Matura z biologii 2017, zadanie 5: Sinice Anabaena: heterocyty, wiązanie azotu i fotosynteza – odpowiedzi i wyjaśnienie

5.1: fotosystem II nie może działać, bo wytwarzałby tlen hamujący beztlenowe wiązanie azotu. 5.2: reakcja jest anaboliczna, bo wymaga ATP i prowadzi do syntezy. 5.3: heterocyty dostarczają komórkom fotosyntetyzującym azot do budowy chlorofilu i białek, a same otrzymują węglowodany.

O czym jest zadanie 5?

Wstęp opisuje nitkowatą sinicę Anabaena, której większość komórek prowadzi fotosyntezę, a wyspecjalizowane heterocyty wiążą azot atmosferyczny. Heterocyty mają grube ściany, nieaktywny fotosystem II i nitrogenazę działającą beztlenowo. Połączenia między komórkami pozwalają wymieniać węglowodany i glutaminę.

Pełny wstęp z rysunkami i tabelami: oficjalny arkusz CKE, strona 7 · zasady oceniania CKE.

Zadanie 5.1 (0–1 pkt)

Wyjaśnij, dlaczego w heterocytach sinicy Anabaena nie może być aktywny fotosystem II. W odpowiedzi uwzględnij funkcję heterocytów oraz proces zachodzący w fotosystemie II.

Pokaż odpowiedź

Odpowiedź: Aktywny fotosystem II przeprowadzałby fotolizę wody i uwalniał tlen, a wiązanie azotu przez nitrogenazę wymaga warunków beztlenowych. Tlen zaburzałby więc funkcję heterocytu, czyli asymilację N2.

Fotosystem II przeprowadza fotolizę wody, w której powstaje tlen. Nitrogenaza katalizuje wiązanie azotu atmosferycznego tylko w warunkach beztlenowych. Dlatego heterocyt, który ma wiązać azot, nie może mieć aktywnego fotosystemu II.

Punktacja: Punkt za wskazanie, że aktywny fotosystem II wytwarzałby tlen, a wiązanie azotu przez nitrogenazę wymaga warunków beztlenowych; samo stwierdzenie, że heterocyty nie mają fotosystemu II, nie wystarcza.

Zadanie 5.2 (0–1 pkt)

Określ, czy reakcja wiązania azotu atmosferycznego zachodząca w heterocytach sinicy Anabaena ma charakter anaboliczny, czy – kataboliczny. Odpowiedź uzasadnij, odnosząc się do jednej z cech tej klasy reakcji.

Pokaż odpowiedź

Odpowiedź: Anaboliczny – to reakcja syntezy, w której z prostszych substratów powstaje amoniak, a następnie glutamina, i wymaga dostarczenia ATP.

W reakcji z azotu atmosferycznego powstaje amoniak, który jest wykorzystywany do syntezy związków azotowych. Proces zużywa dużo ATP. Synteza i zapotrzebowanie energetyczne są cechami anabolizmu.

Punktacja: Punkt za określenie anaboliczny i uzasadnienie przez syntezę bardziej złożonego produktu lub zapotrzebowanie na ATP; nie uznaje się uzasadnienia opartego na wyższym poziomie energetycznym produktów.

Zadanie 5.3 (0–1 pkt)

Wyjaśnij znaczenie połączeń między komórkami fotosyntetyzującymi a heterocytami u sinic Anabaena dla efektywnego zachodzenia fotosyntezy. W odpowiedzi uwzględnij procesy zachodzące w obu rodzajach komórek.

Pokaż odpowiedź

Odpowiedź: Heterocyty wiążą N2 i przekazują komórkom fotosyntetyzującym glutaminę, czyli azot potrzebny do syntezy chlorofilu, białek enzymatycznych i nukleotydów. Komórki fotosyntetyzujące dostarczają heterocytom węglowodany.

Fotosynteza wymaga azotu do budowy chlorofilu, enzymów i innych białek oraz nukleotydów. Heterocyty nie prowadzą pełnej fotosyntezy, więc korzystają z węglowodanów dostarczanych przez komórki fotosyntetyzujące. W zamian przekazują im związki azotowe, co usprawnia fotosyntezę.

Punktacja: Punkt za wskazanie, że azot związany w heterocytach jest wykorzystywany w komórkach fotosyntetyzujących do syntezy chlorofilu, białek/enzymów lub nukleotydów; nie uznaje się odpowiedzi mówiących o chloroplastach w sinicach.

Najczęstsze błędy w zadaniu 5

Uznanie, że heterocyty nie mają fotosystemu II, ponieważ nie mają chloroplastów – sinice w ogóle nie mają chloroplastów.
Określenie reakcji wiązania azotu jako katabolicznej, bo podczas reakcji wydziela się ciepło.
W 5.3 ograniczenie się do transportu węglowodanów bez wyjaśnienia, do czego komórkom fotosyntetyzującym potrzebny jest azot.

Źródło zadania: Centralna Komisja Egzaminacyjna, Matura z biologii 2017, poziom rozszerzony (w maju 2017). Wstęp CKE opracowała na podstawie: Biologia, pod red. N.A. Campbella, Poznań 2012;. Odpowiedzi i wyjaśnienia: anotemy.