Egzamin próbny maj 2018, pytania i odpowiedzi PDF

Preview

Summary

1. Przedstaw chlorofilu a i b. Zbudowane z pochodnej porfiryny, zwanej oraz reszty alkoholu fitolu, estrowym do reszty kwasu propionowego, jest jednym z IV pirolowego feoporfityny. Fragment czterech pirolowych oraz dodatkowego niepirolowego po sobie kolejno pojedynczych i Nosi on i charakteryzuje ab...

Description

1. Przedstaw ogólną budowę chlorofilu a i b. Zbudowane z 5-pierścieniowej pochodnej porfiryny, zwanej feoporfiryną oraz reszty 20-węglowego alkoholu – fitolu, dołączonej wiązaniem estrowym do reszty kwasu propionowego, która jest jednym z podstawników IV pierścienia pirolowego feoporfityny. Fragment czterech połączonych pierścieni pirolowych oraz dodatkowego piątego pierścienia niepirolowego tworzą układ następujących po sobie kolejno wiązań pojedynczych i podwójnych. Nosi on nazwę układu wiązań sprzężonych i charakteryzuje się zdolnością absorpcji promieniowania świetlnego. Centralne miejsce w pierścieniu profirynowym zajmuje atom magnezu, połączony z atomami azotu pierścieni pirolowych. 2. Jaką rolę w roślinach spełniają karotenoidy? Dzięki innej budowie chemicznej związki te absorbują światło w innym zakresie niż chlorofile i działają jako anteny przekazując energię na chlorofil. Ochronna rola polega na przejmowanie energii z chlorofilu trypletowego i jego dezaktywacji termicznej np. podczas cyklu ksantofilowego. 3. Czym jest widmo absorpcyjne? Zależność absorbancji substancji od długości fali. Każdy roztwór danego związku chemicznego w określonym rozpuszczalniku ma charakterystyczne widmo. Jest ono określane m.in. dzięki metodom spektrofotometrycznym. 4. Na czym polega chromatografia? Metoda pozwalająca na rozdział składników danej mieszaniny np. barwników roślinnych. Przeprowadza się ją na cienkich warstwach nośnika (np. tlenek glinu lub żel krzemionkowy), którym powleka się płytkę szklaną, folię aluminiową lub tworzywo sztuczne. Działanie sił kapilarnych powoduje przepływ przez nośnik fazy ruchomej. Rozdział substancji jest skutkiem występowania różnic w oddziaływaniach składników rozdzielanej mieszaniny z fazami ruchomą i nieruchomą. Silniejsze powinowactwo danego związku do fazy nieruchomej skutkuje wolniejszym przemieszczaniem się na płytce. 5. Opisz budowę części hydrofobowej chlorofilu. 20-węglowy alkohol – fitol, dołączony wiązaniem estrowym do reszty kwasu propionowego, która jest jednym z podstawników IV pierścienia pirolowego feoporfityny. Fragment czterech połączonych pierścieni pirolowych oraz dodatkowego piątego pierścienia niepirolowego tworzą układ następujących po sobie kolejno wiązań pojedynczych i podwójnych. Nosi on nazwę układu wiązań sprzężonych i charakteryzuje się zdolnością absorpcji promieniowania świetlnego. 6. Dlaczego chlorofil jest zielony? Wszystkie chlorofile wykazują bardzo niską absorpcję w środkowym zakresie widma widzialnego, który przez ludzi odbierany jest jako kolor zielony. Znaczy to, że chlorofil w przeciwieństwie do koloru czerwonego czy niebieskiego nie pochłania, a odbija ten zakres fal, co sprawia, że chlorofil ma zielony kolor. 7. Czym jest antena energetyczna? Antena energetyczna – kompleksy barwnikowo-lipidowo-białkowe utworzone z barwników pomocniczych w błonach fotosyntetycznych oraz większości cząsteczek chlorofilu. Cząsteczki barwników antenowych po absorpcji kwantu światła przechodzą ze stanu podstawowego w stan wzbudzony. Przekazywane jest następnie na drodze rezonansowej do specjalnej pary cząsteczek chlorofilu a tworzących centrum reakcji fotochemicznej. Można w nich wyróżnić część rdzeniową fotoukładu oraz anteny peryferyjne. 8. Jakie funkcje spełnia feofityna? Feofityna (chlorofil w środowisku kwaśnym) jest integralnym składnikiem PSII, w którym pełni rolę przekaźnika elektronów P-680 na utlenioną formę plastochinonu Q A. Występuje ona w ekstraktach roślinnych a także w nieuszkodzonych częściach zdolnych do fotosyntezy tlenowej. W miarę starzenia się organizmu wzrasta stężenie feofityny, jest wskaźnikiem stopnia uszkodzenia oraz zanieczyszczeń.

9. Opisz zjawisko fluorescencji. Jedna z dróg (oprócz oddawania ciepła i fosforescencji) rozpraszania energii absorbowanej przez barwniki chlorofilowe (10-9 s). Jest to wynik dezaktywacji najniższego stanu singletowego (S1), do jakiej cząsteczka ze stanu podstawowego (S0) jest wzbudzana po absorpcji promieniowania o długości fali 680 nm. Czynniki ograniczające wydajność fotosyntezy powodują wzrost intensywności fluorescencji chlorofilu. 10. Czym jest PSII? PSII (ang. (photosystem II), fotoukład II – jeden z dwóch typów centrów reakcji i towarzyszących im anten energetycznych występujący u fotosyntetyzujących eukariotów i sinic. Chlorofil znajdujący się w centrum reakcji tego fotoukładu wykazuje maksimum absorpcji przy 680 nm, stąd też określany jest jako P-680. Jest wzbogacony o chlorofil b, dlatego wykazuje w czerwonym obszarze widma przesunięcie maksimum absorpcji w stronę fal krótszych (światła niebieskiego). Barwnikiem pomocniczym jest ksantofil. Warunkuje wyłącznie szlak niecykliczny transportu elektronów. 11. Co to są „obroty” enzymu? Liczba obrotów enzymu (aktywność molekularna) – liczba cząsteczek substratu, które w danej jednostce czasu mogą zostać przekształcone w produkt przez enzym w pełni wysycony substratem. Odpowiada stałej szybkości reakcji k w równaniu kinetycznym: Vmax (maksymalna czybkość reakcji) = k[E] (stężenie miejsc aktywnych enzymu). 12. Dlaczego po zranieniu bulwy ziemniaka ciemnieją? W uszkodzonej tkance dochodzi do zakwaszenia treści komórkowej (uszkodzenie wakuol), co prowadzi do uaktywnienia PPO, które utleniają fenole do chinonów, które szybko polimeryzują (fizyczna bariera) i wiążą się z białkami (obniżenie wartości odżywczych). Te właśnie chinony (produkty aktywności PPO) powodują ciemnienie bulw i owoców. Ciemnienie obranych bulw ziemniaka spowodowane jest wytwarzaniem barwników melaninowych, powstających np. z tyrozyny. 13. Opisz stałą Michaelisa-Menten (Vmax oraz Km).  Vmax – maksymalna szybkość reakcji w warunkach wysycającego stężenia substratu.  Km (stała Michaelisa) – stała równowagi reakcji enzymatycznej, takie stężenie substratu, w którym szybkość reakcji osiąga połowę szybkości maksymalnej. Enzym jest tym aktywniejszy im wartość tej stałej jest mniejsza.  ½ Vmax – szybkość równa połowie Vmax osiągana, gdy stężenie substratu odpowiada stałej Michaelisa. 14. Jak i ze względu na co dzielimy taniny? Pod względem chemicznym taniny należą do wielkocząsteczkowych polimerów fenolowych, a ze względu na typ struktury dzielone są na hydrolizujące powstające poprzez polimeryzację kwasów fenolowych i niektórych cukrów (młode rośliny) i skondensowane będące polimerami flawonoidów (występują w łyku starszych roślin). 15. Opisz inhibicję kompetycyjną. Inhibicja kompetycyjna (współzawodnicza) – polega na tym, że niektóre substancje o budowie zbliżonej do substratu reakcji katalizowanej przez enzym mogą współtworzyć kompleks enzym-inhibitor (EI) analogiczny do kompleksu ES, wskutek czego wiążą pewną ilość enzymu, zmniejszając tym samym zdolność wiązania właściwego substratu i szybkość reakcji (zwiększenie wartości Km). Jest odwracalna, można ją znieść przez zwiększenie stężenia substratu; 16. Opisz zależność szybkości reakcji od stężenia substratu. Stężenie substratu – gdy stężenie to nie przekracza wartości wysycających – im więcej substratu tym wyższa szybkość reakcji enzymatycznej. O stężeniu substratu danej reakcji enzymatycznej decyduje szybkość jego powstawania, a będąc na skrzyżowaniu szlaków metabolicznych, może być przedmiotem konkurencji

różnych enzymów: kompartmentacja metabolizmu i wynikająca z niej sekwestracja (rozgraniczenie przestrzenne) szlaków metabolicznych, co eliminuje problem konkurowania o substraty. 17. Opisz funkcję oksydaz polifenolowych. Oksydazy polifenolowe (PPO) – pełnią funkcję ochronne i obronne przy zranieniach i ataku patogenów (aktywowane są przez stresowe czynniki biotyczne i abiotyczne), a w zdrowych tkankach uczestniczą w syntezie fenylopropanoidów. Przypuszcza się również, że PPO biorą udział w syntezie tanin, a także flawonoidów oraz alkaloidów. 18. Opisz inhibicję niekompetycyjną. Inhibicja niekompetycyjna – polega na oddziaływaniu inhibitora z centrum allosterycznym enzymu lub kompleksu ES Hamowanie niekompetecyjne aktywności enzymatycznej nie może być zniesione przez zwiększenie stężenia substratu i zmniejszając szybkość reakcji nie powoduje zmian wartości Km. 19. Czym są herbicydy i jak działają? Jest to rodzaj pestycydów używanych do selektywnego lub nieselektywnego zwalczania chwastów w uprawach. Dzielą się one ze względu na czas użycia, sposób użycia oraz zakres działania. Inny podział obejmuje ich rodzaj działania, które przyczynia się do wyeliminowania określonych grup roślin. Herbicydy mogą być inhibitorami: działania fotosystemu II oraz I, mitozy, tworzenia celulozy, biosyntezy karotenoidów transportu auksyny czy wytwarzania lipidów. 1. Opisz proces fotolizy wody i związany z nim kompleks manganowy. Jak zachodzi rozkład wody w P680? Aby łańcuch elektronów mógł funkcjonować w sposób ciągły, musi istnieć stały dopływ elektronów do P680. Kompleks enzymatyczny rozkładający wodę znajduje się na wewnętrznej powierzchni błony tylakoidu i zawiera 4 atomy manganu połączonych z białkiem. Atomy manganu przekazują kolejno pod wpływem energii świetlnej elektrony do chlorofilu P680. Dopiero po odłączeniu 4 elektronów, w stanie S4 kompleks przechodzi do stanu S0 przez rozerwanie 2 cząsteczek wody, czemu towarzyszy uwolnienie tlenu i protonów. 2. Które herbicydy działają tylko w dzień i dlaczego? Herbicydami działającymi wyłącznie w dzień są te, których mechanizmem działania jest zaburzanie procesu fazy jasnej fotosyntezy, zachodzącej na świetle. Przykładami takich herbicydów są DCMU lub atrazyna, które blokują przepływ elektronów między fotoukładami. W momencie braku światła, nie zachodzi transport elektronów pomiędzy różnymi białkami transportowymi w fotosystemach, a więc herbicydy te nie mają, jak zablokować procesu, który naturalnie nie zachodzi ze względu na brak energii słonecznej. 3. Ile elektronów musi uwalniać się z atomu manganu, aby stworzyć 1 cząsteczkę tlenu? Aby wytworzyć jedną cząsteczkę tlenu, do czego wymagane jest rozkład 2 cząsteczek wody (rozkład jednej cząsteczki wody warunkuje powstanie tylko 1 atomu tlenu) wymagane jest odłączenie 4 elektronów z atomu manganu znajdującego się w kompleksie manganowym. 4. Czy tlen powstanie, jeśli używany jest herbicyd? Zależy to od użytego herbicydu i jego sposobu działania. Paraquat przechwytuje elektrony przekazywane zwykle z PSI na NADP+. Jest on więc egzogennym akceptorem elektronów, które następnie przekazywane są na tlen, tworząc rodnik ponadtlenkowy pozostający w komórkach i uszkadzający struktury komórkowe. 5. Skąd pochodzi tlen w fotosyntezie. Tlen w fotosyntezie pochodzi z cząsteczki wody, która uległa rozkładowi na protony, elektrony oraz tlen przez kompleks manganowy pod wpływem energii świetlnej. 6. Czym jest i jak działa 2,4-D?

Kwas 2,4-dichlorofenoksyoctowy jest jednym z najstarszych herbicydów zaliczanych do herbicydów fenoksylowych, który w bardzo małym stężeniu działa jak naturalna auksyna, a w większym – jest substancją niszczącą rośliny dwuliścienne. Spowodowane jest to faktem nadmiernego rozluźniania struktury ścian komórkowych przez obniżenie wartości pH oraz rozrywanie wiązań wodorowych i kowalencyjnych między jej składnikami, co doprowadza do zaburzenia w ich strukturze i m.in. uniemożliwienie wzrostu komórek. 7. Opisz fosforylację cykliczną. 8. Jak działa atrazyna? Atrazyna jest herbicydem triazynowym będącym inhibitorem PSII. Blokuje ona przepływ elektronów pomiędzy fotoukładami w chloroplastach. Jest analogiem plastochinolu i działa poprzez usunięcie wtórnego akceptora QB z jego miejsca wiązania na białko D1. Stosuje się ją m.in. w uprawach kukurydzy. 9. Narysuj i opisz krzywą fotosyntetyczną. 10. Narysuj i opisz wykres zależności wydzielania tlenu od światła.

11. Dlaczego glony z dodatkiem herbicydów „świecą” na czerwono? Czynniki ograniczające wydajność fotosyntezy powodują zazwyczaj wzrost intensywności fluorescencji chlorofilu. Do inhibitorów fotosyntezy należy połowa obecnie produkowanych herbicydów, z których większość blokuje transport elektronów pomiędzy PSII a plastochinonem. 20. Jaka jest różnica między potencjałem osmotycznym i potencjałem wody? Potencjał wody ( Ψ W ) jest to ilość energii swobodnej wnoszonej do układu przez każdy mol wody i w komórce ( Ψ kom ) jest sumą potencjału osmotycznego ( Ψ Π ) i potencjału ciśnienia ( Ψ P ). A więc potencjał osmotyczny, który ma zawsze wartość ujemną jest składową potencjału wody obserwowanego w komórce. 21. Jakie są różnice pomiędzy plazmolemmą i tonoplastem? Plazmolemma nazywana inaczej błoną komórkową, jest półprzepuszczalną błoną biologiczną, która oddziela całe wnętrze komórki od środowiska, natomiast tonoplast jest półprzepuszczalną błoną biologiczną otaczającą organellum komórkowe - wakuolę. Plazmolemma jest błoną dwuwarstwową, natomiast tonoplast – jednowarstwową. W przypadku tonoplastu akwaporyny są cały czas otwarte, a w strukturze plazmolemmy muszą być regulowane przez proces fosforylacji. 22. Czym jest ciśnienie osmotyczne i jaką jednostką się je wyraża?

Ciśnienie osmotyczne roztworu jest jedną z jego własności koligatywnych, zależnych od ilości rozpuszczonych cząstek. Określa ono ciśnienie, które trzeba przyłożyć, aby przeciwdziałać przepływowi wody przez błonę półprzepuszczalną zgodnemu z gradientem potencjałów chemicznych: z ośrodka zawierającego czystą wodę do ośrodka z roztworem osmotycznie czynnym. Jednostką ciśnienia osmotycznego jest osmol (osm). 23. Prawo Raoulta. Prężność pary danego składnika nad roztworem jest proporcjonalna do ułamka molowego tego składnika w rozwtorze, co wyraża zależność: pi (prężność pary składnika i nad roztworem) = pi0 (prężność pary nasyconej składnikiem i) xi (ułamek molowy składnika i). 24. Czym jest potencjał chemiczny wody? Charakteryzuje stan energetyczny tej substancji i jest miarą zdolności jednego mola wody do wykonania pracy transportu w każdym rozpatrywanym układzie. W praktyce operuje się pojęciem potencjału wody, które wyraża się w jednostkach ciśnienia, najczęściej pasklach (Pa) lub megapaskalach (mPa). 25. Czym są i jak powstają komórki Traubego? Komórki Traubego powstają m.in. w wyniku reakcji CuSO4 z K4Fe(CN)6. Po wrzuceniu kryształu heksacyjanożelazianu do roztworu siarczanu miedzi powstaje dookoła niego półprzepuszczalna błona i powstaje układ osmotyczny. Wewnątrz błony znajduje się wysokie stężenie wrzuconego związku, przez co napływa do niego woda z roztworu godnie z różnicą potencjałów chemicznych. W konsekwencji następuje rozerwanie „komórki” i skokowy jej wzrost. 26. Dlaczego struktura błony jest dynamiczna? Błony biologiczne zgodnie z modelem płynnej mozaiki są strukturami dynamicznymi, tzn. poszczególne ich składniki nie są stale przytwierdzone do jednego miejsca, a wykazują płynność. Mają na to wpływ takie czynniki jak: temperatura, obecność wolnych steroli, oddziaływania wody czy zagęszczenie białek, które zmniejszają lub zwiększają płynność składników błon biologicznych. 27. Przy wartościach -1,0 oraz -0,6 mPa komórki, w którą stronę będzie przepływać woda? Przepływ wody pomiędzy komórkami odbywa się zawsze w kierunku od wyższych (mniej ujemnych) do niższych (bardziej ujemnych) wartości potencjału wody, a więc w tym przypadku woda będzie przepływać od -0,6 do -1,0. 28. Co to jest krioskop i do jakich pomiarów służy? Jest to specjalnie skonstruowane urządzenie do pomiarów temperatury topnienia (zamarzania) roztworów jak np. soku komórkowego. Umożliwia na kriometryczne wyznaczenie potencjału osmotycznego poprzez pomiar jego punktu krzepnięcia. Temperatura, w której znika ostatni z kryształów zamarzniętej substancji jest temperaturą jego topnienia, dzięki której można obliczyć stężenie molalne roztworu, a następnie – potencjał osmotyczny (pomiar metodą kriometryczną). 29. Jakie zjawisko zachodzi w komórce roślinnej umieszczonej w roztworze hipertonicznym? Gdzie wartości potencjału wodnego i osmotycznego będą większe – w komórce czy w roztworze? W roztworze hipertonicznym ( Ψ kom >Ψ roztw ) następuje transport wody z komórki do otaczającego ją roztworu co skutkuje zjawiskiem plazmolizy (odrywania protoplastów od ściany komórkowej w wyniku utraty wody). Potencjał wody oraz potencjał osmotyczny będą więc większe w roztworze. 30. Przez które z błon komórki roślinnej może przenikać KCNS, a przez które nie? Jakie mogą być tego konsekwencje? KCNS może przenikać przez błonę plazmolemmy, powodując najpierw plazmolizę, a następnie stopniową deplazmolizę komórki (przez wnikanie do cytozolu cząsteczki substancji rozpuszczonej wraz z wodą),

natomiast nie może (lub robi to bardzo słabo) przenikać przez błony tonoplastu, co utrzymuje komórki w ciągłym stanie uwodnienia....