I. Od genu do cechy 1. Budowa i funkcje kwasów nukleinowych 1. Nazwa związku: DNA. Biologiczna rola związku: jest nośnikiem informacji genetycznej dotyczącej budowy i funkcjonowania każdej komórki, umożliwiającym dokładne powielanie tej informacji podczas powstawania komórek potomnych. 2. A; Uzasadnienie: taki sposób powielania DNA sprawia, że każda z nici stanowi matrycę do budowy nowej nici, co zapewnia precyzyjne przekazanie informacji genetycznej. 3. B 4. Od góry: 4, 5, 1, 3, 2 5.
Uzasadnienie: wstawienie tyminy naprzeciwko cytozyny i guaniny jest niezgodne z zasadą komplementarności. 6.
A – RNA, B – DNA 7. I – P, II – F, III – P, IV – P 8. A – rRNA; B – mRNA, rRNA, tRNA; C – mRNA; D – mRNA, rRNA, tRNA 2. Geny i genomy 1. I – F, II – P, III – P 2.
3. A 4. A – 1, B – 2, C – 3
Strona 1 z 22
5. przewężenie wyznaczające ramiona chromosomu – centromer, zestaw chromosomów komórki somatycznej organizmu – kariotyp, DNA połączony z białkami – chromatyna, obszar komórki prokariotycznej zawierający DNA – nukleoid 6.
7. 8. a) 32, b) 56, c) 23, d) 45 9.
Na przykład: A – np. 3n, B – 2n, C – n 3. Kod genetyczny 1. Białko Y; Uzasadnienie: trzy nukleotydy kodują jeden aminokwas, więc białko Y składa się z 282 aminokwasów, a białko X ze 105 aminokwasów. 2. RNA; Wyjaśnienie: gen (DNA) zawiera zwykle sekwencje niekodujące, które są wycinane podczas tłumaczenia informacji genetycznej na kolejność aminokwasów w białku. Z tego względu wygodniej jest od razu stosować sekwencję mRNA, która zawiera same eksony. 3. A, C 4. Na przykład: ATGGGGGTTCCC 5. Wskazany kodon: ATG; Uzasadnienie: kodon oznaczający metioninę zwykle wyznacza początek odczytywania informacji o sekwencji aminokwasów w białku. 6. Od góry: CAT, CAU, histydyna 7.
Kodon/kodony
Aminokwas
CCU, CCC, CCA, CCG prolina u roślin i bakterii
Cecha kodu genetycznego uniwersalny
AAA, AAG
lizyna
zdegenerowany
GCG
alanina
trójkowy
8. Powstanie krótsze białko, zakończone w miejscu, w którym pojawił się kodon TGA. 9. Liczba nukleotydów: 753; Liczba kodonów: 251 10. Zapis jest nieprawidłowy, ponieważ kod genetyczny jest jednoznaczny – jeden kodon nie może kodować dwóch aminokwasów.
Strona 2 z 22
4. Ekspresja genów 1. 1 – transkrypcja, 2 – translacja; Cel procesu 3: uzyskanie przez białko odpowiednich właściwości chemicznych i fizycznych oraz określonej aktywności i stabilności, aby mogło pełnić swoją funkcję w komórce. 2.
3. a) Przygotowanie RNA do translacji (mRNA) lub do pełnienia funkcji w komórce (tRNA, rRNA); b) Proces zachodzi głównie w jądrze komórkowym, także w mitochondriach i chloroplastach; c) Tak; d) Są to sekwencje genu niekodujące białka (łańcucha polipeptydowego); e) Kolorem pomarańczowym 4.
5.
Kodon DNA
Kodon mRNA
Antykodon w tRNA
Aminokwas transportowany przez tRNA
TAT
UAU
AUA
tyrozyna
TCA
UCA
AGU
seryna
TGT
UGU
ACA
cysteina
Strona 3 z 22
6. A, D; uzasadnienie: są to kodony STOP, które nie kodują żadnego aminokwasu. Oznaczają one miejsce zakończenia odczytywania informacji o sekwencji aminokwasów w danym białku. 5. Podstawowe reguły dziedziczenia genów – wersja A 1. Założenie: A – allel warunkujący ciemny kolor włosów, a – allel warunkujący jasny kolor włosów. Genotyp matki mężczyzny: aa; Genotyp mężczyzny: Aa; Genotyp kobiety: aa; Możliwe fenotypy dzieci: Aa lub aa; Prawdopodobieństwo urodzenia się dziecka o ciemnych włosach: 50%. ♂
A
a
a
Aa
aa
a
Aa
aa
♀
2. A – cc; B – BB; C – Dd 3. Założenie: A – allel warunkujący długą łodygę, a – allel warunkujący krótką łodygę, B – allel warunkujący żółty kolor strąków, b – allel warunkujący zielony kolor strąków. Genotypy grochu pokolenia P: aabb oraz AABB; Genotyp grochu pokolenia F1: AaBb; Genotyp grochu o długiej łodydze i zielonych strąkach (heterozygoty): AaBb. ♂ ♀
AB
Ab
aB
ab
AABB AABb AB (długa łodyga, (długa łodyga, żółte strąki) żółte strąki)
AaBB (długa łodyga, żółte strąki)
AaBb (długa łodyga, żółte strąki)
AABb AAbb Ab (długa łodyga, (długa łodyga, żółte strąki) zielone strąki)
AaBb (długa łodyga, żółte strąki)
Aabb (długa łodyga, zielone strąki)
AaBB AaBb aaBB aaBb aB (długa łodyga, (długa łodyga, (krótka łodyga, (krótka łodyga, żółte strąki) żółte strąki) żółte strąki) żółte strąki) ab
AaBb Aabb aaBb aabb (długa łodyga, (długa łodyga, (krótka łodyga, (krótka łodyga, żółte strąki) zielone strąki) żółte strąki) zielone strąki)
Stosunek fenotypów pokolenia F2: 9 : 3 : 3 : 1 4. Założenie: A – allel warunkujący kolor włosów inny niż rudy, a – allel warunkujący rudy kolor włosów, B – allel warunkujący piwny kolor oczu, b – allel warunkujący niebieski kolor oczu. Genotyp ojca: aabb; Genotyp matki: AaBb; Genotyp syna: aabb.
Strona 4 z 22
5. Założenie: A – allel warunkujący krzyżowanie rąk z lewą ręką na wierzchu, a – allel warunkujący krzyżowanie rąk z prawą ręką na wierzchu, IA – allel warunkujący powstawanie antygenu A na powierzchni krwinek, IB – allel warunkujący powstawanie antygenu B na powierzchni krwinek. Gdy mężczyzna posiada genotyp AAIAIB, genotypy gamet to AIA lub AIB; gdy mężczyzna posiada genotyp AaIAIB, genotypy gamet to AIA, AIB, aIA lub aIB. 6. Założenie: A – allel warunkujący czerwony kolor kwiatów, a – allel warunkujący biały kolor kwiatów. Genotypy pokolenia rodzicielskiego: osobnik męski – Aa, osobnik żeński – Aa; genotyp różowych roślin: Aa; Genotyp białych roślin: aa; genotyp czerwonych roślin: AA; Sposób dziedziczenia barwy kwiatów: niepełna dominacja. 7. A 8. I – F, II – P, III – P, IV – F 5. Podstawowe reguły dziedziczenia genów – wersja B 1. Założenie: A – allel warunkujący długie rzęsy, a – allel warunkujący krótkie rzęsy. Genotyp mężczyzny: aa; genotyp kobiety: Aa; możliwe fenotypy dzieci: Aa lub aa; Prawdopodobieństwo urodzenia się dziecka o rzęsach długich: 50%. ♂
a
a
A
Aa
Aa
a
aa
aa
♀
2. Założenie: A – allel warunkujący odstające uszy, a – allel warunkujący przylegające uszy. Genotypy rodziców: Aa i Aa lub Aa i aa. 3. A – B; B – aa, cc; C – Ee 4. Zakłożenie: A – allel warunkujący kręcone włosy, a – allel warunkujący proste włosy, B – allel warunkujący obecność piegów, b – allel warunkujący brak piegów. Genotyp ojca: AaBb; Genotyp matki: Aabb; Genotyp córki: aaBb. 5. I – P, II – F, III – F, IV – F 6. Założenie: A – allel warunkujący czerwony kolor kwiatów, a – allel warunkujący biały kolor kwiatów, B – allel warunkujący żółty kolor nasion, b – allel warunkujący zielony kolor nasion. Genotypy grochu pokolenia P: aabb oraz AABB; Genotyp grochu pokolenia F1: AaBb; Genotyp grochu o białych kwiatach i zielonych nasionach: aabb. ♂ ♀
ab
AB
Ab
aB
ab
AaBb (czerwone kwiaty, żółte nasiona)
Aabb (czerwone kwiaty, zielone nasiona)
aaBb (białe kwiaty, żółte nasiona)
aabb (białe kwiaty, zielone nasiona)
Możliwe fenotypy roślin pokolenia F2: czerwone kwiaty i żółte nasiona; czerwone kwiaty i zielone nasiona; białe kwiaty i żółte nasiona; białe kwiaty i zielone nasiona Strona 5 z 22
7. Założenie: A – allel warunkujący splatanie dłoni z lewym kciukiem na wierzchu, a – allel warunkujący splatanie dłoni z prawym kciukiem na wierzchu, i – allel warunkujący grupę krwi 0. Gdy kobieta posiada genotyp AAii, genotyp gamet to Ai; gdy kobieta posiada genotyp Aaii, genotypy gamet to Ai lub ai. 8. Tak, gdy genotypy rodziców to IAi oraz IBi. ♂
IA
i
IB
IAIB
I Bi
i
IAi
ii
♀
9. C 6. Genetyczne uwarunkowania płci. Cechy sprzężone z płcią 1. ♂
X
Y
X
XX
XY
X
XX
XY
♀
Prawdopodobieństwo urodzenia się chłopca wynosi: 50%. 2. Na przykład: A – pojedyncze geny zlokalizowane na chromosomach autosomalnych, B – liczba kompletów chromosomów, C – temperatura inkubacji jaj 3. A – XY, B – XX, C – XY, D – XX 4. XDXd, XHXh 5. D 6. Twierdzenie jest słuszne, gdy matka nie choruje na hemofilię (genotyp matki to XHXH lub XHXh). ♂
Xh
Y
XH
XH Xh
XH Y
XH
XH Xh
XH Y
Xh
Y
XH
XH Xh
XH Y
Xh
XhXh
XhY
♀
lub ♂ ♀
7. Skreślone: XHXh, XHY, mogą, nie będzie żadna 8. C Strona 6 z 22
9. Obecność rogów u przedstawionego na fotografii gatunku owcy jest cechą związaną z płcią, ponieważ heterozygoty męskie i żeńskie wykazują różne fenotypy – heterozygota męska posiada rogi, natomiast heterozygota żeńska nie posiada rogów. 7. Zmiany w informacji genetycznej – wersja A 1. B 2. Rodzaj mutacji: substytucja; Skutki mutacji: powstanie białka z niewłaściwym aminokwasem – asparaginą – zamiast glutaminy, może to spowodować zmianę aktywności kodowanego białka. 3. Od lewej: delecja (mutacja genowa), delecja (mutacja chromosomowa); Wyjaśnienie: delecja – rodzaj mutacji genowej – polega na utracie jednego lub kilku nukleotydów w obrębie jednego genu, czego wynikiem jest najczęściej powstanie niefunkcjonalnego białka. Z kolei delecja – rodzaj mutacji chromosomowej – polega na utracie fragmentu chromosomu, który może obejmować więcej niż jeden gen, czego wynikiem jest brak więcej niż jednego funkcjonalnego białka. 4. Rodzaj mutacji: A – duplikacja, B – dodanie chromosomu (trisomia). Przyczyna: A – pęknięcie chromosomów homologicznych i przyłączenie fragmentu jednego chromosomu do drugiego, B – zaburzenia w rozdziale chromosomów podczas podziału komórki. 5. D (delecja dwóch nukleotydów) 6. a) Stwierdzenie jest poprawne – zarówno kobiety, jak i mężczyźni mogą być nosicielami danego allelu, chorują homozygoty recesywne niezależnie od płci; b) Allel jest recesywny; c) 25%; d) AA i Aa 7. Mutacja liczbowa polegająca na utracie (monosomia) lub dodaniu (trisomia) chromosomu. 7. Zmiany w informacji genetycznej – wersja B 1. Proces dotyczy rozmnażania płciowego. Wyjaśnienie, np.: w wyniku crossing-over powstają nowe, unikalne kombinacje alleli, co ma duży wpływ na kształtowanie się zmienności organizmów. 2. Promieniowanie rentgenowskie jest znanym czynnikiem mutagennym, dlatego wykonywanie badań rentgenowskich niesie ze sobą ryzyko uszkodzenia DNA w komórkach płodu, co z kolei może spowodować u niego wady lub choroby. 3. Rodzaj mutacji: insercja; Skutki mutacji: powstanie białka o zmienionej kolejności aminokwasów na skutek zmiany ramki odczytu, białko to zazwyczaj wykazuje zaburzenia w funkcjonowaniu. 4. Rodzaj mutacji: A – delecja, B – utrata chromosomu (monosomia); Przyczyna mutacji: A – pęknięcie chromosomu w dwóch miejscach i jego scalenie z wykluczeniem fragmentu między pęknięciami, B – zaburzenia w rozdziale chromosomów podczas podziału komórki. 5. I – F, II – P, III – F, IV – P (dotyczy pary z pokolenia F1)
Strona 7 z 22
6. obecność dodatkowego nukleotydu w nici DNA – insercja, utrata kilku nukleotydów – delecja, obecność dodatkowego fragmentu chromosomu – duplikacja, przemieszczenie fragmentu chromosomu i dołączenie go do innego chromosomu – translokacja 7. Na przykład: promieniowanie ultrafioletowe, benzopiren (składnik dymu tytoniowego), alkohol. 8. Od lewej: insercja, duplikacja; Wyjaśnienie: insercja – rodzaj mutacji genowej – polega na wstawieniu jednego lub kilku nukleotydów w obrębie jednego genu, czego wynikiem jest najczęściej powstanie niefunkcjonalnego białka. Z kolei duplikacja – rodzaj mutacji chromosomowej – polega na wstawieniu fragmentu chromosomu homologicznego, który może obejmować więcej niż jeden gen, czego wynikiem mogą być zaburzenia w produkcji więcej niż jednego białka. 8. Choroby genetyczne człowieka 1. C 2. X obok zdań: Dziecko może posiadać erytrocyty o nieprawidłowym kształcie. Dziecko może cierpieć na mukowiscydozę. 3. fenyloketonuria, albinizm, anemia sierpowata 4. C 5. Na przykład: Popieram przeprowadzanie badań prenatalnych, ponieważ umożliwiają one diagnozę wad wrodzonych, dzięki czemu matka dziecka z wadą wrodzoną może uzyskać wcześnie pomoc (m.in. psychologiczną) i poznać możliwości leczenia danej wady już podczas ciąży. 6. I – F, II – F, III – P, IV – P, V – P 7. Nazwa choroby: zespół Klinefeltera; Rodzaj mutacji: chromosomowa, liczbowa; Płeć: męska; Liczba chromosomów w komórkach somatycznych: 47; Cechy fenotypu: słabo wykształcone męskie cechy płciowe, niedorozwój jąder i narządów płciowych, zmniejszona płodność, wysoki wzrost. 8. Na przykład: Zespół „kociego krzyku”, choroba o podłożu genetycznym, spowodowana delecją fragmentu chromosomu 5. Od genu do cechy – lekcja powtórzeniowa – wersja A 1. a) Chromosom;
b) c) Jądro komórkowe; d) Geny sprzężone; e) Choroba Huntingona; f) Crossing-over 2. A
Strona 8 z 22
3. nukleotyd – podstawowa jednostka budulcowa kwasów nukleinowych, ekson – kodujący odcinek DNA, chromatyna – postać DNA połączona z białkami, kodon – trzy nukleotydy zawierające informację o aminokwasie 4. a) IAIB; b) 45, X; c) np. AA; d) 47, XXY; e) XHXh 5.
6. a) Jest to konieczne, aby ilość DNA w komórkach potomnych była identyczna jak w komórce macierzystej; b) Jest to konieczne, by powstało prawidłowe białko (zdolne do pełnienia swojej funkcji w komórce); c) Jest to konieczne, aby mogło dojść do translacji. 7. Badaną roślinę należy skrzyżować z grochem o zielonych nasionach. Jeśli w pokoleniu potomnym 50% roślin ma zielone nasiona – badana roślina była heterozygotą pod względem barwy nasion. Od genu do cechy – lekcja powtórzeniowa – wersja B 1. a) Allel recesywny, ponieważ choroba nie występuje w każdym pokoleniu; b) Nie można tego ustalić. Choroba może być sprzężona z płcią (jeśli matka była nosicielką choroby a ojciec był zdrowy), na co wskazuje fakt, że schorzenie dotyczy mężczyzn, ale może być to również choroba autosomalna recesywna (jeśli matka oraz ojciec byli nosicielami allelu recesywnego). 2. Skreślone: duplikacja, kondensacja chromatyny, tRNA, DNA, jądrze, nukleoidzie 3. A, C; Uzasadnienie: Mendel opisywał dziedziczenie u grochu zwyczajnego. Barwa grochu dziedziczy się w taki sposób, że jeden allel (warunkujący czerwoną barwę) dominuje w pełni nad drugim allelem (warunkującym białą barwę). Krzyżówka w punkcie B nie dotyczy tego sposobu dziedziczenia (jest to dominacja niezupełna). Krzyżówka w punkcie A zgadza się z opisanym przez Mendla sposobem dziedziczenia barwy kwiatów grochu w wypadku, kiedy pokolenie rodzicielskie to homozygoty dominująca i recesywna. Krzyżówka w punkcie C zgadza się z opisaną przez Mendla sytuacją dziedziczenia barwy kwiatów grochu w wypadku, kiedy pokolenie rodzicielskie stanowią dwie heterozygoty. 4. B 5. a) Kwas rybonukleinowy – RNA; b) W cytoplazmie; c) 30; d) A
Strona 9 z 22
6. a) IAIB; b) XHXh; c) Założenie: a – allel warunkujący jasne włosy, genotyp to aadd; d) Założenie: A – allel warunkujący piwny kolor oczu, a – allel warunkujący niebieski kolor oczu, genotyp dziecka to Aa 7. A – crossing-over; Znaczenie: W wyniku crossing-over powstają nowe, unikalne kombinacje alleli, co ma duży wpływ na kształtowanie się zmienności organizmów; B – replikacja DNA; Znaczenie: umożliwia precyzyjne przekazywanie informacji genetycznej komórkom potomnym.
II. Biotechnologia i inżynieria genetyczna 1. Biotechnologia tradycyjna 1.
Cecha
Biotechnologia tradycyjna
Biotechnologia nowoczesna
Podstawowe metody
selekcja sztuczna
techniki inżynierii genetycznej
Główne zastosowanie
przemysł spożywczy, ochrona środowiska
medycyna, farmacja, rolnictwo
Przykład organizmu wykorzystywanego w biotechnologii
np. bakterie mlekowe, grzyby z rodzaju Penicillum
np. pałeczka okrężnicy, kukurydza, soja
2. Oddychanie tlenowe: A, B, D, E; Oddychanie beztlenowe: B, C, E, F. 3. A – bakterie mlekowe, wykorzystywane do fermentowania mleka, dzięki czemu jogurty mają charakterystyczny zapach, smak i konsystencję; B – np. grzyby z rodzaju Penicillum, nadające produktowi charakterystyczny smak i aromat. 4. I – F, II – F, III – P, IV – P; Poprawione zdania: I. To reakcja przeprowadzana przez bakterie w warunkach beztlenowych. Jej produktem jest kwas mlekowy. II. Dodawanie soli zapobiega przenikaniu wody z ogórków do roztworu. 5. Drożdże; Uzasadnienie: drożdże dzięki przeprowadzanemu procesowi fermentacji etanolowej powodują spulchnienie ciasta drożdżowego. 6. Kiszenie stosowano jako metodę przechowywania warzyw, ponieważ proces ten zachodzi łatwo i spontanicznie. Podczas kiszenia powstaje kwas mlekowy, który powoduje zakwaszenie żywności, dzięki czemu nie rozmnażają się w niej bakterie powodujące psucie się. 7. Twierdzenie jest nieprawdziwe. Uzasadnienie: w biotechnologii tradycyjnej stosuje się zarówno organizmy przeprowadzające fermentację, jak i organizmy oddychające tlenowo, np. bakterie octowe, wykorzystywane do produkcji octu. 2. Biotechnologia w ochronie środowiska 1. Mikroorganizmy wykorzystuje się do oczyszczania ścieków I powietrza, ponieważ wykształciły one zdolność do uzyskiwania energii z rozkładu substancji toksycznych. 2. Znak X przy fotografii oznaczonej literą B.
Strona 10 z 22
3. Od lewej: C, B, D, A. 4. Wady, np.: produkt – biogaz – może uwalniać się w sposób niekontrolowany i stwarzać zagrożenie dla ludzi lub środowiska, więc fermentację trzeba przeprowadzać w zakładach utylizacji odpadów; trzeba zainwestować w budowę komór fermentacyjnych i zakupić aparaturę do pomiaru warunków procesu. Zalety: wytworzony biogaz może stanowić źródło energii, spalanie biogazu ogranicza emisję metanu do atmosfery (zmniejsza efekt cieplarniany). 5. I – F, II – P, III – P, IV – F 6. fermentacja metanowa – biogaz, biofiltr – oczyszczone powietrze, spalanie masy roślinnej – energia cieplna, kompostowanie – naturalny nawóz organiczny 7. a) Ropa naftowa; b) Jest to skuteczna metoda, ponieważ źródłem energii są dla takich bakterii węglowodory zawarte w ropie naftowej; c) ropa naftowa jest przyczyną śmiertelnych zatruć organizmów morskich, skleja również pióra ptaków, przez co tracą one właściwości termoregulacyjne. 3. Podstawowe techniki inżynierii genetycznej – wersja A 1. a) Organizm transgeniczny; b) Możliwość syntezy insuliny człowieka; c) Tak, ponieważ każdy organizm zawierający gen pochodzący z innego organizmu (transgeniczny) jest organizmem zmodyfikowanym genetycznie (GMO). 2. Na przykład: Celem jest npoznanie kolejności nukleotydów w danym genie i uzyskanie na tej podstawie informacji o funkcji lub lokalizacji w komórce kodowanego przez niego białka; celem jest sprawdzenie poprawności przeprowadzonej modyfikacji genetycznej. 3. B, E 4. I – P, II – F, III – F, IV – P 5. Od lewej: wektor, plazmid zawierający gen z innego organizmu, komórka ze zmodyfikowanym materiałem genetycznym 6. A 7. sekwencjonowanie DNA – odczytanie kolejności nukleotydów w nici DNA, sonda molekularna – odszukanie odcinka DNA w próbce materiału genetycznego, łańcuchowa reakcja polimerazy – kopiowanie określonego fragmentu DNA 3. Podstawowe techniki inżynierii genetycznej – wersja B 1. B, D 2. a) Enzym restrykcyjny; b) Na przykład: przecinanie wektora w określonym miejscu oraz wycinanie genu z genomu jest wykorzystywane przy tworzeniu organizmów transgeniczych 3. Od góry: 4, 2, 5, 1, 3 lub 4, 1, 5, 2, 3 4. startery, polimeraza DNA, plazmid, nukleotydy DNA 5. A
Strona 11 z 22
6. Jest to metoda wektorowa. Uzasadnienie: plazmid jest wykorzystywany jako przenośnik genu do jądra komórkowego danego organizmu, jest więc wektorem. 7. Na przykład: Biblioteki genomowe pozwalają na szybki dostęp do wybranego genu w celu jego powielenia. 8. B 9. Są to komórki mające zdolność pobierania dużych cząsteczek DNA. Wykorzystuje się je np. w transformacji genetycznej. 4. Organizmy zmodyfikowane genetycznie 1. Na przykład: a) Taka modyfikacja jest niesłuszna, ponieważ nie wiadomo, czy białko z bakterii nie będzie szkodliwe dla zdrowia człowieka w długim okresie czasu (np. kilkadziesiąt lat); b) Taka modyfikacja jest słuszna, ponieważ transgeniczna odmiana ziemniaka pozwala na ograniczenie stosowania chemicznych środków ochrony roślin, które zanieczyszczają środowisko. 2.
3.
4. C – IV 5. I – P, II – F, III – P, IV – F 6. Zwierzęta można traktować jako „żywe bioreaktory”, ponieważ ich ciała służą do produkcji biofarmaceutyków, pełnią więc tę samą funkcję, co stosowane w fabrykach bioreaktory mechaniczne. Strona 12 z 22
5. Biotechnologia a medycyna 1. Od góry: AMG, WB, AMG, WB, AMG 2. c, d 3. biofarmaceutyk – substancja lecznicza działająca na komórki pacjenta poprzez hamowanie lub pobudzanie wybranych reakcji metabolicznych, szczepionka – mobilizuje komórki układu immunologicznego do wytwarzania odporności, komórki macierzyste – komórki, które mogą różnicować się do wyspecjalizowanych komórek ciała, test genetyczny – umożliwia wybór leku o największej skuteczności dla danego pacjenta, antybiotyk – lek mający zdolność niszczenia komórek bakterii 4. Ryzyko jest mniejsze, ponieważ organizm biorcy nie rozpoznaje komórek takiego narządu jako obcych i ich nie niszczy. Dzieje się tak, ponieważ komórki wyhodowanego narządu mają na powierzchni te same znaczniki (antygeny), co komórki biorcy 5. Przedstawione geny kodują dwa łańcuchy insuliny człowieka, niezbędne do powstania funkcjonalnej insuliny. 6. Skreślone: biofarmaceutyków, doskonaleniu genomu, jest całkowicie bezpieczny 7. Na przykład: stanowisko „przeciw”– Uważam, że próby terapii genowej powinny zostać ograniczone, gdyż ryzyko związane z terapią jest zbyt duże dla pacjentów; Stanowisko „za” – popieram próby terapii genowej, ponieważ są jedyną szansą dla osób z ciężkimi chorobami genetycznymi na poprawę komfortu życia. 6. Klonowanie – tworzenie genetycznych kopii 1. A, D 2. Od lewej: fragmentacja, rozdzielenie komórek zarodka we wczesnym stadium, podział komórki. 3. Na przykład: uzyskanie odmian zboża odpornych na szkodniki upraw, uzyskanie odmian roślin o kwiatach nietypowej barwy. 4.
Zakłady wykorzystujące klony komórek
Sposoby wykorzystania klonów komórek
firma kosmetyczna
np. testy toksyczności produktów kosmetycznych
firma farmaceutyczna
produkcja białek, które są składnikami szczepionek
wytwórnia serów
np. produkcja podpuszczki
Strona 13 z 22
5.
6.
Klonowanie człowieka argumenty za na przykład:
argumenty przeciw na przykład:
nie można zakazywać postępu technologicznego
te same efekty terapeutyczne można uzyskać w inny sposób,
klonowanie komórek embrionalnych można wykorzystać w terapii chorób
niedoskonałość techniki może prowadzić do cierpienia lub chorób klonów,
pozwoli ono na posiadanie potomstwa nieobarczonego wadami genetycznymi
wykracza przeciwko prawu do genetycznej wyjątkowości
7. Na przykład: a) do oczyszczania oceanów z plam ropy naftowej; b) do upraw na terenach zagrożonych suszą.
Strona 14 z 22
7. Inżynieria genetyczna – korzyści i zagrożenia 1.
Roślina
Cecha uzyskana na skutek wprowadzenia obcego genu
Przydatność modyfikacji
ziemniak
wzrost zawartości skrobi
burak cukrowy
dłuższy okres przechowywania bez strat w zawartości cukru
np. przydatna w przemyśle spożywczym – niższy koszt produkcji cukru
banan
odporność na grzyby
np. przydatna w rolnictwie – wyeliminowanie strat w uprawach z powodu chorób grzybiczych
np. przydatna w rolnictwie – mniejszy koszt otrzymywania pasz lub produkcji skrobi
2. Na przykład: Spożywanie tych roślin przez zwierzęta może powodować zatrucia lub śmierć, w efekcie większą śmiertelność wyższych poziomów łańcucha pokarmowego. 3. Na przykład: Ograniczenie możliwości rozmnażania organizmów zmodyfikowanych genetycznie; Separowanie odmian transgenicznych od otoczenia. 4. Na przykład: zalety – produkty GMO są mniej zanieczyszczone środkami ochrony roślin, są więc zdrowsze, mogą mieć lepsze walory smakowe czy zapachowe, mogą mieć przedłużoną trwałość; wady: nie można ocenić długotrwałych skutków spożywania produktów GMO, potencjalnie mogą być przyczyną chorób lub uczuleń 5. Na przykład: Badania takie stwarzają niebezpieczeństwo, że człowiek stanie się tylko środkiem do ich prowadzenia; Mogą doprowadzić do powstawania wad i chorób u ludzi ze względu na niedoskonałości technologiczne inżynierii genetycznej. 6. I – F, II – P, III – P, IV – F, V – F 7. Na przykład: stanowisko „za”: Inżynieria genetyczna jest dopuszczalna, ponieważ może przyczynić się do rozwoju medycyny czy też wiedzy biologicznej, jednak warunkiem przeprowadzania badań jest ocena ryzyka wystąpienia negatywnego oddziaływania na środowisko i człowieka; stanowisko „przeciw”: jest to niedopuszczalne ze względów etycznych 8. Ma to na celu zabezpieczenia środowiska przed niekontrolowanym rozprzestrzenieniem się bakterii zmodyfikowanych genetycznie, co mogłoby naruszyć równowagę ekostystemów. 8. Znaczenie badań nad DNA 1. a) Żonkil jest dawcą genu warunkującego syntezę prowitaminy A; b) Organizmy transgeniczne; c) Aby przenieść gen żonkila do organizmu docelowego – żyta
Strona 15 z 22
2. Sformułowanie dotyczy fragmentów DNA w genomie człowieka, które są charakterystyczne dla ludzi. Mogą to być np. geny zawierające niewielkie zmiany w porównaniu z ich wersjami u przodków człowieka lub najbliżej spokrewnionymi z nim zwierzętami, a kodujące nowe, unikalne dla człowieka cechy. 3. Na przykład: Identyfikacja sprawców przestępstw; Ustalanie ojcostwa; Badania osób daleko ze sobą spokrewnionych. 4. B 5. 3, Uzasadnienie: Wzór prążków DNA po rodziale elektroforetycznym w próbie 3 jest identyczny ze wzorem prążków materiału genetycznego pobranego z ubrania zaginionej osoby. Świadczy to o tym, że DNA jest takie samo w obu tych próbach. 6. 1 – pobranie materiału biologicznego (np. śliny) dziecka i domniemanego ojca, 2 – izolacja DNA, 3 – powielenie wybranych fragmentów DNA za pomocą PCR, 4 – analiza powielonych fragmentów w celu ustalenia które ich wersje występują u badanych osób (ustalenie profili genetycznych), 5 – porównanie profili genetycznych dziecka i domniemanego ojca 7. badanie mutacji w genie fenyloalaniny – diagnostyka molekularna, tworzenie profilu genetycznego wybranej osoby – medycyna sądowa, sekwencjonowanie genu insuliny człowieka – nowoczesna biotechnologia, porównywanie sekwencji genów charakteryzujących się małą zmiennością w populacji – systematyka Biotechnologia i inżynieria genetyczna – lekcja powtórzeniowa – wersja A 1. C 2. fermentacja etanolowa – wysokoprocentowy napój alkoholowy, elektroforeza – fragmenty DNA rozdzielone w żelu, różnicowanie komórek macierzystych – narząd do przeszczepu, klonowanie – identyczne genetycznie komórki, terapia genowa – genom z prawidłową wersją wadliwego genu 3. a) Na przykład enzym restrykcyjny, ligaza; b) Wektory; c) Plazmid; d) Na przykład wirus 4. Wytwarzanie biopaliwa następuje z wykorzystaniem metod biotechnologii tradycyjnej, ponieważ w procesie tym nie stosuje się organizmów zmodyfikowanych za pomocą technik inżynierii genetycznej. 5. Łańcuchowa reakcja polimerazy (PCR); Zastosowanie, np.: ustalanie ojcostwa, tworzenie organizmów transgenicznych. 6. B 7. I – F, II – F, III – P, IV – F Biotechnologia i inżynieria genetyczna – lekcja powtórzeniowa – wersja B
Strona 16 z 22
1.
Metody biotechnologii tradycyjnej
nowoczesnej
produkcja chleba, wytwarzanie biopaliw, tworzenie bibliotek genomowych, kiszenie kapusty, produkcja wina diagnostyka molekularna chorób zakaźnych, produkcja biofarmaceutyków 2. Bakteria oporna na antybiotyk przekazała bakterii wrażliwej na antybiotyk gen warunkujący oporność na antybiotyk (za pomocą plazmidu). Proces ten jest wykorzystywany podczas transformacji genetycznej. 3. a) Klonowanie terapeutyczne ma na celu terapię chorób, nie ma na celu otrzymania nowego organizmu, natomiast klonowanie reprodukcyjne ma na celu uzyskanie nowego organizmu o tych samych cechach co organizm macierzysty; b) Enzym restrykcyjny służy do rozcinania nici DNA, natomiast ligaza do łączenia dwóch nici DNA. 4. Łańcuchowa reakcja polimerazy (PCR). 5. zmodyfikowane genetycznie drożdże – wytwarzanie hormonu wzrostu człowieka, organizmy tworzące osad czynny – oczyszczanie ścieków, bakterie mlekowe – wytwarzanie zakwasu chlebowego, transgeniczny szczur wędrowny – badanie przebiegu choroby Alzheimera, zarodki kurze – produkcja szczepionek przeciwwirusowych 6. Na przykład: a) Fragmentacja roślin; b) Powielanie zwierząt o cennych cechach użytkowych, np. transgenicznych ssaków produkujących w mleku substancje lecznicze; c) Niska efektywność klonowania; mała przydatność dla genetycznego doskonalenia zwierząt; d) Badania zwiększają poziom wiedzy w dziedzinie biologii rozwoju zwierząt, co można wykorzystać przy leczeniu chorób człowieka.
III. Ochrona przyrody 1. Czym jest różnorodność biologiczna? 1. Od góry: 1, 3, 1, 2, 1, 2 2. A; Uzasadnienie, np.: Na fotografii B występuje tylko jeden gatunek drzew, brak krzewów, powalonych pni, które są siedliskiem wielu gatunków grzybów i owadów. Na fotografii A widać wiele krzewów i roślin zielnych oraz powalone pnie – co sugeruje, że w ekosystemie występuje więcej gatunków. 3. Wskazania, np.: okolice Białowieży (Puszcza Białowieska), środkowa Polska (Puszcza Kampinoska); Przyczyny, np.: Warunki środowiska; Wpływ działalności człowieka.
Strona 17 z 22
4.
5. Na przykład: Organizmy są źródłem pożywienia dla ludzi; Zachowanie bioróżnorodności podnosi walory turystyczne i rekreacyjne danego obszaru; Dzięki zachowaniu bioróżnorodności nowo odkryte organizmy mogą być wykorzystane jako źródło leków. 6. C, D 7. Niewielkie populacje charakteryzują się małą różnorodnością genetyczną, co może prowadzić do zwiększenia częstości występowania alleli recesywnych, a w efekcie do obniżenia płodności czy żywotności osobników. Spowoduje to wyginięcie populacji w dłuższym okresie czasu mimo starań ze strony człowieka 2. Zagrożenia różnorodności biologicznej 1. Tama negatywnie wpływa na różnorodność biologiczną rzek. Uzasadnienie, np.: tama uniemożliwia przemieszczanie się i swobodne krzyżowanie się osobników oraz migracje ryb w celu rozrodu, co prowadzi do spadku różnorodności biologicznej. 2. B, E 3. B 4. Podkreślone: rzadko, zmniejsza się, wymarłych. 5. a) Brak naturalnych wrogów; b) Na przykład biedronka azjatycka. 6. A – łowiectwo i drapieżnictwo (przywiezione przez ludzi na wyspę Mauritus zwierzęta – głównie szczury i świnie – wyjadały jaja dronta dodo); B – rybołóstwo; C – kolekcjonerstwo, niszczenie siedlisk roślin żywicielskich (przekształcanie w obszary rolnicze) 7. Skreślone: spadek, wzrost, rozprzestrzenianie się gatunków inwazyjnych, obcych. 8. Łąki stopniowo zarastały krzewami, drzewami i roślinnością trawiastą, które były bardziej konkurencyjne i wyparły gatunki roślin charakterystyczne dla łąk ziołoroślowych. Utrata roślin żywicielskich spowodowała obniżenie liczebności populacji zwierząt występujących na łąkach (np. motyli). 3. Motywy i koncepcje ochrony przyrody 1. A, C, D, E Strona 18 z 22
2. a) Na przykład prowadzenie badań naukowych nad nieznanymi gatunkami grzybów występującymi w Puszczy Białowieskiej; b) Na przykład: przyroda jest najwyższą wartością i należy ją chronić z szacunku dla niej samej; c) Puszcza Białowieska jest naszym dobrem narodowym, dbanie o nią jest powinnością każdego Polaka; d) należy chronić Puszczę, aby móc zachować jej piękno dla przyszłych pokoleń. 3. Na przykład: motyw estetyczny; Uzasadnienie: zachowanie różnorodności biologicznej wiąże się z zachowaniem terenów, które mogą być wykorzystane w celach turystycznych, przyroda może być źródłem przeżyć estetycznych dla każdego człowieka. 4. Na przykład: przed objęciem tego terenu ochroną należy zbadać, jakie działania wpłyną pozytywnie, a jakie negatywnie na liczebność występujących tam gatunków roślin i zwierząt. Zaniechanie wypasu owiec może prowadzić do spadku różnorodności gatunkowej Doliny Chochołowskiej, ponieważ na tym siedlisku wypas był prowadzony przez kilkaset lat i może być on jednym z czynników wpływających na ukształtowanie siedliska w obecnej formie. 5. Na przykład: motyw etyczny – z szacunku dla wszystkich gatunków zasiedlających ten ekosystem; motyw ekonomiczny – te tereny mogą zostać wykorzystane jako tereny rekreacyjne i być źródłem zysków z turystyki. 6. Motyw egzystencjalny – kopytnik jest stosowany jako lek; Motyw ekonomiczny – leki z kopytnika mogą być źródłem korzyści materialnych. 7.
4. Sposoby ochrony przyrody 1. I – F, II – F, III – P, IV – P, V – P 2. Na przykład: działanie z zakresu ochrony biernej – zakaz działań prowadzących do zmiany stosunków wodnych na terenie leśnictwa; działanie z zakresu ochrony czynnej – przywrócenie prawidłowych stosunków wodnych poprzez budowanie zastawek, wycinanie krzewów czeremchy amerykańskiej. 3. Na przykład: niszczyć obiektów przyrodniczyć; prowadzić działalności rolniczej; zakłócać ciszy. 4. D
Strona 19 z 22
5. Ochrona in situ – populacje w Puszczy Augustowskiej, Puszczy Solskiej, Karpatach; Ochrona ex situ – populacje w ośrodkach hodowlanych w Borach Dolnośląskich; Uzasadnienie: ochrona in situ to ochrona w miejscu naturalnego występowania gatunku, natomiast ochrona ex situ oznacza ochronę poza miejscem występowania gatunku, np. w specjalnym ośrodku hodowlanym. 6. a) Odbudowa gatunku, którego populacja została wyniszczona; b) Zachowanie lub przywrócenie pożądanego stanu liczebności gatunku lub stanu całego ekosystemu poprzez stosowanie specjalnych zabiegów ochronnych; c) Zachowanie naturalnych procesów przyrodniczych. 7. C 8. D
Strona 20 z 22
5. Ochrona przyrody w Polsce 1. Park narodowy; Wyjaśnienie: taka forma ma na celu ochronę obszarów o szczególnych walorach przyrodniczych, naukowych, społecznych i kulturowych. 2. Rodzaj rezerwatu: leśny; Typ rezerwatu: fitocenotyczny (ze względu na dominujący przedmiot ochrony), leśny i borowy (ze względu na dominujący typ ekosystemu). 3. wróbel zwyczajny – A; bóbr europejski – A, C, D; bocian czarny – A, B, C, D; żółw błotny – A, B, C, D 4. Grzyby i porosty – około 2,5%, rośliny – około 2,8%, zwierzęta – około 1%. Ten sposób ochrony nie jest wystarczający dla zachowania bioróżnorodności Polski. Uzasadnienie, np.: w wypadku wielu gatunków konieczna jest ochrona całych ekosystemów, by zapewnić chronionym gatunkom dostęp do składników pokarmowych. 5. Na przykład: Nazwa gatunkowa; Obwód pnia; Rozpiętość korony; Stan zdrowotny; Zauważone uszkodzenia; Lokalizacja drzewa. 6. C 7. B 6. Międzynarodowe formy ochrony przyrody 1.
Na przykład: Instalowanie ekologicznych oczyszczalni ścieków; Dbałość o dziedzictwo kulturowe poprzez wyrób lokalnych produktów żywnościowych. 2. konwencja ramsarska – ochrona bagien i mokradeł wraz z występującymi na nich gatunkami roślin i zwierząt, konwencja CITES – ograniczenie handlu gatunkami zagrożonymi wyginięciem, konwencja bońska – ochrona szlaków migracji zwierząt 3. Na przykład: Przykład korytarza ekologicznego
Znaczenie w zachowaniu różnorodności gatunkowej zwierząt
dolina rzeczna
zapewnia drogę migracji sezonowej rybom takim jak np. pstrąg i łosoś
zadrzewienie śródpolne
umożliwia zwierzętom przemieszczanie się w ramach dobowej aktywności, np. w celu szukania pożywienia
fragment lasu
zapewnia zwierzętom zamieszkującym tereny leśne (takim jak żubr, łoś, jeleń, niedźwiedź, wilk, ryś) odpowiednie warunki do przemieszczania się – daje możliwość schronienia i dostęp do pokarmu
Strona 21 z 22
4. Na przykład: Najwięcej rezerwatów biosfery znajduje się w rejonach przygranicznych naszego kraju, najmniej w rejonie Wielkopolski i Śląska. Zlokalizowanie rezerwatów przy granicy państwa wynika z fakt, że w Europie jest wiele cennych przyrodniczo, często chronionych obszarów poprzecinanych granicami państw. Tworzenie transgranicznych rezerwatów biosfery umożliwia łączenie parków narodowych, leżących na obszarze dwóch lub więcej państw, co zapewnia prawidłowe funkcjonowanie znajdujących się tam ekosystemów. 5. Od lewej: sosna limba – Tatrzański Rezerwat Biosfery, foka pospolita – Słowiński Rezerwat Biosfery, łoś – Rezerwat Biosfery „Puszcza Kampinoska” 6. Można w ten sposób chronić cenny ekosystem jako całość, zapobiegając fragmentacji, która stanowi zagrożenie dla jego funkcjonowania. 7. A, B 8. B Ochrona przyrody – lekcja powtórzeniowa 1. a) Na przykład: Motyw naukowy – należy chronić jedyne w powiecie stanowisko sasanki łąkowej; motyw estetyczny – należy chronić piękno muraw; b) Na przykład ochrona czynna sasanki i kocanki poprzez wycinanie czeremchy amerykańskiej i wypas zwierząt; c) Czeremcha amerykańska. 2. a) W odróżnieniu od obszarów objętych ochroną ścisłą na obszarach objętych ochroną częściową dopuszcza się niektóre formy ingerencji człowieka w przyrodę. W wypadku gatunków ochrona ścisła oznacza ochronę wszystkich należących do nich osobników przez cały rok na terenie całego kraju, natomiast w ramach ochrony częściowej dopuszczalna jest regulacja liczebności objętego nią gatunku w określonych porach roku lub fazach cyklu życiowego; b) Rezerwat przyrody obejmują zazwyczaj mniejsze obszary niż rezerwaty biosfery, w rezerwatach biosfery wyróżniamy trzy strefy zróżnicowane pod względem ochrony (rezerwaty przyrody to jedna strefa ochronna); c) Gatunek reintrodukowany to gatunek, który wyginął na danym obszarze i został ponownie wprowadzony w tym miejscu, natomiast gatunek inwazyjny to gatunek obcy, który stanowi zagrożenie dla gatunków występujących na danym obszarze. 3. I – F, II – P, III – P, IV – F 4. Na przykład ochrona czynna siedliska storczyka, polegająca na wykaszaniu muraw, aby zachować występujące tam gatunki. 5. Park Narodowy „Bory Tucholskie” 6. Oba gatunki były zagrożone w podobnym stopniu, jednak w przypadku żubra w odpowiednim momencie podjęto działania ochronne, dzięki czemu dokonano restytucji tego gatunku i udanej reintrodukcji na terenach leśnych (m.in. Puszczy Białowieskiej). W przypadku tura takich działań nie podjęto, co doprowadziło do wyginięcia gatunku. 7. C
Strona 22 z 22
