{"id":"biologia-2021-maj-matura-rozszerzona/zad/3.2","paper_id":"biologia-2021-maj-matura-rozszerzona","number":"3.2","points":1,"ptype":"open","subject":"biologia","category":"matura","year":2021,"month":"maj","level":"rozszerzona","text":"Zadanie 3.2. (0-1)\nUzasadnij, że współżycie korzeni roślin bobowatych z bakteriami wiążącymi azot\natmosferyczny ma znaczenie dla syntezy L-kanawaniny przez te rośliny.","answer":null,"answer_text":"3.2. (0-1)\nWymagania egzaminacyjne 2021\nWymagania ogólne\nWymaganie szczegółowe\nV. Rozumowanie i argumentacja. Zdający\nobjaśnia i komentuje informacje […],\nwyjaśnia zależności przyczynowo-skutkowe\n[…].\nI. Poznanie świata organizmów na różnych\npoziomach organizacji życia. Zdający […]\nprzedstawia i wyjaśnia procesy i zjawiska\nbiologiczne […], przedstawia i wyjaśnia\nzależności między organizmem\na środowiskiem […].\nVII. Ekologia.\n3. Zależności międzygatunkowe. Zdający:\n4) wykazuje rolę zależności\nmutualistycznych (fakultatywnych\ni obligatoryjnych jedno- lub obustronnie)\nw przyrodzie, posługując się uprzednio\npoznanymi przykładami ([…] współżycie\nkorzeni roślin z bakteriami wiążącymi azot\n[…]).\nZasady oceniania\n1 pkt - za poprawne uzasadnienie, uwzględniające przekazywanie roślinom bobowatym przez\nsymbiotyczne bakterie związków azotu (amoniak) dostarczających azotu potrzebnego\ndo syntezy L-kanawaniny lub wchodzącego w skład L-kanawaniny.\n0 pkt - za odpowiedź niespełniającą wymagań za 1 pkt albo za brak odpowiedzi.\nPrzykładowe rozwiązania\n• Bakterie wiążące N2 przekształcają go w formy azotu dostępne dla roślin, dzięki czemu\nrośliny mogą wykorzystać azot podczas syntezy kanawaniny.\n• Do syntezy kanawaniny potrzebny jest azot, którego związki roślina otrzymuje\nod symbiotycznych bakterii.\n• Bakterie wiążą azot atmosferyczny, który jest nieprzyswajalny dla roślin, a następnie\nprzekazują roślinom bobowatym zasymilowany azot, który może zostać wykorzystany\ndo syntezy kanawaniny.\nUwagi:\nNie uznaje się odpowiedzi odnoszących się do wiązania azotu atmosferycznego\ndo azotanów.\nNie uznaje się odpowiedzi odnoszących się do przekazywania azotu atmosferycznego\nprzez bakterie bezpośrednio do korzeni roślin.","solution":"## Poprawna odpowiedź\n\n**L-kanawanina jest niebiałkowym aminokwasem zawierającym atomy azotu w swojej strukturze.** Bakterie brodawkowe (*Rhizobium* i pokrewne) wiążą azot atmosferyczny \\(\\ce{N2}\\) do amoniaku \\(\\ce{NH3}\\), dostarczając roślinom przyswajalne związki azotowe - niezbędne do syntezy L-kanawaniny.\n\n## Sposób 1 - Mechanizm biologiczny: ścieżka azotu od N₂ do L-kanawaniny\n\n**Krok 1 - Identyfikacja substratu azotowego L-kanawaniny**\n\nL-kanawanina to **niebiałkowy analog L-argininy** - różni się od argininy zastąpieniem jednej grupy \\(-\\text{CH}_2-\\) tlenem (\\(-\\text{O}-\\)) w łańcuchu bocznym. Posiada:\n- grupę α-aminową \\(\\ce{-NH2}\\)\n- grupę guanidoksylową zawierającą **dwa dodatkowe atomy azotu**\n\nŁącznie w cząsteczce L-kanawaniny są **cztery atomy azotu** - identycznie jak w argininie.\n\n**Krok 2 - Skąd rośliny bobowate biorą azot?**\n\nRośliny pobierają azot nieorganiczny z gleby głównie jako \\(\\ce{NO3-}\\) lub \\(\\ce{NH4+}\\). Gleba uboga w azot mineralny nie zapewni dostatecznych ilości. Atmosfera to \\(≈78\\%\\) \\(\\ce{N2}\\), ale **rośliny same nie potrafią wiązać \\(\\ce{N2}\\)**.\n\n**Krok 3 - Rola bakterii brodawkowych**\n\nBakterie (Rhizobiales: *Rhizobium*, *Bradyrhizobium*, *Mesorhizobium*) bytujące w brodawkach korzeniowych zawierają kompleks enzymatyczny **nitrogenazy**, który katalizuje reakcję:\n\n\\[\\ce{N2 + 8H+ + 8e- + 16ATP -> 2NH3 + H2 + 16ADP + 16P_i}\\]\n\nPowstały \\(\\ce{NH3}\\) przechodzi do cytoplazmy komórek rośliny i jest asymilowany (reakcja z α-ketoglutaranem przez glutaminę, cykl GS/GOGAT) → **glutaminian → inne aminokwasy → L-kanawanina**.\n\n**Krok 4 - Wniosek przyczynowo-skutkowy**\n\nBez symbiozę z bakteriami → brak biologicznie związanego azotu → niedobór \\(\\ce{NH4+}\\)/glutaminianu → **niemożliwa synteza L-kanawaniny** (brak substratów azotowych do wbudowania 4 atomów N w cząsteczkę).\n\n## Sposób 2 - Analiza struktury: „policz atomy azotu w produkcie\"\n\nTo podejście czysto analityczne - bez znajomości całej biochemii, wystarczy przyjrzeć się wzorowi.\n\n**Struktura L-kanawaniny:**\n\nHOOC-CH(NH₂)-CH₂-CH₂-O-C(=NH)-NH₂\n\n| Pozycja | Atom N | Forma chemiczna |\n| α-aminowa | 1 N | \\(\\ce{-NH2}\\) |\n| guanidoksylowa (=NH) | 1 N | iminowa |\n| guanidoksylowa (-NH₂) | 1 N | aminowa |\n| *(porównaj argininę, identyczna liczba N)* | łącznie 3-4 N | - |\n\n**Wniosek:** Każda cząsteczka L-kanawaniny wymaga kilku atomów azotu. W środowisku ubogim w azot mineralny **jedynym wydajnym źródłem** jest biologiczne wiązanie \\(\\ce{N2}\\) przez bakterie symbiotyczne. Współżycie gwarantuje stały dopływ zredukowanego azotu do rośliny → możliwa masowa synteza L-kanawaniny (szczególnie w nasionach grochu, bobiku, orzeszków ziemnych).\n\n## Sposób 3 - Argument ewolucyjno-ekologiczny: „dlaczego bobowate, a nie trawy?\"\n\nMożna zadać pytanie odwrotne: **dlaczego to właśnie rośliny bobowate słyną z gromadzenia L-kanawaniny?**\n\n- Bobowate wykształciły ewolucyjnie **symbiozę z bakteriami** → stały, niezależny od gleby dopływ N\n- Nadmiar azotu mogą inwestować w **wtórne metabolity azotowe** (alkaloidy, niebiałkowe aminokwasy)\n- Rośliny bez brodawek (trawy, zboża) są „biedniejsze w azot\" → mniej zasobów na takie metabolity\n\nTo argument przez **analogię i kontrast**: symbioza → nadwyżka azotu → możliwość syntezy azotowych metabolitów wtórnych (L-kanawanina to właśnie taki metabolit - działa jako toksyna antyherbiwora i rezerwuar N w nasionach).\n\n## Schemat oceniania CKE\n\n> Zgodnie z oficjalnym kluczem CKE (zadanie 3.2, 0-1 pkt):\n> - **1 pkt** - za uzasadnienie uwzgledniajace przekazywanie roslinom bobowatym przez **symbiotyczne bakterie** zwiazkow azotu (amoniaku) dostarczajacych azotu potrzebnego do syntezy L-kanawaniny lub wchodzacego w jej sklad.\n> - **0 pkt** - za odpowiedz niespelniajaca wymagan za 1 pkt albo za brak odpowiedzi.\n>\n> **Nie uznaje sie:** odpowiedzi o wiazaniu azotu atmosferycznego do azotanow ani o przekazywaniu azotu atmosferycznego przez bakterie bezposrednio do korzeni.\n\n## Wzory z karty CKE - czego MASZ użyć\n\n> 📖 **Karta wzorów CKE str. 6-7 - Aminokwasy:**\n> Wzory strukturalne 20 standardowych aminokwasów z grupami funkcyjnymi. L-kanawanina nie jest na liście (niebiałkowy), ale **L-arginina jest** (str. 7) - jej struktura z grupą guanidynową to wzorzec porównawczy. Pokazuje, że aminokwasy zawierają **co najmniej jeden atom N** w grupie α-aminowej.\n>\n> 📖 **Karta wzorów CKE str. 4 - Hydroliza ATP:**\n> \\(\\ce{ATP + H2O -> ADP + P_i + H+}\\) - pomocniczo, bo reakcja nitrogenazy zużywa 16 ATP na 1 cząsteczkę \\(\\ce{N2}\\). To tłumaczy, dlaczego wiązanie azotu jest energetycznie kosztowne i wymaga stałego wsparcia metabolicznego.\n\nW tym zadaniu najważniejsza jest **znajomość budowy aminokwasów (zawierają N)** - karta potwierdza, że każdy aminokwas ma \\(\\ce{-NH2}\\).\n\n## Częste błędne odpowiedzi\n\n| Błędna odpowiedź | Dlaczego niewystarczająca |\n| „Bakterie wiążą azot atmosferyczny, który jest potrzebny roślinie\" | Brak powiązania z L-kanawaniną - nie wyjaśnia, po co roślinie ten azot w kontekście **tego konkretnego** związku |\n| „L-kanawanina to aminokwas, więc roślina potrzebuje azotu\" | Poprawna obserwacja, ale bez wyjaśnienia roli symbiozę - skąd konkretnie pochodzi ten azot |\n| „Bakterie użyźniają glebę azotem\" | Zbyt ogólnie i biochemicznie niedokładne - bakterie przekazują azot **bezpośrednio roślinie** przez brodawkę, a nie przez glebę (to inne bakterie: Azotobacter, nitryfikatory) |\n| „Bez bakterii roślina nie przeżyje\" | Zupełnie poza tematem - zadanie dotyczy konkretnego szlaku biosyntezy |\n\n## Typowe pułapki i uwagi\n\n> ⚠️ **Pułapka 1:** Mylenie bakterii brodawkowych (symbiotyczne *Rhizobium* w korzeniach bobowatych) z bakteriami nitryfikacyjnymi (*Nitrosomonas*, *Nitrobacter*) - te drugie żyją wolno w glebie i **nie tworzą symbiozę**.\n\n> ⚠️ **Pułapka 2:** Pisanie tylko o jednej stronie symbiozę - np. tylko „bakterie dostają cukry od rośliny\". Zadanie pyta o znaczenie **dla rośliny**, więc odpowiedź musi dotyczyć korzyści rośliny (azot).\n\n> ⚠️ **Pułapka 3:** Zapominanie, że **L-kanawanina ≠ białko** - to metabolit wtórny, ale nadal aminokwas i nadal wymaga azotu. Uczniowie często myślą, że tylko białka potrzebują azotu.\n\n> ⚠️ **Pułapka 4:** Pisanie „rośliny wiążą azot dzięki bakteriom\" - to nieprecyzyjne. **Roślina sama nie wiąże** - wiążą bakterie, a roślina tylko **korzysta z produktu** (NH₃ przekazywany przez brodawkę).","image":"img/biologia-2021-maj-matura-rozszerzona/zad-3.2.webp","solution_image":null,"topics":null,"page_from":5,"source":"ocr","answer_source":null,"answer_text_source":"ocr","solution_source":"maturazai","text_source":"ocr","source_label":"Biologia · Matura · maj 2021 (rozszerzona)","subject_label":"Biologia","category_label":"Matura","text_html":"

Zadanie 3.2. (0-1)
Uzasadnij, że współżycie korzeni roślin bobowatych z bakteriami wiążącymi azot
atmosferyczny ma znaczenie dla syntezy L-kanawaniny przez te rośliny.

","answer_text_html":"

3.2. (0-1)
Wymagania egzaminacyjne 2021
Wymagania ogólne
Wymaganie szczegółowe
V. Rozumowanie i argumentacja. Zdający
objaśnia i komentuje informacje […],
wyjaśnia zależności przyczynowo-skutkowe
[…].
I. Poznanie świata organizmów na różnych
poziomach organizacji życia. Zdający […]
przedstawia i wyjaśnia procesy i zjawiska
biologiczne […], przedstawia i wyjaśnia
zależności między organizmem
a środowiskiem […].
VII. Ekologia.

\n
  1. Zależności międzygatunkowe. Zdający:
  2. wykazuje rolę zależności
\n

mutualistycznych (fakultatywnych
i obligatoryjnych jedno- lub obustronnie)
w przyrodzie, posługując się uprzednio
poznanymi przykładami ([…] współżycie
korzeni roślin z bakteriami wiążącymi azot
[…]).
Zasady oceniania
1 pkt - za poprawne uzasadnienie, uwzględniające przekazywanie roślinom bobowatym przez
symbiotyczne bakterie związków azotu (amoniak) dostarczających azotu potrzebnego
do syntezy L-kanawaniny lub wchodzącego w skład L-kanawaniny.
0 pkt - za odpowiedź niespełniającą wymagań za 1 pkt albo za brak odpowiedzi.
Przykładowe rozwiązania
• Bakterie wiążące N2 przekształcają go w formy azotu dostępne dla roślin, dzięki czemu
rośliny mogą wykorzystać azot podczas syntezy kanawaniny.
• Do syntezy kanawaniny potrzebny jest azot, którego związki roślina otrzymuje
od symbiotycznych bakterii.
• Bakterie wiążą azot atmosferyczny, który jest nieprzyswajalny dla roślin, a następnie
przekazują roślinom bobowatym zasymilowany azot, który może zostać wykorzystany
do syntezy kanawaniny.
Uwagi:
Nie uznaje się odpowiedzi odnoszących się do wiązania azotu atmosferycznego
do azotanów.
Nie uznaje się odpowiedzi odnoszących się do przekazywania azotu atmosferycznego
przez bakterie bezpośrednio do korzeni roślin.

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

Poprawna odpowiedź

\n

L-kanawanina jest niebiałkowym aminokwasem zawierającym atomy azotu w swojej strukturze. Bakterie brodawkowe (Rhizobium i pokrewne) wiążą azot atmosferyczny \\(\\ce{N2}\\) do amoniaku \\(\\ce{NH3}\\), dostarczając roślinom przyswajalne związki azotowe - niezbędne do syntezy L-kanawaniny.

\n

Sposób 1 - Mechanizm biologiczny: ścieżka azotu od N₂ do L-kanawaniny

\n

Krok 1 - Identyfikacja substratu azotowego L-kanawaniny

\n

L-kanawanina to niebiałkowy analog L-argininy - różni się od argininy zastąpieniem jednej grupy \\(-\\text{CH}_2-\\) tlenem (\\(-\\text{O}-\\)) w łańcuchu bocznym. Posiada:

\n\n

Łącznie w cząsteczce L-kanawaniny są cztery atomy azotu - identycznie jak w argininie.

\n

Krok 2 - Skąd rośliny bobowate biorą azot?

\n

Rośliny pobierają azot nieorganiczny z gleby głównie jako \\(\\ce{NO3-}\\) lub \\(\\ce{NH4+}\\). Gleba uboga w azot mineralny nie zapewni dostatecznych ilości. Atmosfera to \\(≈78\\%\\) \\(\\ce{N2}\\), ale rośliny same nie potrafią wiązać \\(\\ce{N2}\\).

\n

Krok 3 - Rola bakterii brodawkowych

\n

Bakterie (Rhizobiales: Rhizobium, Bradyrhizobium, Mesorhizobium) bytujące w brodawkach korzeniowych zawierają kompleks enzymatyczny nitrogenazy, który katalizuje reakcję:

\n

\\[\\ce{N2 + 8H+ + 8e- + 16ATP -> 2NH3 + H2 + 16ADP + 16P_i}\\]

\n

Powstały \\(\\ce{NH3}\\) przechodzi do cytoplazmy komórek rośliny i jest asymilowany (reakcja z α-ketoglutaranem przez glutaminę, cykl GS/GOGAT) → glutaminian → inne aminokwasy → L-kanawanina.

\n

Krok 4 - Wniosek przyczynowo-skutkowy

\n

Bez symbiozę z bakteriami → brak biologicznie związanego azotu → niedobór \\(\\ce{NH4+}\\)/glutaminianu → niemożliwa synteza L-kanawaniny (brak substratów azotowych do wbudowania 4 atomów N w cząsteczkę).

\n

Sposób 2 - Analiza struktury: „policz atomy azotu w produkcie"

\n

To podejście czysto analityczne - bez znajomości całej biochemii, wystarczy przyjrzeć się wzorowi.

\n

Struktura L-kanawaniny:

\n

HOOC-CH(NH₂)-CH₂-CH₂-O-C(=NH)-NH₂

\n

| Pozycja | Atom N | Forma chemiczna |
| α-aminowa | 1 N | \\(\\ce{-NH2}\\) |
| guanidoksylowa (=NH) | 1 N | iminowa |
| guanidoksylowa (-NH₂) | 1 N | aminowa |
| (porównaj argininę, identyczna liczba N) | łącznie 3-4 N | - |

\n

Wniosek: Każda cząsteczka L-kanawaniny wymaga kilku atomów azotu. W środowisku ubogim w azot mineralny jedynym wydajnym źródłem jest biologiczne wiązanie \\(\\ce{N2}\\) przez bakterie symbiotyczne. Współżycie gwarantuje stały dopływ zredukowanego azotu do rośliny → możliwa masowa synteza L-kanawaniny (szczególnie w nasionach grochu, bobiku, orzeszków ziemnych).

\n

Sposób 3 - Argument ewolucyjno-ekologiczny: „dlaczego bobowate, a nie trawy?"

\n

Można zadać pytanie odwrotne: dlaczego to właśnie rośliny bobowate słyną z gromadzenia L-kanawaniny?

\n\n

To argument przez analogię i kontrast: symbioza → nadwyżka azotu → możliwość syntezy azotowych metabolitów wtórnych (L-kanawanina to właśnie taki metabolit - działa jako toksyna antyherbiwora i rezerwuar N w nasionach).

\n

Schemat oceniania CKE

\n
Zgodnie z oficjalnym kluczem CKE (zadanie 3.2, 0-1 pkt):
- 1 pkt - za uzasadnienie uwzgledniajace przekazywanie roslinom bobowatym przez symbiotyczne bakterie zwiazkow azotu (amoniaku) dostarczajacych azotu potrzebnego do syntezy L-kanawaniny lub wchodzacego w jej sklad.
- 0 pkt - za odpowiedz niespelniajaca wymagan za 1 pkt albo za brak odpowiedzi.

Nie uznaje sie: odpowiedzi o wiazaniu azotu atmosferycznego do azotanow ani o przekazywaniu azotu atmosferycznego przez bakterie bezposrednio do korzeni.
\n

Wzory z karty CKE - czego MASZ użyć

\n
📖 Karta wzorów CKE str. 6-7 - Aminokwasy:
Wzory strukturalne 20 standardowych aminokwasów z grupami funkcyjnymi. L-kanawanina nie jest na liście (niebiałkowy), ale L-arginina jest (str. 7) - jej struktura z grupą guanidynową to wzorzec porównawczy. Pokazuje, że aminokwasy zawierają co najmniej jeden atom N w grupie α-aminowej.

📖 Karta wzorów CKE str. 4 - Hydroliza ATP:
\\(\\ce{ATP + H2O -> ADP + P_i + H+}\\) - pomocniczo, bo reakcja nitrogenazy zużywa 16 ATP na 1 cząsteczkę \\(\\ce{N2}\\). To tłumaczy, dlaczego wiązanie azotu jest energetycznie kosztowne i wymaga stałego wsparcia metabolicznego.
\n

W tym zadaniu najważniejsza jest znajomość budowy aminokwasów (zawierają N) - karta potwierdza, że każdy aminokwas ma \\(\\ce{-NH2}\\).

\n

Częste błędne odpowiedzi

\n

| Błędna odpowiedź | Dlaczego niewystarczająca |
| „Bakterie wiążą azot atmosferyczny, który jest potrzebny roślinie" | Brak powiązania z L-kanawaniną - nie wyjaśnia, po co roślinie ten azot w kontekście tego konkretnego związku |
| „L-kanawanina to aminokwas, więc roślina potrzebuje azotu" | Poprawna obserwacja, ale bez wyjaśnienia roli symbiozę - skąd konkretnie pochodzi ten azot |
| „Bakterie użyźniają glebę azotem" | Zbyt ogólnie i biochemicznie niedokładne - bakterie przekazują azot bezpośrednio roślinie przez brodawkę, a nie przez glebę (to inne bakterie: Azotobacter, nitryfikatory) |
| „Bez bakterii roślina nie przeżyje" | Zupełnie poza tematem - zadanie dotyczy konkretnego szlaku biosyntezy |

\n

Typowe pułapki i uwagi

\n
⚠️ Pułapka 1: Mylenie bakterii brodawkowych (symbiotyczne Rhizobium w korzeniach bobowatych) z bakteriami nitryfikacyjnymi (Nitrosomonas, Nitrobacter) - te drugie żyją wolno w glebie i nie tworzą symbiozę.
\n
⚠️ Pułapka 2: Pisanie tylko o jednej stronie symbiozę - np. tylko „bakterie dostają cukry od rośliny". Zadanie pyta o znaczenie dla rośliny, więc odpowiedź musi dotyczyć korzyści rośliny (azot).
\n
⚠️ Pułapka 3: Zapominanie, że L-kanawanina ≠ białko - to metabolit wtórny, ale nadal aminokwas i nadal wymaga azotu. Uczniowie często myślą, że tylko białka potrzebują azotu.
\n
⚠️ Pułapka 4: Pisanie „rośliny wiążą azot dzięki bakteriom" - to nieprecyzyjne. Roślina sama nie wiąże - wiążą bakterie, a roślina tylko korzysta z produktu (NH₃ przekazywany przez brodawkę).
"}]}