Aminokwasy, podobnie jak większość związków organicznych, można łatwo rozpoznać po charakterystycznych grupach funkcyjnych. Zbudowane są z nich białka – związki o skomplikowanej strukturze przestrzennej.
Na schematach przedstawiono budowę dwóch aminokwasów.

Źródło: Wybrane wzory i stałe fizykochemiczne na egzamin maturalny z biologii, chemii i fizyki.

a) Na wzorze strukturalnym cysteiny otocz kółkiem 2 grupy funkcyjne, charakterystyczne dla wszystkich aminokwasów. Oznacz je cyframi 1 i 2 oraz podaj ich nazwy.
b) Zapisz wzór strukturalny dipeptydu powstałego z połączenia glicyny i cysteiny (Gly-Cys) oraz otocz linią lub zaznacz strzałką wiązanie peptydowe.
c) Wyjaśnij, jakie znaczenie w tworzeniu struktury III-rzędowej białka ma cysteina.

Na schemacie przedstawiono klasyfikację związków organicznych budujących organizmy.

Poniżej zapisano nazwy wybranych związków i grup związków organicznych (1-8).

Lista związków i grup związków budujących organizm człowieka:
1 – albuminy
2 – fruktoza
3 – glikogen
4 – glukoza
5 – metaloproteiny
6 – sacharoza
7 – skrobia
8 – steroidy

a) Uzupełnij schemat, wpisując w ramki właściwe oznaczenia cyfrowe związków lub grup związków wchodzących w skład organizmu człowieka (w każdej ramce jedno).
b) Z listy związków oraz ze schematu wybierz i zapisz nazwy dwóch związków, które gromadzone są w tkankach człowieka jako rezerwa energetyczna. Obok każdego związku podaj po jednym miejscu jego magazynowania w organizmie.

Na rysunkach A–D w przypadkowej kolejności zobrazowano I-, II-, III- i IV-rzędową strukturę białek.

Na podstawie: Biologia, red. A. Czubaj, Warszawa 1999, s. 349.

a) Podaj oznaczenia literowe rysunków w takim porządku, żeby odzwierciedlały kolejno I-, II-, III- i IV-rzędową strukturę białek.
b) Określ funkcję wymienionych (w legendzie do rysunku) rodzajów wiązań chemicznych w kształtowaniu struktury białek.

Na rysunkach przedstawiono fragment cząsteczki kolagenu.

Na podstawie: http://biochemia.wp.ap.siedlce.pl/Biofizyka/Biofizyka_4.ppt [dostęp: 17.10.2014].

Korzystając z rysunku, wykaż związek między strukturą kolagenu i jego funkcją biologiczną w organizmie człowieka.

Woda jest aktywnym związkiem nieorganicznym, którego polarne cząsteczki łączą się ze sobą za pomocą wiązań wodorowych. Cząsteczki wody mają zdolność do adhezji, czyli przylegania do innych substancji, oraz wzajemnego przyciągania się, czyli tzw. kohezji (spójności). Wiązania wodorowe ulegają zerwaniu pod wpływem energii cieplnej cząsteczek.
Na schemacie przedstawiono wiązania wodorowe powstałe między cząsteczkami wody.

Na podstawie: Biologia. Jedność i różnorodność, praca zbiorowa, Warszawa 2008, s. 28.

a) Określ, w którym zdaniu (A czy B) prawidłowo opisano rolę sił kohezji w transporcie wody w roślinie. Odpowiedź uzasadnij.

Wśród węglowodanów, w zależności od ich budowy, wyróżnia się monosacharydy – pojedyncze monomery, które mogą tworzyć większe cząsteczki: oligosacharydy (2-10 monomerów), oraz polisacharydy, zbudowane z więcej niż 10 monomerów. Na schemacie I przedstawiono reakcję kondensacji 2 cząsteczek glukozy (monomeru), w wyniku której powstaje disacharyd, a na schemacie II – 2 disacharydy, każdy zbudowany z 2 różnych monomerów.

Na podstawie: B.D. Hames, N.M. Hooper, Biochemia. Krótkie wykłady, Warszawa 2002, s. 310.

a) Podpisz powyższe wzory disacharydów w miejscach oznaczonych A-C, wybierając nazwy spośród: sacharoza, celobioza, trehaloza, maltoza, laktoza.
b) Zaznacz poprawne dokończenie zdania.

Monosacharydy i pewne disacharydy mają właściwości redukujące, ponieważ zawierają wolną grupę karbonylową (C=O), która utlenia się do grupy karboksylowej (COOH), redukując jednocześnie inny związek. Do wykrywania obecności cukrów redukujących służy odczynnik Benedicta o barwie niebieskiej. Cukry redukują CuSO4, znajdujący się w odczynniku, do Cu2O, który po podgrzaniu wytrąca się jako osad o różnym zabarwieniu (od zielonożółtego poprzez pomarańczowy do czerwonego), zależnie od ilości cukru redukującego w analizowanej próbie.

Przeprowadzono następujące doświadczenie:
– przygotowano cztery probówki,
– do probówki 1. dodano 2 cm3 1% roztworu sacharozy, do 2. dodano 2 ml 1% roztworu maltozy, do 3. dodano 2 ml 1% roztworu laktozy, do 4. dodano 2 ml wody destylowanej,
– do każdej probówki dodano 1 ml odczynnika Benedicta i dokładnie wymieszano,
– wszystkie probówki wstawiono na 3 min do łaźni wodnej o temperaturze 70°C.

Zaobserwowane wyniki doświadczenia zestawiono w tabeli.

Na podstawie analizy podanych wyników sformułuj wniosek do przeprowadzonego doświadczenia.

Poniżej przedstawiono wzory strukturalne trzech węglowodanów.

Na podstawie: N.A. Campbell, J.B. Reece, L.A. Urry, M.L. Cain, S.A. Wasserman, P.V. Minorsky, R.B. Jackson, Biologia, Poznań 2013, s. 70.

a) Na podstawie przedstawionych wzorów i posiadanej wiedzy oceń prawdziwość informacji dotyczących budowy węglowodanów. Wpisz znak X w odpowiednie komórki tabeli.

b) Podaj przykład, innej niż przedstawiona powyżej, pentozy i określ jej biologiczne znaczenie.

c) Przyporządkuj każdemu z cukrów (I-III) jego znaczenie dla organizmu roślinnego (spośród A-D).

A. Jest głównym materiałem energetycznym dla komórek.
B. Stanowi związek wyjściowy do tworzenia cukrów bardziej złożonych.
C. Wchodzi w skład kwasów nukleinowych.
D. Stanowi materiał budulcowy ściany komórkowej roślin.

d) Wyjaśnij, dlaczego ze względu na rozpuszczalność w wodzie cukry proste nie mogą być materiałem zapasowym w komórkach zwierząt.

Cytoszkielet komórki budują trzy rodzaje filamentów: mikrofilamenty, filamenty pośrednie i mikrotubule. Mikrofilamenty to cienkie i elastyczne struktury zbudowane z identycznych globularnych cząsteczek aktyny. Mikrotubule są najgrubsze z tych struktur i mają postać długich, pustych wewnątrz rurek. Odpowiadają za organizację wnętrza komórki. Filamenty pośrednie są zbudowane z mocno zwiniętych nici, dzięki czemu są najbardziej sztywne i wytrzymałe spośród wymienionych elementów cytoszkieletu.
Na rysunku przedstawiono trzy rodzaje filamentów budujących cytoszkielet komórki.

Na podstawie: Biologia. Jedność i różnorodność, praca zbiorowa, Warszawa 2008, s. 102-105.

a) Przyporządkuj każdą z podanych funkcji do właściwego elementu cytoszkieletu, wstawiając w odpowiednie miejsca tabeli znak X.

b) Zaznacz prawidłowe dokończenie zdania.

Filamenty tworzące cytoszkielet komórki zbudowane są z
A. białek.
B. lipidów.
C. węglowodanów.
D. kwasów nukleinowych.

Kolagen jest zbudowany z trzech łańcuchów polipeptydowych. Każdy łańcuch składa się z powtarzającego się tripeptydu, mającego sekwencję Gly-X-Y, w którym Gly to glicyna, a X i Y mogą być jakimikolwiek aminokwasami, ale najczęściej X jest proliną, a Y hydroksyproliną. Każdy łańcuch, zbudowany z ok. tysiąca aminokwasów, ma strukturę α helisy. Trzy łańcuchy polipeptydowe (α-helisy), owijając się wokół siebie, tworzą trójniciową helisę wyższego rzędu, która jest utrzymywana głównie dzięki wiązaniom wodorowym powstającym między grupami aminowymi glicyn jednej helisy i grupami hydroksylowymi jednej z pozostałych helis. W stabilizowaniu struktury trójniciowej helisy biorą również udział grupy –OH hydroksyproliny.
Na rysunku schematycznie przedstawiono biosyntezę kolagenu.

Na podstawie: Pod redakcją T. Le, K. Krause, First Aid for the Basic Sciences General Principles, New York 2009, s. 127; B.D. Hames, N.M. Hooper, Biochemia. Krótkie wykłady, Warszawa 2002, s. 55–56.

a) Korzystając z rysunku i swojej wiedzy, przedstaw etapy biosyntezy kolagenu. Uzupełnij tabelę, wpisując w odpowiednich rubrykach nazwę organellum, cyfrę oznaczającą proces (1-5) oraz rodzaj procesu, jaki w nim zachodzi.

b) Na podstawie informacji zawartych w tekście przedstaw strukturę pierwszorzędową kolagenu, zapisując fragment łańcucha złożonego z dziewięciu aminokwasów.

c) Zaznacz prawidłowe dokończenie zdania.

Przedstawiony na rysunku proces biosyntezy kolagenu zachodzi w komórkach
A. tkanki łącznej płynnej – limfocytach.
B. tkanki łącznej stałej – fibroblastach.
C. tkanki mięśniowej – miocytach.
D. wątroby – hepatocytach.

d) Wiedząc, że podczas biosyntezy kolagenu (w procesie przyłączania grup –OH do proliny) jest niezbędny kwas askorbinowy, wyjaśnij, dlaczego niedobór witaminy C (kwasu askorbinowego) może powodować zmniejszenie szczelności naczyń krwionośnych.

Amylaza jest enzymem, który hydrolizuje skrobię do cukrów niskocząsteczkowych. Przeprowadzono doświadczenie, w którym określano wpływ temperatury na aktywność amylazy. W tym celu dokonywano pomiarów szybkości wytwarzania cukru redukującego (niskocząsteczkowego) powstającego w wyniku enzymatycznej hydrolizy skrobi. Otrzymane dane przedstawiono w tabeli.

Na podstawie: http://www.pharmainfo.net/articles/production-%CE%B1-amylase agricultural-byproducts humicolalanuginosa- solid-state-fermentation; www.pg.gda.pl/chem/…/Instrukcja_amylaza.doc [dostęp: 09.12.2014].

a) Na podstawie danych zamieszczonych w tabeli narysuj wykres liniowy ilustrujący wpływ temperatury na aktywność amylazy, mierzoną jako szybkość wytwarzania cukru redukującego w reakcji enzymatycznej hydrolizy skrobi.
b) Na podstawie danych z tabeli podaj optymalną temperaturę enzymatycznej hydrolizy skrobi. Uzasadnij odpowiedź.
c) Wyjaśnij, dlaczego w temperaturze 70 °C nie zachodzi enzymatyczna hydroliza skrobi.

Ureaza to enzym należący do hydrolaz. Katalizuje on reakcję hydrolitycznego rozkładu mocznika. Występuje w bakteriach, drożdżach i niektórych roślinach wyższych. Do doświadczenia badającego wpływ stężenia ureazy na szybkość reakcji użyto 0,1-molowego roztworu kwasu octowego, 1% roztworu mocznika, roztworu ureazy i uniwersalnego wskaźnika pH, który zmienia barwę w zależności od środowiska (zasadowe – niebieska, kwasowe – czerwona). Na początku doświadczenia roztwory we wszystkich probówkach miały barwę czerwoną. Podczas doświadczenia w niektórych probówkach zaobserwowano zmianę barwy roztworów.
Na rysunku przedstawiono sposób przygotowania doświadczenia.

Na podstawie: http://www.biology-resources.com/biology-experiments2.html [dostęp: 09.11.2014].

a) Podaj nazwy produktów katalitycznej hydrolizy mocznika i podkreśl ten, który spowodował zaobserwowaną zmianę pH w niektórych próbkach.
b) Podaj numer próbki, w której czerwona barwa roztworu najszybciej zmieniła się na niebieską i uzasadnij odpowiedź.
c) Podaj numer probówki, która stanowi próbę kontrolną w doświadczeniu i uzasadnij odpowiedź.
d) Określ, czy wzrost stężenia enzymu, przy stałym początkowym stężeniu substratu, będzie proporcjonalnie zwiększać natężenie zachodzenia reakcji. Uzasadnij odpowiedź.
e) Wyjaśnij, jaki jest udział bakterii i grzybów produkujących ureazę w udostępnianiu roślinom związków azotowych.

Kropidlak czarny (Aspergillus niger) wydziela zewnątrzkomórkowo enzymy, m.in. glukoamylazę, która hydrolizuje skrobię do glukozy. Glukoamylazy nie występują ani u zwierząt, ani u roślin. Pozyskany z grzyba enzym wykorzystuje się w piekarnictwie, przemyśle cukierniczym, owocowo-warzywnym, mleczarskim, farmaceutycznym i fermentacyjnym. Obecnie glukoamylazę pozyskuje się głównie z transgenicznych szczepów Aspergillus niger. Otrzymany z nich enzym cechuje się dużą odpornością na zmiany pH i temperatury.
Na wykresach przedstawiono wpływ temperatury i wartości pH na aktywność glukoamylazy zawartej w jednym z preparatów stosowanych w przemyśle fermentacyjnym.

Na podstawie: http://pl.wikipedia.org/wiki/Aspergillus, http://www.krolsan.com.pl/index4.php?page=glucamyl; http://agrobiol.sggw.waw.pl/biochemia/media/Enzymologia/Enzymologia%20p%20dzik/ Glukoamylaza_06_11_2012.pdf [dostęp: 11.11.2014].

a) Wyjaśnij, jakie znaczenie adaptacyjne ma dla kropidlaka zdolność wydzielania enzymu poza komórkę w naturalnym środowisku życia tego grzyba.

b) Wypełnij tabelę podając nazwy dwóch enzymów, należących do amylaz, wytwarzanych przez człowieka oraz nazwy narządów, w świetle których te enzymy działają i produktów katalizowanych przez nie reakcji.

c) Na podstawie obu wykresów określ warunki, w jakich preparat z glukoamylazą jest najbardziej wydajny.

d) Podaj po jednym przykładzie (innym niż opisane w tekście) wykorzystywania grzybów w biotechnologii tradycyjnej i nowoczesnej.

Na schemacie przedstawiono wpływ enzymu na przebieg katalizowanej reakcji.

a) Określ funkcję enzymu w katalizowanej reakcji, którą zilustrowano na powyższym schemacie.
b) Podaj, czy zilustrowana schematem reakcja jest przemianą anaboliczną, czy kataboliczną. Odpowiedź uzasadnij.
c) Wyjaśnij, czy na schemacie przedstawiono swoistość substratową enzymu.

W procesie fotosyntezy ATP jest wytwarzany w fazie zależnej od światła. Na rysunku zilustrowano przebieg doświadczenia, przeprowadzonego w całkowitej ciemności, w którym wyizolowane z komórki chloroplasty zakwaszano przez zanurzenie ich w fizjologicznym roztworze o wartości pH równej 4. Gdy pH wnętrza tylakoidu chloroplastu osiągnęło wartość pH równą 4, chloroplasty przenoszono do roztworu zasadowego o wartości pH równej 8, zawierającego ADP i Pi. W tych warunkach wartość pH stromy chloroplastu wzrastała szybko do 8, natomiast pH wnętrza tylakoidów przez pewien czas pozostawało na poziomie wartości pH równej 4. Po takim potraktowaniu chloroplastów wzrastało w nich stężenie ATP.

Na podstawie: http://www.wiley.com/college/karp/0471389137/ep/experimental_pathways.pdf; L. Stryer, Biochemia, Warszawa 1999, s. 709.

a) Dorysuj grot strzałki ilustrującej transport protonów (H+) pomiędzy wnętrzem tylakoidu a stromą chloroplastu i wyjaśnij, dlaczego w tym doświadczeniu chloroplasty były zdolne do syntezy ATP w ciemności.

b) Wyjaśnij rolę światła w produkcji ATP w procesie fotosyntezy.