i J. Kawiak, Seminaria z cytofizjologii dla studentów medycyny, weterynarii i biologii, Wrocław 2021.
Fotografia: L.D. Tomei i F.O. Cope (red.), Apoptosis: the Molecular Basis of Cell Death, Plainview 1991.
Uzupełnij poniższe zdania tak, aby stanowiły prawidłową interpretację powyższych wyników badań. W każdym nawiasie podkreśl właściwą literę.
Wynik elektroforezy DNA wyizolowanego z komórek obumierających w wyniku nekrozy ilustruje ścieżka ......................... . Wynik elektroforezy DNA wyizolowanego z komórek obumierających w wyniku apoptozy ilustruje ścieżka ......................... .

W układzie ABO wyróżnia się cztery podstawowe fenotypy: A, B, AB i O, które są warunkowane przez występowanie antygenów A i B. Antygen H jest strukturą prekursorową antygenów A i B, które powstają w wyniku przyłączania do antygenu H różnych reszt cukrowych: w antygenie A jest to N-acetylogalaktozamina, a w antygenie B – galaktoza.
Wytworzenie antygenu H jest warunkowane przez gen FUT1. Allel dominujący tego genu (H) odpowiada za wytworzenie antygenu H w błonie komórkowej erytrocytów. Allel recesywny tego genu (h) zawiera mutację prowadzącą do syntezy nieaktywnego enzymu, którego aktywność jest konieczna do syntezy antygenu H.
Gen ABO warunkujący przekształcanie antygenu H do antygenu A lub B ma trzy allele:

• allel $I^A$ koduje transferazę A, warunkującą wytworzenie antygenu A
• allel $I^B$ koduje transferazę B, warunkującą wytwarzanie antygenu B
• recesywny allel $i$, kodujący niefunkcjonalne białko, powstały w wyniku mutacji w allelu $I^A$.

Gen FUT1 i gen ABO są położone na różnych chromosomach autosomalnych.
W tabeli podano fragment sekwencji nukleotydowej w nici kodującej allelu $I^A$ oraz odpowiadający mu fragment allelu $i$ powstałego w wyniku mutacji.

Allel genu ABO	Fragment DNA nici kodującej	Fragment łańcucha polipeptydowego kodowanego przez podany fragment DNA
$I^A$	CTC GTG GTG ACC CCT T	Leu – Val – Val – Thr – Pro
$i$	CTC GTG GT$-$ ACC CCT T	.............................................................

Na podstawie: M. Czerwiński i R. Kaczmarek, Genetyczne podstawy syntezy cukrowych antygenów grupowych krwi, „Acta Haematologica Polonica” 44(3), 2013;
V. Kumar i in., Robbins & Cotran Pathologic Basis of Disease, Nowy Jork 2020.

Płaskogłów ciemnogłowy (Platycephalus fuscus) jest ciepłolubną rybą żyjącą w zatokach, przybrzeżnych jeziorach i estuariach na wschodnim wybrzeżu Australii. Jego ciało jest mocno spłaszczone grzbietobrzusznie. Oczy są osadzone na czubku spłaszczonej głowy. Ta ryba potrafi zmieniać ubarwienie ciała, przez co dopasowuje się do otoczenia. Ukrywa się w piasku i czeka na ofiarę – poluje na mniejsze ryby oraz krewetki.
Naukowcy zbadali zależność aktywności tej ryby od temperatury otoczenia w warunkach naturalnych. W tym celu wypuszczono ryby tego gatunku do rzeki Georges, 12 km w górę od jej ujścia. W rzece mierzono temperaturę wody. Ryby były wyposażone w odpowiednie nadajniki z czujnikami, dzięki którym można było określić przyśpieszenie poruszającej się ryby. Dane zbierano przez 18 miesięcy.
Na fotografii A przedstawiono płaskogłowa ciemnogłowego w jego naturalnym środowisku, a na wykresie B – wyniki opisanego badania. Koła na wykresie B reprezentują surowe wyniki pomiarów, a krzywa jest modelem dopasowanym do tych pomiarów, przedstawiającym zależność między temperaturą wody a przyśpieszeniem ryby.
Na podstawie: N.L. Payne i in., Temperature Dependence of Fish Performance in the Wild: Links with Species Biogeography and Physiological Thermal Tolerance, „Functional Ecology” 30(6), 2016.
Fotografia: R. Ling.

Niski wzrost i ciasne ułożenie liści rośliny w tzw. poduszkę stanowią przystosowanie do skrajnych warunków środowiska panujących w wysokich górach. Takie formy roślin występują u ponad trzystu gatunków należących do ponad trzydziestu różnych rodzin botanicznych, występujących w różnych obszarach geograficznych świata.
Poniżej przedstawiono schematyczną budowę roślin poduszkowych.
Przykładem rośliny poduszkowej jest lepnica bezłodygowa (Silene acaulis), przedstawiona na poniższej fotografii. Wytwarza ona różowe kwiaty wyrastające na szczytach łodyg. W populacji tego gatunku występują zarówno osobniki żeńskie, jak i obupłciowe.
Na podstawie: Q. Canelles i in., Environmental Stress Effects on Reproduction and Sexual Dimorphism in the Gynodioecious Species Silene acaulis, „Environmental and Experimental Botany” 146, 2018.
Schematy: H. Hauri, Review: Ecology of Cushion Plants, „Journal of Ecology” 1(2), 1913.
Fotografia: Wikimedia Commons.

Szpak balijski (Leucopsar rothschildi), przedstawiony na fotografii, jest krytycznie zagrożonym gatunkiem, zamieszkującym wyłącznie wyspę Bali, położoną w południowo-wschodniej Azji.
Według szacunków naukowców, na początku XX wieku w naturalnym środowisku żyło 300–900 osobników, a w 1990 roku na wolności stwierdzono już tylko 15 osobników. Przyczyną wymierania tego ptaka jest degradacja jego siedlisk, połączona z kłusownictwem, mającym na celu zaopatrywanie handlarzy na rynku ptaków śpiewających. W celach ochronnych ten gatunek został ujęty w załączniku I konwencji waszyngtońskiej (CITES).
Szpak balijski jest objęty programami hodowlanymi nie tylko w lokalnych ośrodkach na Bali, ale także w wielu ogrodach zoologicznych na całym świecie, m.in. w Stanach Zjednoczonych i w Europie. Część ptaków rozmnożonych w niewoli jest uwalniana do ich naturalnego środowiska w celu odtworzenia dzikiej populacji na wyspie Bali. Skuteczna reintrodukcja szpaka balijskiego jest szansą na ocalenie tego rzadkiego gatunku.
Na podstawie: datazone.birdlife.org; gbif.org; S. (Bas) van Balen i in., Status and Distribution of the Endemic Bali Starling Leucopsar rothschildi, „Oryx” 34(3), 2000.
Fotografia: Cburnett.