Jednym z najważniejszych enzymów mitochondrialnych jest syntaza ATP: kompleks białek, dzięki któremu w procesie fosforylacji oksydacyjnej powstaje ATP.
Na schemacie przedstawiono mitochondrium oraz lokalizację materiału genetycznego zawierającego informację o budowie podjednostek syntazy ATP, a także miejsca ich syntezy i składania.

Na podstawie: A.C. Giese, Fizjologia komórki, Warszawa 1985. T.A. Brown, Genomy, Warszawa 2001.

1. Na przykładzie wytwarzania syntazy ATP uzasadnij, że mitochondria są organellami półautonomicznymi.

 

2. Zaznacz wśród wymienionych elementów budowy mitochondrium ten, w którym występuje aktywna syntaza ATP.

A. błona zewnętrzna

B. przestrzeń międzybłonowa

C. błona wewnętrzna

D. matriks (macierz)

 

3. Uzupełnij poniższe zdania tak, aby zawierały one informacje prawdziwe. Podkreśl w każdym nawiasie właściwe określenie.

 

Przez kanał utworzony z podjednostek syntazy ATP (elektrony / protony) powracają do (matriks / przestrzeni międzybłonowej). Ich przepływ przez kanał syntazy ATP sprawia, że możliwe jest przyłączenie reszty fosforanowej do (ATP / ADP).

Wskazówki:

Zwróć uwagę, że bez DNA jądrowego, ani DNA mitochondrialnego WSZYSTKIE białka niezbędne do stworzenia funkcjonalnej syntazy ATP nie mogłyby powstać.

Pytanie drugie dotyczy AKTYWNEJ syntazy ATP.

Niezbędny tu jest poznany dokładnie mechanizm łańcucha oddechowego.

Zatrucie metanolem jest dla organizmu człowieka bardzo groźne, ponieważ produkty jego utleniania (aldehyd mrówkowy i kwas mrówkowy) są silnie toksyczne. Utlenianie metanolu katalizuje dehydrogenaza alkoholowa. Enzym ten katalizuje również proces utleniania etanolu, ale produktem tej reakcji jest aldehyd octowy, który jest znacznie mniej toksyczny dla organizmu człowieka. Pierwsza pomoc osobom, u których podejrzewa się zatrucie metanolem, polega na jak najszybszym podaniu około 100 ml alkoholu etylowego.

1. Zaznacz rodzaj hamowania aktywności (inhibicji) dehydrogenazy alkoholowej, który występuje po podaniu etanolu osobom zatrutym metanolem. Odpowiedź uzasadnij, odwołując się do mechanizmu tego procesu.

 

A. inhibicja kompetycyjna B. inhibicja niekompetycyjna

 

2. Wyjaśnij, w jaki sposób wprowadzenie etanolu do organizmu osoby, która wypiła metanol, zmniejsza groźne skutki działania metanolu.

Wskazówka:

W przypadku inhibicji niekompetecyjnej inhibitor nie rywalizuje z substratem o centrum aktywne. Natomiast inhibicja kompetecyjna ma bardzo dużą pułapkę dla maturzystów. Rywalizacja inhibitora i substratu o centrum aktywne występuje, ale należy mieć świadomość, że inhibitor zmniejsza efektywność katalizy substratu, ALE GO NIE ZATRZYMUJE.

Cząsteczki fosfolipidów mają jednocześnie właściwości hydrofilowe i hydrofobowe. Ta cecha odgrywa istotną rolę w samoistnym organizowaniu się cząsteczek fosfolipidów w środowisku wodnym w liposomy, czyli struktury mające postać mikropęcherzyków.
Liposomy, np. lipoproteiny krwi, występują w organizmach. Są też produkowane i wykorzystywane w przemyśle farmaceutycznym i kosmetycznym. Wewnątrz liposomów umieszcza się np. zawiesiny leków. Dodatkowe umieszczenie odpowiednich cząsteczek sygnałowych w warstwie lipidowej liposomów sprawia, że łatwiejsze staje się dostarczenie ich zawartości do wnętrza komórek mających określone receptory rozpoznające i wiążące te cząsteczki sygnałowe. Na poniższych rysunkach przedstawiono budowę liposomu (I) i fuzję liposomu z błoną komórkową (II).

Na podstawie: C. Kelly, C. Jefferies, S.A. Cryan, Targeted Liposomal Drug Delivery to Monocytes and Macrophages, Journal of Drug Delivery 2011. http://www.thehormoneshop.net/liposomes.htm

1. Podaj, która część cząsteczki fosfolipidu – 1 czy 2 – ma właściwości hydrofilowe. Odpowiedź uzasadnij, uwzględniając informacje przedstawione na rysunku I.

2. Podaj wspólną cechę budowy liposomu i błony komórkowej, dzięki której liposomy mogą ulegać fuzji z tą błoną.

3. Wyjaśnij, dlaczego dzięki wprowadzeniu określonych cząsteczek sygnałowych do błony liposomu można zwiększyć skuteczność leku w nich podawanego.

Wskazówki:

1. Przeanalizuj dokładnie budowę fosfolipidu, zwróć uwagę na to która część posiada właściwości hydrofobowe, a która hydrofilowe. Woda jest zbudowana analogicznie jak fosfolipid, również posiada biegun dodatki i ujemny. Kluczem do rozwiązania jest wiedza jak ładunki elektryczne układają się względem siebie.

2. Liposomy są zbudowane tak aby mogły ulegać fuzji z błoną.

3. Uwzględnij przyczynę, mechanizm i skutek. Zwróć uwagę dlaczego lek będzie poprzez takie działanie docierał EFEKTYWNIEJ.

Powinowactwo hemoglobiny do tlenu zależy od pH osocza (wzrostu lub spadku stężenia jonów wodorowych). Na kwasowość osocza wpływa m.in. dysocjacja kwasu węglowego, który powstaje z CO2 i wody pod wpływem enzymu anhydrazy węglanowej i dysocjuje na aniony wodorowęglanowe i protony. Około 70-75% CO2 jest transportowanych w osoczu w postaci HCO3‾ (jonu wodorowęglanowego).
Na wykresie przedstawiono krzywe wysycenia hemoglobiny tlenem przy różnym pH osocza krwi człowieka.

Na podstawie: J. Berg, J. Tymoczko, L. Stryer, Biochemia, Warszawa 2009.

1. Uzupełnij poniższe zdanie tak, aby powstał poprawny opis zależności przedstawionej na wykresie. Podkreśl w każdym nawiasie właściwe określenie.

W sytuacji obniżenia się pH osocza krwi (zwiększa się / zmniejsza się) powinowactwo hemoglobiny do tlenu, co powoduje, że tlen przyłączony do hemoglobiny jest (łatwiej / trudniej) odłączany od jej cząsteczki.

2. Wyjaśnij znaczenie przedstawionych właściwości hemoglobiny (zmiany jej powinowactwa do tlenu) dla wymiany gazowej w tkankach, w których zachodzi intensywne oddychanie tlenowe. W odpowiedzi uwzględnij procesy zachodzące w tych tkankach.

3. Podaj inną niż jon wodorowęglanowy postać, w której jest transportowany CO2 we krwi człowieka.

Wskazówki:

Koniecznie przeczytaj o efekcie Bohra, warto przeanalizować jak zmienia się powinowactwo tlenu do hemoglobiny. Zapoznaj się z mechanizmem i uzasadnieniem dlaczego pH ma wpływ na powinowactwo i jakie korzyści z tego tytułu odnosi organizm.

Uwzględnienie powstawania kwasu mlekowego nie jest dobrym pomysłem, w komórkach, które intensywnie oddychają tlenowo kwas mlekowy nie powstaje.

Jon wodorowęglanowy rozpuszczony w osoczu to główna postać transportowanego CO2 ale nie jedyna.

Dwie grupy uczniów przygotowały takie same zestawy doświadczalne w celu sprawdzenia, od czego zależy aktywność enzymu rozkładającego skrobię, występującego w ślinie. W pięciu probówkach uczniowie umieścili po 1 ml roztworu wodnego o określonym pH (4-8). Następnie do każdej probówki dodali 1 ml rozcieńczonego kleiku przygotowanego ze skrobi ziemniaczanej, do którego dosypali odrobinę soli kuchennej (NaCl). Pierwsza grupa umieściła probówki w łaźni wodnej o temperaturze 30 ºC, natomiast druga – w łaźni o temperaturze 37 ºC. Do każdej probówki uczniowie dodali po 1 ml świeżej śliny, wymieszali zawartość i następnie, w odstępach jednominutowych, pobierali z mieszaniny w każdej probówce po jednej kropli roztworu i sprawdzali, czy cała skrobia została już rozłożona. Wyniki zebrali w tabeli.

1. Podaj nazwę enzymu znajdującego się w ślinie, który rozkłada skrobię.

2. Na podstawie wyników doświadczenia sformułuj wniosek dotyczący optimum działania badanego enzymu.

3. Określ, w jaki sposób uczniowie mogli sprawdzić podczas doświadczenia, czy cała skrobia została już rozłożona. Uwzględnij nazwę użytego odczynnika oraz efekt jego działania.

Wskazówki:

Pierwszym miejscem w którym rozpoczyna się proces trawienia skrobi jest jama ustna, kolejnym jest dopiero jelito cienkie.

Optimum działania enzymum które działają w organizmie człowieka zwykle jest zblizone do warunków (temparatury i pH) które w organizmie panują.

Barwa łynu Lugola dla Skrobii czy w przypadku całkowitego rozłożenia skrobi jest często omawiana, warto poszukać jakie barwy mają dekstryny (produkty pośrednie trawienia).

Rozkład lipidów w tkance tłuszczowej katalizowany jest przez lipazę triacyloglicerolową, której aktywność jest regulowana hormonalnie. Na schemacie przedstawiono mechanizm aktywacji i dezaktywacji lipazy triacyloglicerolowej.

Na podstawie: B.D. Hamsen, N.M. Hooper, Krótkie wykłady. Biochemia, Warszawa 2007.

Na podstawie analizy schematu opisz dwa przedstawione tam sposoby hamującego wpływu insuliny na rozkład lipidów.

Wskazówki:

Schemat przedstawiony w zadaniu jest podstawą ułożenia prawidłowej odpowiedzi, w mechanizmie aktywacji uwzględnij wszystkie jego etapy, a zdobędziesz punkt.

Wapń jest ważnym składnikiem organizmu człowieka. W osoczu krwi powinno znajdować się około 2,2–2,6 mmol/l jonów tego pierwiastka, niezbędnego do wielu procesów wewnątrzkomórkowych. Obniżenie poziomu jonów wapnia we krwi skutkuje uruchomieniem jego zasobów zgromadzonych w kościach.

a) Wśród przykładów procesów zachodzących w komórkach organizmu człowieka zaznacz ten proces, w którym istotny udział biorą jony wapnia.

A. Polaryzacja błony komórkowej.

B. Skurcz komórek mięśniowych.

C. Przenoszenie elektronów w łańcuchu oddechowym.

D. Łączenie podjednostek rybosomów podczas biosyntezy białka.

 

b) Podaj nazwę hormonu, którego wydzielanie się zwiększa, gdy poziom jonów wapnia we krwi jest zbyt niski.

Uporządkuj we właściwej kolejności wymienione poniżej etapy powstawania IV-rzędowej struktury białka.

Wpisz w tabelę odpowiednio numery 1-4.

Regulacja metabolizmu związana jest m.in. z regulacją działania enzymów – ich aktywacją lub hamowaniem. Wiele enzymów, aby pełnić funkcje katalityczne, wymaga przyłączenia cząsteczek, zwanych kofaktorami. Mogą nimi być małe jednostki niebiałkowe, np. jony metali, lub złożone niebiałkowe cząsteczki organiczne, nazwane koenzymami, np. NAD+ czy FAD.

Na schematach przedstawiono różne sposoby (A–D) hamowania (inhibicji) pracy enzymu.

Na podstawie: J. Kączkowski, Biochemia roślin, Warszawa 1992.

Podaj oznaczenia literowe dwóch mechanizmów hamowania pracy enzymu, innych niż blokada centrum aktywnego. Opisz, na czym polega każdy z wybranych mechanizmów.

Na rysunkach przedstawiono budowę cząsteczki hemoglobiny i mioglobiny, a na wykresie – krzywe wy sycenia tych dwóch białek tlenem w zależności od ciśnienia parcjalnego tego gazu.

Na podstawie: B. D. Hames, N. M. Hooper, Biochemia. Krótkie wykłady, Warszawa 2007, s. 46.

a) Określ, które z wymienionych w tabeli cech dotyczą budowy przedstawionych białek, wstawiając znak X w odpowiedniej kolumnie.

Uwaga: niektóre cechy mogą być wspólne dla obu cząsteczek.

b) Podaj, w której tkance w organizmie człowieka występuje mioglobin a i jaką funkcję pełni.

c) Określ, która krzywa na wykresie (1. czy 2.) przedstawia właściwości mioglobiny. Odpowiedź uzasadnij.

Azot jest jednym z pierwiastków niezbędnych do wzrostu i rozwoju roślin.

a) Spośród wymienionych drobin zawierających azot w bierz i podkreśl te, które mogą być bezpośrednio przyswajane przez rośliny.

b) Podkreśl nazwy grup związków organicznych, w skład których wchodzi azot.

białka, kwasy nukleinowe, cukry proste, tłuszcze właściwe (proste)

Stała Michaelisa-Menten (KM) to takie stężenie substratu (dla określonego stężenia enzymu), przy którym reakcja enzymatyczna osiąga połowę prędkości maksymalnej. Stałą tę uznaje się za orientacyjną miarę powinowactwa enzymu do substratu, ponieważ w przypadku większego powinowactwa następuje wysycenie enzymu substratem przy jego niższym stężeniu.
W doświadczeniu badano zależność szybkości reakcji enzymatycznej od stężenia substratu – dla enzymu bez obecności związku X oraz dla enzymu w obecności związku X. Wyniki doświadczenia przedstawiono na poniższym wykresie.

Na podstawie:

http://www.mikeblaber.org/oldwine/BCH4053/Lecture25/Lecture25.htm [dostęp 10.02.2013]

a) Wybierz prawidłową interpretację wyników doświadczenia i jej uzasadnienie.

A. Związek X jest inhibitorem tego enzymu, ponieważ w jego obecności powinowactwo enzymu do substratu zwiększyło się.
B. Związek X jest inhibitorem tego enzymu, ponieważ w jego obecności powinowactwo enzymu do substratu zmniejszyło się.
C. Związek X jest aktywatorem tego enzymu, ponieważ w jego obecności powinowactwo enzymu do substratu zwiększyło się.
D. Związek X jest aktywatorem tego enzymu, ponieważ w jego obecności powinowactwo enzymu do substratu zmniejszyło się.

b) Korzystając z informacji przedstawionych na wykresie, wyjaśnij, dlaczego wartość Vmax tej reakcji nie zmienia się w obecności związku X.

Na schemacie wyróżniono ramką wiązanie chemiczne, typowe dla jednej z podstawowych grup związków organicznych, z których zbudowane są organizmy.

Podaj nazwę wiązania chemicznego wskazanego na schemacie oraz nazwę grupy związków organicznych, w których ono występuje.

Na rysunkach przedstawiono budowę dwóch różnych nukleotydów występujących powszechnie w komórkach organizmów.

Określ funkcję, jaką pełni każdy z przedstawionych nukleotydów w organizmach żywych.

Fasolamina jest substancją pozyskiwaną z nasion fasoli. Naukowcy stwierdzili, że w przewodzie pokarmowym człowieka hamuje ona działanie jednego z enzymów trawiennych – amylazy trzustkowej.

Zaznacz dwa zdania, które prawidłowo wyjaśniają zasadność stosowania fasolaminy jako środka wspomagającego odchudzanie.

A. Fasolamina bezpośrednio działa na ośrodek głodu, hamując uczucie łaknienia.
B. Działanie fasolaminy sprawia, że część spożytej skrobi nie zostanie strawiona, a tym samym zmniejsza się ilość kalorii przyswajanych przez organizm.
C. Fasolamina pobudza ruchy perystaltyczne jelit, dzięki temu spożyty pokarm szybciej przechodzi przez przewód pokarmowy i pozostaje częściowo niestrawiony.
D. Blokując trawienie skrobi fasolamina powoduje, że zalega ona w żołądku co daje uczucie sytości.
E. Fasolamina nie działa już na wchłonięte z pokarmu węglowodany, a jedynie uniemożliwia trawienie skrobi w jelicie.