Główną cechą niemal wszystkich komórek prokariotycznych jest obecność ściany komórkowej. Różni się ona budową i składem cząsteczkowym od ścian komórek eukariotycznych, które zawierają zwykle celulozę lub chitynę. Większość ścian komórkowych bakterii zawiera peptydoglikan (związek chemiczny złożony z dwóch łańcuchów polisacharydów połączonych krótkimi łańcuchami polipeptydowymi). Skuteczność antybiotyku penicyliny wynika z tego, że blokuje ona aktywność enzymów bakteryjnych biorących udział w syntezie peptydoglikanu. Na podstawie różnic w budowie ściany komórkowej i wynikających z nich różnic w barwieniu tej ściany techniką nazywaną barwieniem Grama, podzielono bakterie na Gram-dodatnie i Gram-ujemne.
Na schematach przedstawiono budowę ściany komórkowej bakterii Gram-dodatnich i Gram-ujemnych.

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. 557–558.

a) Na podstawie schematów podaj różnicę w budowie ściany komórkowej bakterii Gram-dodatnich i Gram-ujemnych oraz wyjaśnij, jakie ma ona znaczenie dla bakterii chorobotwórczych.
b) Uzasadnij, dlaczego penicylina działa szkodliwie na komórki bakterii, a nie wpływa na komórki człowieka.
c) Zaznacz wśród niżej wymienionych grup protistów (A-E) te dwie grupy, które charakteryzują się obecnością ściany komórkowej.

A. Ameby.
B. Orzęski.
C. Okrzemki.
D. Sporowce.
E. Lęgniowce.

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.

Bakterie to organizmy cudzożywne lub samożywne. Wśród bakterii samożywnych wyróżniamy fotoautotrofy i chemoautotrofy.
W tabeli przedstawiono niezbędne warunki rozwoju oraz składniki pokarmowe trzech gatunków bakterii: A, B, C.

a) Korzystając z informacji, przyporządkuj do każdego z gatunków bakterii A, B i C właściwy sposób odżywiania spośród:
heterotrofia, fotoautotrofia, chemoautotrofia.
b) Podaj, który z wymienionych gatunków bakterii (A, B, czy C) jest bezwzględnym anaerobem. Odpowiedź uzasadnij.

Wykonano eksperyment, w którym oświetlano komórki skrętnicy (Spirogyra) – słodkowodnego nitkowatego glonu należącego do zielenic – światłem przepuszczanym przez pryzmat, eksponując różne odcinki nitkowatej plechy na światło o różnej długości fali. W każdej komórce skrętnicy znajduje się jeden długi, spiralnie zwinięty chloroplast, zawierający chlorofile. Bakterie tlenowe z rodzaju Pseudomonas, wprowadzone do wody akwariowej, w której hodowano skrętnicę, wybiórczo gromadziły się wokół niektórych odcinków nitkowatej plechy oświetlanych światłem o różnej barwie. Wynik eksperymentu zilustrowano na rysunku.

Na podstawie: E.P. Solomon, L.R. Berg, D.W. Martin, Biologia, Warszawa 2014, s. 197.

a) Pamiętając, że tlen jest produktem fotosyntezy, sformułuj problem badawczy tego doświadczenia.
b) Wyjaśnij, dlaczego bakterie gromadziły się najliczniej wokół odcinków nitkowatej plechy oświetlanych światłem o barwach czerwonej i niebieskiej.
c) Sformułuj wniosek potwierdzony wynikami eksperymentu.
d) Podaj, w jaki sposób zmieni się wynik doświadczenia, jeśli na drodze światła pomiędzy pryzmatem i plechą wstawiony zostanie czerwony filtr. Uzasadnij odpowiedź.

W większości komórek prokariotycznych oprócz DNA w postaci chromosomu bakteryjnego (genoforu) znajdują się też koliste, dwuniciowe cząsteczki DNA, czyli plazmidy. Plazmidy zawierają informację o cechach, których zazwyczaj nie ma w chromosomowym (genoforowym) DNA, np. takich, jak oporność na antybiotyki.
Na schemacie przedstawiono przebieg koniugacji bakterii (pilus = mostek cytoplazmatyczny).

Na podstawie: http://www.e-biotechnologia.pl/Artykuly/transformacja-bakterii [dostęp: 17.11.2014].

a) Opisz trzy etapy koniugacji bakterii przedstawione na rysunkach B-D.

b) Oceń prawdziwość zapisanych w tabeli stwierdzeń dotyczących koniugacji bakterii.
Wpisz znak X w odpowiednie komórki tabeli.

c) Wyjaśnij, z jakiego względu koniugacji, zaliczanej do procesów płciowych u bakterii, nie można nazwać sposobem rozmnażania.

Pantofelek i euglena wykorzystywane są często jako materiał badawczy w różnych doświadczeniach.
Na wykresach przedstawiono wyniki doświadczenia przeprowadzonego na dwóch gatunkach pantofelków (Paramecium aurelia i Paramecium caudatum).

Na podstawie: Biologia. Jedność i różnorodność, praca zbiorowa, Warszawa 2008, s. 883; http://www.zuzel.kwasior.com/?title=Plik:Competition_Gause1934.svg [dostęp: 03.12.2014].

a) Na podstawie analizy wykresów wyjaśnij, dlaczego zmiany zagęszczenia populacji dwóch gatunków pantofelków (P. aurelia i P. caudatum) mają inny przebieg, kiedy gatunki te hodowane są każdy oddzielnie (krzywe I), w warunkach jednakowego dostępu do zasobów pokarmowych, i kiedy hodowane są razem (krzywe II), w takich samych warunkach.
b) Wyjaśnij, dlaczego w małym naczyniu woda, w której w ciemności są hodowane pantofelki z euglenami, musi być dotleniana, natomiast w dobrze oświetlonym małym naczyniu dotlenianie jest niepotrzebne. W odpowiedzi uwzględnij budowę i funkcjonowanie hodowanych organizmów.
c) Sformułuj wniosek, jaki wynika z innego doświadczenia, w którym wykazano, że w kropli czystej wody pantofelki poruszają się w różnych kierunkach, a po dodaniu glukozy – skupiają się wokół niej.
d) Podaj i uzasadnij, w której części pola widzenia (prawej czy lewej) w mikroskopie optycznym będzie można obserwować zmiany w ruchu pantofelków po wprowadzeniu roztworu glukozy z prawej strony szkiełka nakrywkowego oraz określ powiększenie obrazu pantofelków, jeżeli okular mikroskopu powiększa obraz 20 razy, a obiektyw powiększa go 10 razy.

Droga szerzenia chorób zakaźnych, inaczej droga zakażenia – to sposób i mechanizm przenoszenia zarazków do organizmu ze środowiska zewnętrznego. Możliwe jest przeniesienie zarazków przez kontakt seksualny, drogą pokarmową, oddechową, przez krew i przez wektory (stawonogi, gryzonie).
Jednym z najbardziej skutecznych sposobów profilaktyki chorób zakaźnych, obok przestrzegania zasad higieny osobistej i żywienia, są szczepienia.

Na podstawie: W. Irving, T. Boswell, D. Ala’Aldeen, Mikrobiologia medyczna. Krótkie wykłady, Warszawa 2012, s. 6.

a) Wśród chorób bakteryjnych (borelioza, czerwonka bakteryjna, dur brzuszny, cholera, gruźlica, tężec, wąglik) podkreśl wszystkie te, w przypadku których człowiek chory nie stanowi bezpośredniego źródła zakażenia.
b) Podaj, inny niż szczepienie, sposób zapobiegania zachorowaniu na cholerę.
c) Uzasadnij, że szczepionka zapewnia organizmowi odporność swoistą czynną. W odpowiedzi uwzględnij mechanizm jej działania.

Informacja 1.
W inżynierii genetycznej do transformacji bakterii używa się m. in. wektorów plazmidowych. Aby umożliwić wyselekcjonowanie bakterii, które pobrały plazmid, często stosuje się plazmid zawierający gen oporności na antybiotyk (np. ampicylinę).

Informacja 2.
Bakterie, które mają zdolność wytwarzania potrzebnych związków organicznych (np. aminokwasów) ze składników pożywki minimalnej, określa się mianem prototroficznych. Bakterie, które w wyniku mutacji utraciły zdolność syntezy danego związku chemicznego, to bakterie auksotroficzne. Na przykład auksotrofy lizynowe nie są zdolne do samodzielnego wytwarzania aminokwasu lizyny.

Informacja 3.
Aminokwas lizyna powstaje w kilkuetapowym szlaku metabolicznym. Każda reakcja tego szlaku jest katalizowana przez inny enzym.

Informacja 4.
Rewersja to mutacja odwracająca efekt fenotypowy poprzedniej mutacji.

Przeprowadzono następujące doświadczenie: bakterie będące auksotrofami lizynowymi poddano transformacji plazmidem zawierającym gen oporności na ampicylinę.

Na podstawie przedstawionych informacji

Do rodziny bobowatych (motylkowatych, Fabaceae) należą rośliny o dużej zawartości białka, takie jak groch, fasola, bób, soja, łubin czy lucerna. Cechę tę zawdzięczają symbiozie z bakteriami z rodzaju Rhizobium, bytującymi w ich brodawkach korzeniowych. Niektóre z tych roślin, np. łubin, wykorzystywane są w rolnictwie jako tzw „zielony nawóz” – wysiewany po zbiorze plonu i przyorywany, kiedy wyrośnie.

a) Wyjaśnij zależność między zdolnością roślin bobowatych do produkcji dużych ilości białka, a ich symbiozą z bakteriami z rodzaju Rhizobium.

b) Wyjaśnij, dlaczego właśnie rośliny bobowate stosuje się w rolnictwie jako „zielony nawóz”.

Wskazówki:

Rośliny wymienione w tekście żyją w symbiozie z bakteriami Rhizobium, efektem tej współpraca, która zapewnia przekształcone związki azotowe, zastanów się jakie.

Gdy pola pod uprawę zostaną obsiane roślinami z rodziny motylkowatych, które bogate w związki azotowe  (dzięki wcześniej wspomnianej współpracy) rozłożą się w glebie (po zaoraniu)  wzbogacą ją.

Wirus opryszczki pospolitej, określany jako HSV-1, należy do tak zwanych herpeswirusów i jest częstą przyczyną nawracających schorzeń skóry i błon śluzowych. W komórkach nerwowych zarażonego człowieka może pozostawać w stanie uśpienia, kiedy to ekspresja genów wirusa jest bardzo ograniczona i nie obserwuje się wytwarzania zakaźnych cząstek wirusowych. Aktywacja wirusa może nastąpić pod wpływem czynników zewnętrznych, np. stresu, przeziębienia, promieniowania UV. W leczeniu opryszczki często stosuje się maści zawierające acyklowir – związek, do którego w komórkach zarażonych HSV-1, w obecności pewnego enzymu wirusowego, zostaje przyłączona grupa fosforanowa. Po fosforylacji acyklowir przypomina jeden z fosfonukleozydów – substratów wykorzystywanych do powielania wirusowego DNA, ale nie zawiera grupy 3’OH. Wirusowa polimeraza DNA podczas replikacji wprowadza do łańcucha DNA wirusa zmodyfikowany acyklowir zamiast prawidłowego nukleotydu.

Na podstawie: http://www.termedia.pl

a) Oceń prawdziwość stwierdzeń dotyczących działania acyklowiru w organizmie człowieka. Wpisz w tabeli znak X w polu P (prawda) lub w polu F (fałsz).

b) Wyjaśnij, dlaczego włączenie do cząsteczki wirusowego DNA ufosforylowanego acyklowiru blokuje replikację DNA wirusa.

c) Wyjaśnij, dlaczego wirus opryszczki przebywający w stanie uśpienia w komórkach nerwowych zakażonego organizmu nie jest zwalczany przez jego układ odpornościowy.

Jednym z najstarszych sposobów konserwacji mięsa jest użycie soli kuchennej (NaCl).
Stężenia soli powyżej 6% nie przeżywają np. bakterie jadu kiełbasianego, natomiast stężenie roztworu soli powyżej 10% zatrzymuje prawie całkowicie rozwój większości bakterii gnilnych.

Wyjaśnij, na czym polega mechanizm działania soli kuchennej chroniący surowe mięso przed bakteriami.

Bakteriofagi (fagi) to wirusy atakujące bakterie. W cyklach litycznych dochodzi do lizy komórki bakteryjnej i powstaje wiele nowych fagów. W cyklach lizogennych bakteriofagi nie są namnażane i nie dochodzi do zniszczenia komórek bakterii. Poniżej, bez zachowania kolejności, wymieniono etapy cyklu rozwojowego faga.

replikacja, składanie, integracja, uwalnianie, wnikanie, adsorpcja

Z wymienionych etapów cyklu rozwojowego faga wybierz tylko te, które składają się na cykl lityczny, i zapisz je we właściwej kolejności.

Do naczynia z zawiesiną bakterii zdolnych do samodzielnego ruchu włożono dwie kapilary:
I – z roztworem cukru,
II – z roztworem fenolu
i stwierdzono, że te bakterie gromadzą się w pobliżu ujścia kapilary zawierającej cukier,
a oddalają się od ujścia kapilary zawierającej fenol.

a) Zaznacz rodzaj ruchu bakterii opisanego w tekście.

A. nastie
B. taksje
C. tropizmy

b) Zaznacz nazwę rodzaju receptorów błonowych, dzięki któremu opisane bakterie reagują na substancje znajdujące się w ich środowisku.

A. termoceceptory
B. fotoreceptory
C. chemoreceptory

c) Określ biologiczne znaczenie opisanych reakcji dla tych bakterii.

Wśród jednokomórkowych protistów wyróżniamy m.in. korzenionóżki (np. pełzak), wiciowce (np. euglena) i orzęski (np. pantofelek).

a) Podaj cechę budowy komórek tych organizmów stanowiącą kryterium, na podstawie którego można odróżnić wymienione grupy.
b) Uwzględniając to kryterium, podaj element budowy charakterystyczny dla komórek przedstawicieli każdej z wymienionych grup, który umożliwia im poruszanie się.

Poniżej opisano procesy płciowe, które mogą zachodzić u bakterii. Zaznacz opis, który dotyczy koniugacji.