{"id":"biologia-2017-maj-matura-rozszerzona/zad/5.1","paper_id":"biologia-2017-maj-matura-rozszerzona","number":"5.1","points":1,"ptype":"open","subject":"biologia","category":"matura","year":2017,"month":"maj","level":"rozszerzona","text":"Zadanie 5.1. (0-1)\nWyjaśnij, dlaczego w heterocytach sinicy Anabaena nie może być aktywny fotosystem II.\nW\nodpowiedzi\nuwzględnij\nfunkcję\nheterocytów\noraz\nproces\nzachodzący\nw fotosystemie II.","answer":null,"answer_text":"5.1. (0-1)\nWymagania ogólne\nWymagania szczegółowe\nV. Rozumowanie i argumentacja. Zdający\n[…] wyjaśnia zależności przyczynowo-\n-skutkowe […] związane z omawianymi\nzagadnieniami biologicznymi […].\nIII. Metabolizm.\n2. Ogólne zasady metabolizmu. Zdający\n5) wskazuje substraty i produkty głównych\nszlaków i cykli metabolicznych (fotosynteza\n[…]).\nIV. Przegląd różnorodności organizmów.\n3. Bakterie. Zdający\n2) przedstawia charakterystyczne cechy sinic\njako bakterii prowadzących fotosyntezę\noksygeniczną (tlenową) oraz zdolnych\ndo asymilacji azotu atmosferycznego.\nSchemat punktowania\n1 p. - za wyjaśnienie wskazujące na sprzeczność między warunkami beztlenowymi\nniezbędnymi do wiązania azotu atmosferycznego a wydzielaniem się tlenu\nw fotosystemie II.\n0 p. - za odpowiedź, która nie spełnia powyższych wymagań, lub za brak odpowiedzi.\nPrzykładowe rozwiązania\nJeśli działałby fotosystem II, to wydzielałby się tlen, co zaburzałoby wiązanie azotu.\nAsymilacja azotu atmosferycznego (w heterocytach) musi się odbywać w warunkach\nbeztlenowych, a w działającym fotoukładzie II wydziela się tlen.\nW heterocytach fotosystem II nie może być aktywny, ponieważ przeprowadza on fotolizę\nwody, a reakcje wiązania azotu atmosferycznego katalizowane przez nitrogenazę\nzachodzą wyłącznie w warunkach beztlenowych.\nW fotoukładzie II zachodzi fotoliza wody, w której produkowany jest tlen zaburzający\nw heterocytach pracę nitrogenazy.\nUwaga:\nDopuszcza się określenie „heterocysty” zamiast „heterocyty”.","solution":"## Poprawna odpowiedź\n\nFotosystem II nie może być aktywny w heterocytach, ponieważ w fotosystemie II zachodzi fotoliza wody, której produktem jest **tlen (\\(\\ce{O2}\\))**. Tlen inaktywuje nitrogenazę, a heterocyty specjalizują się w wiązaniu \\(\\ce{N2}\\) - proces ten wymaga środowiska **beztlenowego**.\n\n## Sposób 1 - Mechanizm biologiczny krok po kroku\n\n**Krok 1 - Co robi fotosystem II?**\n\nW fotosystemie II zachodzi **fotoliza (fotooksydacja) wody**:\n\n\\[\\ce{2H2O ->[\\text{światło, PSII}] 4H+ + 4e^- + O2}\\]\n\nProduktem ubocznym jest **wolny tlen cząsteczkowy (\\(\\ce{O2}\\))**, uwalniany do wnętrza komórki i do środowiska.\n\n**Krok 2 - Czym jest heterocyt i czego wymaga?**\n\nHeterocyt to komórka wyspecjalizowana w **biologicznym wiązaniu azotu atmosferycznego** za pomocą nitrogenazy:\n\n\\[\\ce{N2 + 16ATP + 8e^- + 8H+ -> 2NH3 + H2 + 16ADP + 16P_i}\\]\n\nNitrogenaza jest enzymem **wrażliwym na tlen** - \\(\\ce{O2}\\) nieodwracalnie inaktywuje centrum aktywne tego enzymu. Dlatego wiązanie \\(\\ce{N2}\\) może przebiegać **wyłącznie w warunkach beztlenowych** (anaerobioza).\n\n**Krok 3 - Dlaczego PSII jest wykluczony?**\n\nGdyby PSII był aktywny w heterocycie, wytwarzałby \\(\\ce{O2}\\), który:\n- **dezaktywowałby nitrogenazę** → wiązanie \\(\\ce{N2}\\) byłoby niemożliwe\n- niszczyłoby sens biologiczny heterocytu jako komórki wyspecjalizowanej\n\n**Wniosek:** Brak PSII = brak fotolitycznego wytwarzania \\(\\ce{O2}\\) = utrzymanie środowiska beztlenowego = sprawna nitrogenaza.\n\n## Sposób 2 - Argumentacja przez kontrast: PSII vs PSI\n\n| Cecha | Fotosystem II | Fotosystem I |\n| Donor elektronów | \\(\\ce{H2O}\\) (fotoliza) | plastocyjanina (z PSII) |\n| Produkt | \\(\\ce{O2}\\) ⚠️ | NADPH (nie tlen!) |\n| Aktywny w heterocycie? | ❌ NIE | ✅ TAK |\n| Dlaczego? | wytwarza \\(\\ce{O2}\\) → zabija nitrogenazę | nie wytwarza \\(\\ce{O2}\\) → bezpieczny |\n\n**PSI może działać w heterocycie**, bo pobiera elektrony z plastocyjaniny i redukuje \\(\\ce{NADP+}\\) do \\(\\ce{NADPH}\\) - bez wytwarzania tlenu. Heterocyt zachowuje PSI, bo potrzebuje ATP i siły redukcyjnej do napędzania nitrogenazy (reakcja pobiera 16 ATP!). Tylko PSII jest wyłączony - ten jeden, który produkuje \\(\\ce{O2}\\).\n\nTo klasyczny przykład **ewolucyjnego kompromisu**: komórka musi wybrać między fotosyntetycznym wytwarzaniem \\(\\ce{O2}\\) a fiksacją \\(\\ce{N2}\\) - nie można robić obu naraz.\n\n## Sposób 3 - Przez grubą ścianę komórkową jako kontekst (uzupełnienie mechanizmu)\n\nZadanie wspomina o **grubej ścianie komórkowej** heterocytów. Nie jest to przypadek - gruba ściana ogranicza dyfuzję \\(\\ce{O2}\\) z zewnątrz (od sąsiednich komórek fotosyntetyzujących) do wnętrza heterocytu. To adaptacja strukturalna wspomagająca anaerobiozę.\n\nBrak PSII + gruba ściana = **dwie niezależne bariery ochronne** zapewniające beztlenowość dla nitrogenazy:\n1. **Brak wewnętrznego źródła \\(\\ce{O2}\\)** (brak PSII)\n2. **Ograniczenie napływu zewnętrznego \\(\\ce{O2}\\)** (gruba ściana)\n\nW odpowiedzi maturalnej wystarczy Sposób 1, ale rozumienie całości systemu pokazuje głębię biologiczną.\n\n## Schemat oceniania CKE\n\n> **1 pkt** - za wyjasnienie wskazujace na sprzecznosc miedzy warunkami beztlenowymi niezbednymi do wiazania azotu atmosferycznego a wydzielaniem sie tlenu w fotosystemie II.\n> **0 pkt** - za odpowiedz niespelniajaca wymagan lub za brak odpowiedzi.\n>\n> **Uwaga CKE:** Dopuszcza sie okreslenie \"heterocysty\" zamiast \"heterocyty\".\n## Wzory z karty CKE - czego MASZ użyć\n\nW tym zadaniu nie korzystamy bezpośrednio z karty wzorów CKE - wystarczy znajomość:\n- mechanizmu działania fotosystemu II (fotoliza wody → \\(\\ce{O2}\\))\n- warunku działania nitrogenazy (beztlenowość)\n\n> 📖 Równanie wiązania azotu podane jest **wprost w treści zadania** - to ono jest \"kartą wzorów\" dla tego pytania. Uczeń powinien odczytać z niego, że reakcja wymaga 16 ATP i zachodzi w warunkach beztlenowych (sygnał: \"nitrogenaza katalizuje w warunkach beztlenowych\").\n\n## Typowe pułapki i uwaga\n\n> ⚠️ **Uwaga:** Najczęstszy błąd - pisanie tylko \"bo w heterocytach jest beztlenowo\" bez wyjaśnienia DLACZEGO brak PSII tę beztlenowość gwarantuje. To odpowiedź okrężna, klucz jej nie uzna.\n\n> ⚠️ **Uwaga:** Mylenie fotosystemu I z fotosystemem II - PSI *nie* wytwarza \\(\\ce{O2}\\), więc może być aktywny. Trzeba precyzyjnie wskazać PSII jako źródło tlenu przez fotolizę wody.\n\n> ⚠️ **Uwaga:** Pisanie \"bo heterocyty nie mają chlorofilu\" - to nieprawda i nie wyjaśnia mechanizmu. Heterocyty *mają* PSI i chlorofil; po prostu nie mają aktywnego PSII.\n\n> ⚠️ **Uwaga:** Nie wystarczy napisać \"tlen szkodzi nitrogenazynie\" - trzeba połączyć łańcuch przyczynowo-skutkowy: PSII → fotoliza wody → \\(\\ce{O2}\\) → inaktywacja nitrogenazy → brak fiksacji \\(\\ce{N2}\\). Wszystkie ogniwa = 1 pkt.","image":"img/biologia-2017-maj-matura-rozszerzona/zad-5.1.webp","solution_image":null,"topics":null,"page_from":7,"source":"ocr","answer_source":null,"answer_text_source":"ocr","solution_source":"maturazai","text_source":"ocr","source_label":"Biologia · Matura · maj 2017 (rozszerzona)","subject_label":"Biologia","category_label":"Matura","text_html":"

Zadanie 5.1. (0-1)
Wyjaśnij, dlaczego w heterocytach sinicy Anabaena nie może być aktywny fotosystem II.
W
odpowiedzi
uwzględnij
funkcję
heterocytów
oraz
proces
zachodzący
w fotosystemie II.

","answer_text_html":"

5.1. (0-1)
Wymagania ogólne
Wymagania szczegółowe
V. Rozumowanie i argumentacja. Zdający
[…] wyjaśnia zależności przyczynowo-
-skutkowe […] związane z omawianymi
zagadnieniami biologicznymi […].
III. Metabolizm.

\n
  1. Ogólne zasady metabolizmu. Zdający
  2. wskazuje substraty i produkty głównych
\n

szlaków i cykli metabolicznych (fotosynteza
[…]).
IV. Przegląd różnorodności organizmów.

\n
  1. Bakterie. Zdający
  2. przedstawia charakterystyczne cechy sinic
\n

jako bakterii prowadzących fotosyntezę
oksygeniczną (tlenową) oraz zdolnych
do asymilacji azotu atmosferycznego.
Schemat punktowania
1 p. - za wyjaśnienie wskazujące na sprzeczność między warunkami beztlenowymi
niezbędnymi do wiązania azotu atmosferycznego a wydzielaniem się tlenu
w fotosystemie II.
0 p. - za odpowiedź, która nie spełnia powyższych wymagań, lub za brak odpowiedzi.
Przykładowe rozwiązania
Jeśli działałby fotosystem II, to wydzielałby się tlen, co zaburzałoby wiązanie azotu.
Asymilacja azotu atmosferycznego (w heterocytach) musi się odbywać w warunkach
beztlenowych, a w działającym fotoukładzie II wydziela się tlen.
W heterocytach fotosystem II nie może być aktywny, ponieważ przeprowadza on fotolizę
wody, a reakcje wiązania azotu atmosferycznego katalizowane przez nitrogenazę
zachodzą wyłącznie w warunkach beztlenowych.
W fotoukładzie II zachodzi fotoliza wody, w której produkowany jest tlen zaburzający
w heterocytach pracę nitrogenazy.
Uwaga:
Dopuszcza się określenie „heterocysty” zamiast „heterocyty”.

","solutions":[{"source":"maturazai","label":"maturazai.pl (AI)","kind":"text","html":"

Poprawna odpowiedź

\n

Fotosystem II nie może być aktywny w heterocytach, ponieważ w fotosystemie II zachodzi fotoliza wody, której produktem jest tlen (\\ceO2). Tlen inaktywuje nitrogenazę, a heterocyty specjalizują się w wiązaniu \\ceN2 - proces ten wymaga środowiska beztlenowego.

\n

Sposób 1 - Mechanizm biologiczny krok po kroku

\n

Krok 1 - Co robi fotosystem II?

\n

W fotosystemie II zachodzi fotoliza (fotooksydacja) wody:

\n
\\ce2H2O−>[światło, PSII]4H++4e−+O2
\n

Produktem ubocznym jest wolny tlen cząsteczkowy (\\ceO2), uwalniany do wnętrza komórki i do środowiska.

\n

Krok 2 - Czym jest heterocyt i czego wymaga?

\n

Heterocyt to komórka wyspecjalizowana w biologicznym wiązaniu azotu atmosferycznego za pomocą nitrogenazy:

\n
\\ceN2+16ATP+8e−+8H+−>2NH3+H2+16ADP+16Pi
\n

Nitrogenaza jest enzymem wrażliwym na tlen - \\ceO2 nieodwracalnie inaktywuje centrum aktywne tego enzymu. Dlatego wiązanie \\ceN2 może przebiegać wyłącznie w warunkach beztlenowych (anaerobioza).

\n

Krok 3 - Dlaczego PSII jest wykluczony?

\n

Gdyby PSII był aktywny w heterocycie, wytwarzałby \\ceO2, który:

\n\n

Wniosek: Brak PSII = brak fotolitycznego wytwarzania \\ceO2 = utrzymanie środowiska beztlenowego = sprawna nitrogenaza.

\n

Sposób 2 - Argumentacja przez kontrast: PSII vs PSI

\n

| Cecha | Fotosystem II | Fotosystem I |
| Donor elektronów | \\ceH2O (fotoliza) | plastocyjanina (z PSII) |
| Produkt | \\ceO2 ⚠️ | NADPH (nie tlen!) |
| Aktywny w heterocycie? | ❌ NIE | ✅ TAK |
| Dlaczego? | wytwarza \\ceO2 → zabija nitrogenazę | nie wytwarza \\ceO2 → bezpieczny |

\n

PSI może działać w heterocycie, bo pobiera elektrony z plastocyjaniny i redukuje \\ceNADP+ do \\ceNADPH - bez wytwarzania tlenu. Heterocyt zachowuje PSI, bo potrzebuje ATP i siły redukcyjnej do napędzania nitrogenazy (reakcja pobiera 16 ATP!). Tylko PSII jest wyłączony - ten jeden, który produkuje \\ceO2.

\n

To klasyczny przykład ewolucyjnego kompromisu: komórka musi wybrać między fotosyntetycznym wytwarzaniem \\ceO2 a fiksacją \\ceN2 - nie można robić obu naraz.

\n

Sposób 3 - Przez grubą ścianę komórkową jako kontekst (uzupełnienie mechanizmu)

\n

Zadanie wspomina o grubej ścianie komórkowej heterocytów. Nie jest to przypadek - gruba ściana ogranicza dyfuzję \\ceO2 z zewnątrz (od sąsiednich komórek fotosyntetyzujących) do wnętrza heterocytu. To adaptacja strukturalna wspomagająca anaerobiozę.

\n

Brak PSII + gruba ściana = dwie niezależne bariery ochronne zapewniające beztlenowość dla nitrogenazy:

\n
  1. Brak wewnętrznego źródła \\ceO2 (brak PSII)
  2. Ograniczenie napływu zewnętrznego \\ceO2 (gruba ściana)
\n

W odpowiedzi maturalnej wystarczy Sposób 1, ale rozumienie całości systemu pokazuje głębię biologiczną.

\n

Schemat oceniania CKE

\n
1 pkt - za wyjasnienie wskazujace na sprzecznosc miedzy warunkami beztlenowymi niezbednymi do wiazania azotu atmosferycznego a wydzielaniem sie tlenu w fotosystemie II.
0 pkt - za odpowiedz niespelniajaca wymagan lub za brak odpowiedzi.

Uwaga CKE: Dopuszcza sie okreslenie "heterocysty" zamiast "heterocyty".
\n

Wzory z karty CKE - czego MASZ użyć

\n

W tym zadaniu nie korzystamy bezpośrednio z karty wzorów CKE - wystarczy znajomość:

\n\n
📖 Równanie wiązania azotu podane jest wprost w treści zadania - to ono jest "kartą wzorów" dla tego pytania. Uczeń powinien odczytać z niego, że reakcja wymaga 16 ATP i zachodzi w warunkach beztlenowych (sygnał: "nitrogenaza katalizuje w warunkach beztlenowych").
\n

Typowe pułapki i uwaga

\n
⚠️ Uwaga: Najczęstszy błąd - pisanie tylko "bo w heterocytach jest beztlenowo" bez wyjaśnienia DLACZEGO brak PSII tę beztlenowość gwarantuje. To odpowiedź okrężna, klucz jej nie uzna.
\n
⚠️ Uwaga: Mylenie fotosystemu I z fotosystemem II - PSI nie wytwarza \\ceO2, więc może być aktywny. Trzeba precyzyjnie wskazać PSII jako źródło tlenu przez fotolizę wody.
\n
⚠️ Uwaga: Pisanie "bo heterocyty nie mają chlorofilu" - to nieprawda i nie wyjaśnia mechanizmu. Heterocyty mają PSI i chlorofil; po prostu nie mają aktywnego PSII.
\n
⚠️ Uwaga: Nie wystarczy napisać "tlen szkodzi nitrogenazynie" - trzeba połączyć łańcuch przyczynowo-skutkowy: PSII → fotoliza wody → \\ceO2 → inaktywacja nitrogenazy → brak fiksacji \\ceN2. Wszystkie ogniwa = 1 pkt.
"}]}