Matura CKE Styczeń 2018 – Biologia Rozszerzona

Aminokwasy są dużą i zróżnicowaną grupą związków. Dwadzieścia z nich to aminokwasy białkowe, które klasyfikuje się do $\alpha$-aminokwasów. Ze względu na strukturę łańcucha bocznego (R), połączonego z atomem węgla $\alpha$, dzieli się je na hydrofilowe i hydrofobowe oraz obojętne elektrycznie i naładowane elektrycznie (dodatnio lub ujemnie). Aminokwasy niebiałkowe uczestniczą w funkcjonowaniu organizmu jako związki pośrednie szlaków metabolicznych, jako neuroprzekaźniki lub jako hormony.

Aparat Golgiego odpowiada m.in. za modyfikacje potranslacyjne białek wytworzonych na rybosomach szorstkiej siateczki śródplazmatycznej. Te białka mogą pełnić różne funkcje w komórce, w której powstały, lub mogą być wydzielane na zewnątrz komórki. Transport pęcherzyków zawierających gotowy produkt ma charakter konstytutywny, jeśli odbywa się w sposób ciągły, bez udziału sygnałów z zewnątrz, lub charakter wybiórczy, jeśli zależy od aktualnego zapotrzebowania organizmu i jest regulowany za pomocą sygnałów z zewnątrz.
Na rysunku zostały przedstawione wybrane procesy zachodzące w aparacie Golgiego.
Źródło: W. Sawicki, J. Malejczyk, Histologia, Warszawa 2015, s. 61.

Niektóre organizmy w warunkach beztlenowych oddychają dzięki fermentacji. Istnieje wiele typów tego procesu, różniących się produktem ostatecznym. W przypadku fermentacji alkoholowej przeprowadzanej przy swobodnym dostępie powietrza jeden z ostatecznych produktów tego procesu – etanol – utlenia się do odpowiedniego kwasu organicznego.
Podczas doświadczenia przeprowadzonego w dwóch wariantach (1 i 2), na drożdżach (A) i pałeczkach kwasu mlekowego (B), do odróżnienia ostatecznych produktów fermentacji wykorzystano papierek uniwersalny.
Na schemacie został przedstawiony sposób przygotowania prób oraz warunki doświadczenia.

„Główną funkcją fosforylacji oksydacyjnej jest synteza ATP z ADP. Jednak oba rodzaje nukleotydów nie dyfundują swobodnie przez wewnętrzną błonę mitochondrialną. [...] Pokonanie bariery przepuszczalności umożliwia im specyficzne białko transportujące, translokaza ATP-ADP. Najważniejsze jednak, że przepływy ATP i ADP są sprzężone. [...] Wymiana ATP-ADP jest energetycznie kosztowna [...]”.
Źródło: J.L. Tymoczko, J.M. Berg, L. Stryer, Biochemia. Krótki kurs, Warszawa 2013, s. 400.
Na rysunku został przedstawiony mechanizm działania mitochondrialnej translokazy ATP-ADP. Nie uwzględniono na nim zewnętrznej błony mitochondrialnej, ponieważ jest ona swobodnie przepuszczalna dla obu form nukleotydu.
Źródło: J.L. Tymoczko, J.M. Berg, L. Stryer, Biochemia. Krótki kurs, Warszawa 2013, s. 400.

Na schemacie został przedstawiony cykl infekcyjny wirusa RNA.
Źródło: B. Alberts i in., Podstawy biologii komórki, Warszawa 1999, s. 299.

U roślin nasiennych występują wyspecjalizowane tkanki, których budowa jest ściśle związana z pełnionymi przez nie funkcjami.
Na rysunku zostały przedstawione etapy (A–E) różnicowania się i specjalizacji podstawowych elementów budujących pewną tkankę roślinną.
Źródło: E. Malinowski, Anatomia roślin, Warszawa 1978, s. 167.

Na schematach A–C przedstawiono wyniki trzech doświadczeń, w których badano wpływ światła na reakcje wzrostowe siewek owsa.
Źródło: N.A. Campbell, J.B. Reece i in., Biologia, Poznań 2012, s. 825, 826.

Na rysunku został przedstawiony stawonóg należący do rzędu straszyków, natomiast na fotografii – dwa osobniki tego samego rzędu w ich naturalnym środowisku.

Gołębie są roślinożernymi ptakami dziennymi, natomiast sowy – wyspecjalizowanymi drapieżnikami polującymi głównie nocą. Oczy sów, podobnie jak oczy człowieka, są skierowane do przodu, co ogranicza kąt widzenia, ale umożliwia widzenie przestrzenne – stereoskopowe – umiejętność wyjątkową w gromadzie ptaków. Ograniczony kąt widzenia sów jest rekompensowany przez dużą ruchomość głowy, która może wykonywać obrót o 270°. W siatkówce oka sów dominują pręciki, a źrenica może się wyjątkowo mocno rozszerzać.
Na rysunku zostały przedstawione kąty widzenia sowy, człowieka i gołębia.
Źródło: http://sowy.fwie.eco.pl/www/opis.php?opis_id=3

Na rysunku została przedstawiona sekwencja aktywacji elektrycznej serca.
Źródło: D. McLaughlin, J. Stamford, D. White, Fizjologia człowieka. Krótkie wykłady, Warszawa 2008, s. 90.

Wątroba jest narządem wielofunkcyjnym, współpracującym m.in. z nerkami, mięśniami szkieletowymi i trzustką. Bierze ona udział w trawieniu pokarmów i wchłanianiu produktów ich rozkładu, odpowiada za detoksykację trucizn, syntetyzuje niektóre hormony oraz białka osocza uczestniczące w krzepnięciu krwi i odpowiedzi immunologicznej organizmu. Poziom metabolizmu wątroby jest bardzo wysoki, dlatego otrzymuje ona tlen dwoma różnymi naczyniami, z których jedno dostarcza około 75%, a drugie – około 25% tego gazu.
Na rysunku przedstawiono ukrwienie wątroby.

Wymiana gazowa w płucach człowieka jest możliwa m.in. dzięki sprawnej wentylacji płuc. Zdarzają się jednak sytuacje, np. wypadki komunikacyjne, kiedy do jamy opłucnej dostaje się powietrze z zewnątrz i wywołuje odmę.
Na rysunku zostało przedstawione płuco prawidłowe oraz płuco w stanie odmy.

Synapsy odgrywają kluczową rolę w modyfikowaniu przewodzenia nerwowego. Możliwości regulacji przewodzenia nerwowego na poziomie synaps są wykorzystywane m.in. w znieczulaniu.
Na schematach A–C przedstawiono trzy kolejne etapy mechanizmu przewodzenia synaptycznego.
Źródło: B. Alberts i in., Podstawy biologii komórki, Warszawa 1999, s. 400.

Pierwotny produkt transkrypcji genu eukariotycznego (pre-mRNA) ulega modyfikacjom potranskrypcyjnym, w wyniku których powstaje dojrzały mRNA. Z kolei białko w trakcie translacji lub tuż po jej zakończeniu ulega zwykle modyfikacjom potranslacyjnym, które umożliwiają jego prawidłowe funkcjonowanie w komórce. Ekspresja pojedynczego genu eukariotycznego może prowadzić do syntezy różnych białek.

W przypadku genów sprzężonych na jednym chromosomie, stosuje się zapis genotypu w formie ułamka. Zgodnie z tym zapisem pewien organizm ma następujący genotyp: $\dfrac{Abc}{aBc} \dfrac{dEf}{def} \dfrac{G}{G}$. Odległości między poszczególnymi genami wynoszą: $A \leftrightarrow B = 7 \text{ cM}$, $B \leftrightarrow C = 5 \text{ cM}$, $D \leftrightarrow E = 4 \text{ cM}$, $E \leftrightarrow F = 3 \text{ cM}$.

W komórkach organizmów niektóre szlaki metaboliczne zachodzą w sposób ciągły, a inne są wykorzystywane sporadycznie – tylko w określonych warunkach. U bakterii geny kodujące enzymy określonego szlaku metabolicznego są zgrupowane w operony. Taka regulacja ekspresji genów pozwala na jednoczesne wytwarzanie wszystkich enzymów niezbędnych do syntezy lub rozkładu określonego związku albo na całkowite zahamowanie produkcji tych enzymów.
Na schemacie przedstawiono operon regulowany z pomocą represora wytwarzanego w formie aktywnej.

RT-PCR (ang. prosto, reverse transcriptase PCR) jest bardzo czułą metodą wykrywania niewielkich ilości RNA w materiale biologicznym. W tej metodzie właściwa reakcja PCR jest poprzedzona przepisaniem sekwencji zawartej w RNA na cDNA.

Informacja I
„Ceniya Harris, dziewięcioletnia dziewczynka z Bostonu, powinna być ciężko chora. Każde z jej rodziców nieświadomie przekazało jej kopię mutacji genetycznej, odpowiadającej za anemię sierpowatokrwinkową – poważną, a czasami śmiertelną chorobę krwi. [...]
Tymczasem ta pełna wigoru czwartoklasistka może tańczyć, brać udział w zajęciach gimnastycznych i chodzić do szkoły. Sekret leży w drugiej odziedziczonej przez nią mutacji genetycznej [...].
U ludzi takich jak Ceniya gen kodujący hemoglobinę płodową nie otrzymuje komunikatu, że nie jest już potrzebny. Zachowała ona 20% hemoglobiny płodowej, co wystarcza do zapewnienia jej ochrony”.
Źródło: K. Weintraub, Zaskakujący lek na anemię sierpowatokrwinkową, „Świat Nauki” 2016(6), s. 26–27.
Informacja II
Hemoglobina HbA, występująca w erytrocytach dorosłego człowieka, składa się z dwóch łańcuchów $\alpha$ i dwóch $\beta$, natomiast hemoglobina HbF, występująca w erytrocytach płodu, składa się z dwóch łańcuchów $\alpha$ i dwóch $\gamma$. Każdy z wymienionych rodzajów łańcuchów jest kodowany przez inny gen.

Wielkość lęgu ptaków jest zmienna i zależna od wielu czynników. Na wykresie został przedstawiony wpływ jednego z nich na liczbę jaj składanych przez samice sikory bogatki.
Źródło: A. Mackenzie, A.S. Ball, S.R. Virdee, Ekologia. Krótkie wykłady, Warszawa 2005, s. 110.

W ekosystemach energia przepływa przez kolejne poziomy troficzne. Na każdym z poziomów występują jej straty, dlatego graficzna interpretacja tego przepływu przyjmuje typowy kształt piramidy. Jednak jeśli kolejne poziomy troficzne uporządkuje się zgodnie z ich biomasą przypadającą na jednostkę powierzchni, to nie zawsze ułożą się one w typową piramidę.
Na rysunkach przedstawiono piramidy biomasy: A – ekosystemu rafy koralowej, B – ekosystemu kanału La Manche. W obu piramidach zastosowano jednostki umowne.
Źródło: A. Mackenzie, A.S. Ball, S.R. Virdee, Ekologia. Krótkie wykłady, Warszawa 2005, s. 231.

„Ochrona różnorodności biologicznej napotyka najrozmaitsze problemy związane z inwentaryzacją, oceną, sposobami ochrony, niekiedy z błędnym rozumieniem jej istoty. Zdarza się np., że do leśnych biocenoz wprowadza się gatunki obce siedliskowo, niekiedy nawet obce geograficznie, tylko po to, by zwiększyć bogactwo gatunkowe warstwy drzew lub krzewów”.
Źródło: E. Symonides, Ochrona przyrody, Warszawa 2014, s. 80.

Grupy ptaków zasiedlających archipelagi wysp oceanicznych cechuje duża różnorodność. Można ją obserwować zarówno w przypadku łuszczaków z wysp Galapagos, jak i hawajek zasiedlających wyspy hawajskie.
Na rysunkach A–D przedstawiono zróżnicowanie głów i dziobów hawajek.