DWMED

Jednym z mechanizmów regulujących stężenie aktywnego fizjologiczne hormonu roślinnego (fitohormonu) jest koniugacja. Jest to proces kowalencyjnej modyfikacji fitohormonu, która polega na przyłączeniu do cząsteczki hormonu innej substancji chemicznej, np. cukru, alkoholu, aminokwasu lub białka. W efekcie takiej modyfikacji ulegają zmianie właściwości biologiczne i fizykochemiczne hormonu, który wówczas nie może być rozpoznawany przez swoisty receptor.

Koniugacja prowadzi zatem do czasowego wyłączenia aktywności hormonu. W zdecydowanej większości przypadków koniugacja ma charakter odwracalny, kiedy w wyniku hydrolizy enzymatycznej z koniugatu zostaje uwolniony aktywny fitohormon. Regulacja aktywności fitohormonów przez koniugację zachodzi na zasadzie ujemnego sprzężenia zwrotnego.

Auksyny są najwcześniej odkrytymi fitohormonami, które regulują wiele procesów fizjologicznych. W sensie chemicznym są to kwasy aromatyczne, pochodne tryptofanu (np. kwas indolilo-3-octowy – IAA) lub fenyloalaniny (kwas fenylooctowy – PAA). Grupa karboksylowa auksyny jest zaangażowana w tworzenie wiązania estrowego z grupą hydroksylową cukru lub alkoholu podczas tworzenia koniugatów estrowych. Ta reakcja – jak przedstawiono poniżej – ma dwuetapowy przebieg, a każdy z etapów jest katalizowany przez inny enzym.

IAA + UDP-glukoza ↔ IA-glukoza + UDP (1)
IA-glukoza + alkohol → IA-alkohol + glukoza (2)

Reakcja (1) jest katalizowana przez enzym glukozylotransferazę UDPG:IAA, a reakcja (2) – przez acylotransferazę IA-glukoza:alkohol.

W wyniku połączenia grupy karboksylowej auksyny z resztą aminową aminokwasu powstają koniugaty amidowe. Tę dwuetapową reakcję (3, 4) katalizuje jeden enzym syntetaza IA-aminokwasu, która – jak przedstawiono za pomocą równania (3) – wymaga udziału ATP.
IAA + ATP ↔ IA-AMP + PPi (3)
IA-AMP + aminokwas → IA-aminokwas + AMP (4)
Zbadano wpływ kilku stężeń L-tryptofanu (L-Trp) na aktywność enzymu syntezującego koniugat auksyny – IA-asparaginian (IA-Asp). Ze względu na budowę L-tryptofanu – ma pierścień indolowy jak IAA oraz jest aminokwasem jak L-asparaginian – postawiono dwie niewykluczające się hipotezy:
• L-Trp współzawodniczy o miejsce aktywne enzymu z IAA
• L-Trp współzawodniczy o miejsce aktywne enzymu z L-asparaginianem.
Badania prowadzono w dwóch wariantach. W pierwszym wariancie analizowano wpływ pięciu stężeń L-Trp (0,2; 0,6; 1,0; 1,5; 2,5 mM) na aktywność enzymu przy dwóch stężeniach jednego z substratów
– IAA (2 mM; 4 mM). W drugim wariancie badano wpływ wyżej wymienionych stężeń L-Trp na aktywność enzymu przy dwóch stężeniach drugiego z substratów – L-asparaginianu (6 mM; 10 mM). Wyniki przedstawiono na poniższych wykresach.

1. Określ, które stwierdzenia dotyczące koniugacji auksyn są prawdziwe, a które – fałszywe.

2. Uzupełnij w poniższym tekście luki (1.–3.) wyrażeniami z tabeli, wybierając w każdym przypadku jedno z dwóch zaproponowanych.

Wzrost stężenia auksyny w komórce powoduje (1) transkrypcji genów kodujących enzymy syntetyzujące koniugaty fitohormonu. W efekcie tego dochodzi do (2) stężenia aktywnej auksyny. Koniugaty auksyny są (3) do uruchomienia szlaku transdukcji sygnału hormonalnego.

3. Określ, które stwierdzenia dotyczące wpływu L-tryptofanu na aktywność enzymu syntetazy IA-asparaginianu są prawdziwe, a które – fałszywe.

Uczeń zaprojektował eksperyment w ramach pracy badawczej na Olimpiadę Biologiczną. Jako temat pracy wybrał: „Allelopatyczny wpływ wodnych wyciągów z solirodu zielnego (Salicornia europaea), przewiercienia cienkiego (Bupleurum tenuissimum) i owsa głuchego (Avena fatua) na wzrost i rozwój pieprzycy siewnej (Lepidium sativum)”. Na poniższej ilustracji przedstawiono zaprojektowany przez ucznia układ eksperymentalny.

Uczeń na szalkach umieścił po 100 nasion pieprzycy siewnej, które codziennie podlewał wodą wodociągową albo wodnym ekstraktem (uzyskanym również przy użyciu wody wodociągowej) z solirodu, przewiercienia lub owsa głuchego. Każdą próbę analizował w czterech powtórzeniach technicznych, tzn. na każdej z czterech szalek w danej próbie wysiał nasiona z tej samej torebki i podlewał wodą lub roztworem z tej samej butelki. Po dwóch tygodniach zmierzył wysokość nadziemnych części roślin rosnących na każdej z szalek. Aby zweryfikować hipotezę zerową dotyczącą braku wpływu badanych wyciągów na wzrost pieprzycy, przeprowadził on serię testów statystycznych, porównując każdą z badanych grup względem grupy kontrolnej (roślin podlewanych wodą wodociągową). Wykorzystał w tym celu test t-Studenta, przyjmując poziom istotności równy 0,05 (wcześniej upewnił się co do normalności rozkładu uzyskanych pomiarów).

Na podstawie powyższych informacji określ, które z poniższych stwierdzeń są prawdziwe, a które – fałszywe.

Na poniższej fotografii przedstawiono obraz mikroskopowy włosa ludzkiego w powiększeniu 10×.

1. Do każdej z podanych w tabeli nazw elementów struktury włosa dopasuj odpowiednie oznaczenie A–E z fotografii.

2. Uzupełnij w poniższym tekście luki (1.–4.) wyrażeniami z tabeli, wybierając w każdym przypadku jedno z dwóch zaproponowanych.

Włosy są wytworem (1). Ich struktura zbudowana jest głównie z (2). Włosy i skórę natłuszcza substancja wydzielana przez (3), która pełni funkcję (4).

U ludzi melanina jest syntetyzowana w melanosomach. Prekursorem melaniny jest tyrozyna przekształcana przez tyrozynazę (TYR) do dopachinonu – związku pośredniego na szlaku syntezy melaniny. Mechanizm działania tyrozynazy opiera się na odziaływaniu między dwoma atomami miedzi oraz cząsteczką tlenu, co umożliwia utlenienie substratu. Mutacje w genie tyr – kodującym tyrozynazę – są przyczyną albinizmu skórno-ocznego (ang. oculocutaneous albinism) typu OCA1.

Według HGMD (ang. Human Gene Mutation Database) 249 mutacji nonsensownych lub mutacji zmiany sensu w genie tyr jest powiązanych z wystąpieniem OCA1. Skutki mutacji typu zmiany sensu w genie tyr są dotyczą najczęściej centrum aktywnego enzymu w domenie N-końcowej, a także w domeny transbłonowej.

Żródło: Xu. Lai i in., Chem. Eur. J. 24, 2018.

1. Określ które stwierdzenia dotyczące albinizmu skórno-ocznego typu OCA1 są prawdziwe, a które – fałszywe.

2. Dokończ zdanie. Wybierz odpowiedź A albo B oraz odpowiedź 1., 2. albo 3.

Mutacje zmiany sensu w genie tyr warunkujące albinizm mogą być przyczyną nieprawidłowego oddziaływania jon metalu – białko w

PCR (ang. Polymerase Chain Reaction) to metoda powszechnie wykorzystywana do amplifikacji DNA. Jej upowszechnienie stało się możliwe dzięki wprowadzeniu na rynek m.in. termostabilnej polimerazy DNA oraz termocyklera – urządzenia, które precyzyjnie i szybko zmienia temperaturę wg wcześniej ustalonego programu. W październiku 2022 r. opisano nową metodę amplifikacji DNA – SHARP (ang. SSB-Helicase Assisted Rapid PCR). Jest ona oparta na PCR, ale cała reakcja przebiega w warunkach izotermicznych, tzn. w stałej temperaturze. Na poniższym schemacie przedstawiono kolejne etapy amplifikacji DNA metodą SHARP.

W tabeli przedstawiono skład dwóch roztworów, po zmieszaniu których zachodzi amplifikacja DNA metodą SHARP. W kolejnej tabeli wyjaśniono właściwości składników oznaczonych gwiazdką (*).

Na poniższym rysunku przedstawiono dane świadczące o tym, że metoda SHARP pozwala przeprowadzić amplifikację DNA (A–D). Na rysunku A przedstawiono plazmid, który był matrycą do amplifikacji DNA o długości 1463 par zasad (pz) z użyciem starterów M13_fwd i M13_rev. Na rysunku B przedstawiono wynik SHARP w obecności wszystkich składników wymienionych w tabeli albo przy braku: ATP, SSB albo helikazy PcrA M6. Na rysunkach C i D porównano odpowiednio wynik amplifikacji DNA konwencjonalną PCR oraz SHARP w zależności od stężenia matrycowego DNA.

Jednym z niezbędnych etapów przy opracowywaniu nowej metody jest jej optymalizacja. Na poniższym rysunku przedstawiono wynik doświadczenia, w którym badano wpływ stężenia białka SSB – jednego ze składników mieszaniny do SHARP – na czułość tej metody. W tym doświadczeniu oczekiwanym produktem amplifikacji był DNA o długości 350 pz

1. Uzupełnij w poniższym tekście luki (1.–3.) wyrażeniami z tabeli, wybierając w każdym przypadku jedno z dwóch zaproponowanych.

Barwniki fluorescencyjne, takie jak EvaGreen, są wzbudzane promieniowaniem o określonej długości fali (λwz), a następnie emitują światło o charakterystycznej dla danego barwnika długości fali (λem). Użycie substancji EvaGreen w odpowiednim czytniku fluorescencyjnym pozwala na określenie ilości DNA w próbce (1) amplifikacji DNA. Zależność między λwz a λem powinna być następująca: (2). Odczynnik ten (3) konieczny do przeprowadzenia amplifikacji DNA metodą SHARP.

2. Określ, które stwierdzenia dotyczące składu ostatecznej mieszaniny do SHARP są prawdziwe, a które – fałszywe.

3. Uzupełnij w poniższym tekście luki (1.–3.) wyrażeniami z tabeli, wybierając w każdym przypadku jedno z dwóch zaproponowanych.

W metodzie SHARP do rozdzielania DNA na pojedyncze nici wykorzystywana jest energia z wiązań (1). Energia niezbędna do syntezy nowych nici DNA pochodzi z (2). Zadaniem helikazy jest zerwanie oddziaływań występujących między zasadami azotowymi (3) DNA.

4. Określ, które stwierdzenia dotyczące przedstawionych wyników badań są prawdziwe, a które – fałszywe.

Rozszyfrowane w XX w. reguły kodowania aminokwasów były przedmiotem wielu badań. Jedno z nich polegało na tym, że do tRNACys przyłączono cysteinę, która następnie w reakcji z niklem Raneya, poprzez usunięcie atomu siarki z aktywowanej cysteiny, została przekształcona w alaninę, bez naruszenia jej połączenia z tRNA. Następnie ten tRNA (Ala-tRNACys) wprowadzono do bezkomórkowego układu syntetyzującego białko. Matrycą był RNA zawierający tylko U i G w stosunku 5:1, co normalnie prowadzi do włączenia cysteiny (kodon UGU) do białka. W opisanym przypadku do syntetyzowanego polipeptydu była włączana alanina (kodon GCN). Identyczny wynik uzyskano, stosując jako matrycę do syntezy białka mRNA hemoglobiny ihybrydowy znakowany 14C Ala-tRNACys. Po trawieniu trypsyną okazało się, że jedynym radioaktywnym peptydem był peptyd, który zgodnie z informacją genetyczną powinien zawierać cysteinę, a nie – alaninę.

Na podstawie: L. Stryer, Biochemia, Warszawa 1997.

Określ, które z poniższych wniosków są uprawnione na podstawie przedstawionych wyników badań.

Poniżej przedstawiono standardowy kod genetyczny.

W mitochondrialnym kodzie genetycznym kręgowców występują różnice w porównaniu do standardowego kodu genetycznego: kodony AGA oraz AGG stanowią sygnał terminacji translacji, kodon AUA koduje metioninę, a kodon UGA – tryptofan. W ludzkim kodzie mitochondrialnym oprócz kodonu AUG występują dwa alternatywne kodony start: AUA oraz AUU, które są rozpoznawane przez specjalnie zmodyfikowany antykodon mitochondrialnego tRNAMet. Wyjściowa sekwencja tego antykodonu jest taka sama jak w cytozolowym tRNAMet, ale jedna z zasad azotowych tego antykodonu podlega modyfikacji (najpierw metylacji, a następnie utlenieniu) i może tworzyć wiązania z różnymi zasadami azotowymi. Dzięki temu kodon AUU koduje metioninę zamiast izoleucyny, jeżeli stanowi sygnał inicjacji translacji, a kodon AUA koduje metioninę niezależnie od położenia w obrębie mRNA.

Na podstawie: www.ncbi.nlm.nih.gov; S. Haag i in., NSUN3 and ABH1 modify the wobble position of mt-tRNAMet to expand
codon recognition in mitochondrial translation, The EMBO Journal 35, 2016.

1. Uzupełnij w poniższym tekście luki (1.–3.) wyrażeniami z tabeli, wybierając w każdym przypadku jedno z dwóch zaproponowanych.

Kody genetyczne – standardowy i mitochondrialny – mają (1) liczbę kodonów. W porównaniu do kodu standardowego w kodzie mitochondrialnym jest (2) kodonów stop. Substytucja pojedynczego nukleotydu w kodonie kodującym metioninę może doprowadzić do przedwczesnej terminacji translacji tylko w przypadku białka syntezowanego w (3).

2. Określ, które stwierdzenia dotyczące translacji na rybosomach cytozolowych ssaków są prawdziwe, a które – fałszywe.

3. Wybierz spośród podanych sekwencję antykodonu cytozolowego tRNAMet.
A. 5′ AUG 3′
B. 5′ GUA 3′
C. 5′ CAU 3′
D. 5′ UAC 3′

4. Wybierz spośród podanych nazwę zasady azotowej podlegającej modyfikacji w antykodonie mitochondrialnego tRNAMet.
A. adenina
B. uracyl
C. cytozyna
D. guanina

Ze względu na intensywnie zachodzącą fotosyntezę niektóre biomy produkują bardzo duże ilości tlenu, który może być wykorzystywany w innych rejonach biosfery oraz w gospodarce człowieka. Takie biomy nazywane są czasami „płucami świata”.

Na podstawie: J. Weiner. Życie i ewolucja biosfery, Warszawa 2020.

Określ, wybierając spośród A albo B, czy równikowy las deszczowy produkuje dużą ilość tlenu wykorzystywanego w innych biomach i czy w związku z tym można ten biom określić mianem „płuc świata”, oraz wybierz odpowiednie uzasadnienie spośród 1.–3. Równikowy las deszczowy

Powszechnie przyjmuje się, że zima jest krytycznym okresem dla homeotermów. Aby przetrwać krytyczny okres zimy, niektóre ssaki strefy umiarkowanej zmniejszają rozmiar i masę swojego ciała – zjawisko to określane jest jako fenomen Dehnela. Doskonałymi modelami do badania strategii zimowania są gatunki o małych rozmiarach ciała, wysokim zapotrzebowaniu na energię w stosunku do swoich rozmiarów i krótką wytrzymałością na głód. Masa ciała ryjówki aksamitnej (Sorex araneus) w ciągu roku zmienia się o około 20%, czemu towarzyszą zmiany w zachowaniu zwierzęcia. Poniżej przedstawiono rozkład czterech różnych aktywności u ryjówki aksamitnej w różnych porach roku.

Przeczytaj poniższy tekst i uzupełnij luki (1.–3.) wyrażeniami z tabeli, wybierając w każdym przypadku jedno z dwóch zaproponowanych.

Małe ssaki endotermiczne mają (1) metabolizm, szczególnie w niskich temperaturach. W związku z tym, niektóre gatunki wykształciły pozornie nielogiczną strategię: zmniejszają rozmiar czaszki, mózgu i narządów wewnętrznych, by zimą stać się jeszcze mniejszymi. To powoduje znaczące bezwzględne (2) dla osobnika. Do tego w zachowaniu małych ssaków obserwuje się zmiany – zimą wzrasta ilość czasu spędzonego na (3).

Do najstarszych obszarowych form ochrony przyrody należą parki narodowe, parki krajobrazowe, rezerwaty przyrody. W latach 90. wprowadzono nowe formy ochrony: obszary chronionego krajobrazu, użytki ekologiczne, zespoły przyrodniczo krajobrazowe, stanowiska dokumentacyjne, a w obecnym stuleciu obszary Natura 2000.

Źródło: E. Symonides, Ochrona przyrody, Warszawa 2014; M. Walczak i wsp., Obszary Chronione w Polsce, Warszawa 2001.

Do każdej z wymienionych w tabeli form ochrony przyrody dopasuj odpowiedni opis wybrany spośród 1.–4.

1. Ochrona niewielkich powierzchniowo obiektów, bardzo cennych pod względem przyrodniczym. Obszary te stanowią pozostałości ekosystemów, mające znaczenie ze względu na unikatowe typy siedlisk: naturalne zbiorniki wodne, torfowiska, starorzecza, opuszczone wyrobiska, wydmy itp., a także stanowiska rzadkich lub chronionych gatunków roślin, zwierząt i grzybów.

2. Ochrona obszarów ważnych pod względem naukowym i dydaktycznym. Chronią odkrywki geologiczne, profile glebowe na obszarze wyrobisk powierzchniowych i podziemnych, także miejsca występowania kopalnych szczątków roślin i zwierząt.

3. Ochrona obszarów najcenniejszych i zagrożonych wyginięciem siedlisk przyrodniczych i zachowanie zagrożonych gatunków w skali całej Europy. Wyróżniono obszary specjalnej ochrony ptaków i specjalne obszary ochrony siedlisk. Mogą stanowić część lub całość istniejącej wcześniej przestrzennej formy ochrony przyrody.

4. Ochrona obszarów ze względu wyróżniający się teren o zróżnicowanych ekosystemach, pełniących często funkcję korytarzy ekologicznych. Obejmują tereny rozległe takie jak doliny rzeczne, kompleksy leśne, torfowiska. Obszary te są wartościowe pod względem turystyki i wypoczynku.

Bakterie Gram-dodatnie mają grubą ścianę komórkową. Bakterie Gram-ujemne mają stosunkowo niską zawartości mureiny w ścianie komórkowej, ale mają błonę zewnętrzną. Występują także bakterie zupełnie pozbawione ściany komórkowej, np. mykoplazmy. Antybiotyki β-laktamowe, do których zaliczamy m.in. penicyliny, cefalosporyny, karbapenemy oraz monobaktamy, działają przeciwbakteryjnie poprzez zahamowanie syntezy peptydoglikanu (mureiny).
Oporność na te związki może być związana z chemiczną modyfikacją białek wiążących penicylinę (PBP – ang. penicillin binding proteins) lub z produkcją β-laktamaz. Te enzymy uszkadzają pierścień laktamowy w cząsteczce antybiotyku, nieodwracalnie uniemożliwiając połączenie antybiotyku z enzymem katalizującym tworzenie mostków pomiędzy kolejnymi warstwami peptydoglikanu. Geny warunkujące syntezę β-laktamaz są zazwyczaj położone na plazmidach.

1. Wykaż, że antybiotyki β-laktamowe są nieskuteczne w leczeniu mykoplazmatycznego zapalenia płuc u ludzi.

2. Wyjaśnij, dlaczego antybiotyki β-laktamowe stosowane do leczenia infekcji u ludzi mają zwykle niewielki zakres działań niepożądanych. W odpowiedzi uwzględnij różnice w budowie komórek człowieka i komórek bakteryjnych oraz mechanizm działania antybiotyków β-laktamowych.

Początkowa faza wzrostu kolonii bakterii ma charakter wzrostu wykładniczego określonego wzorem:

1. Określ, które stwierdzenia dotyczące przedstawionego modelu wzrostu liczebności populacji są prawdziwe, a które – fałszywe.

2. Ile wynosi wartość oczekiwana liczby komórek bakteryjnych po upływie 6 godzin inkubacji, jeżeli komórki dzielą się średnio co 40 minut, a kolonia pochodzi od pojedynczej komórki?

A. 64
B. 128
C. 512
D. 1024

3. Który wzór pozwala obliczyć oczekiwany czas 𝒕 potrzebny do osiągnięcia liczebności 𝑵 przez
kolonię bakterii znajdującą się w fazie wzrostu wykładniczego?

W laboratorium mikrobiologicznym na pożywce agarowej Muellera – Hinton w szalkach Petriego wyhodowano szczep pałeczki ropy błękitnej (Pseudomonas aeruginosa) wyizolowany z jamy ustnej pacjenta. Wykonano antybiogram metodą dyfuzyjno-krążkową, nanosząc na pożywkę z zawiesiną bakterii krążki antybiotyków o znanym stężeniu substancji czynnej. Krążki bibułyoznaczone literami A–E odpowiadają zastosowanym antybiotykom. Szalki Petriego zamknięto i poddano inkubacji w temperaturze ciała człowieka przez 48 godzin. Na poniższym schemacie przedstawiono wynik antybiogramu.

Określ, które stwierdzenia dotyczące interpretacji wyników opisanego doświadczenia są prawdziwe, a które – fałszywe.

Naczelne (Primates) to rząd gromady ssaków, który pojawił się 80–55 mln lat temu. Obecnie żyjący przedstawiciele naczelnych należą do dwóch podrzędów: podrząd niższe naczelne (Strepsirrhini) oraz podrząd wyższe naczelne (Haplorhini). Do wyższych naczelnych należą: wyrakokształtne (Tarsiiformes), małpy szerokonose (Platyrrhini), zwane też małpami Nowego Świata, oraz małpy wąskonose (Catarrhini). Do małp wąskonosych zaliczamy: małpy Starego Świata (Cercopithecoidea) występujące w Afryce i Azji oraz małpy człekokształtne (Hominoidea). Małpy szerokonose zamieszkują tropikalne obszary Ameryki Południowej i Amerykę Środkową. Od małp wąskonosych odróżnia je przede wszystkim obecność szerokiej przegrody nosowej i nozdrzy skierowanych do przodu. Małpy wąskonose mają wąską przegrodę nosową, a ich nozdrza są skierowane w dół.

Poniższe drzewo filogenetyczne przedstawia relacje pokrewieństwa w obrębie współcześnie żyjących grup naczelnych.

1. Określ, które stwierdzenia dotyczące taksonomii naczelnych są prawdziwe, a które – fałszywe.

2. Określ, które stwierdzenia dotyczące taksonomii naczelnych przedstawionych na poniższych fotografiach są prawdziwe, a które – fałszywe

Ptaki z gatunków darwinka mała (Geospiza fuliginosa) i darwinka czarna (Geospiza fortis) zamieszkują wyspy archipelagu Galapagos. Na niektórych wyspach występują osobno, a na innych współwystępują, zajmując podobną niszę ekologiczną i konkurując o nasiona będące ich pokarmem. Wielkość zjadanych nasion uzależniona jest od wysokości dzioba danego osobnika.
W wyniku nasilonej konkurencji międzygatunkowej może dochodzić do konkurencyjnego rozszczepienia cech osobników konkurujących gatunków. Poniższe histogramy przedstawiają rozkład cech każdego z tych gatunków w sytuacji, gdy każdy z nich występuje oddzielnie.

Który z poniższych wykresów przedstawia rozkład wysokości dziobów obu gatunków
ukształtowany w wyniku konkurencyjnego rozszczepienia cech?