ΛΥΚΕΙΟ ΠΑΡΑΛΙΜΝΙΟΥ ΦΥΛΛΟ ΕΡΓΑΣΙΑΣ ΣΤΗ ΒΙΟΛΟΓΙΑ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ ΕΝΟΤΗΤΑ: ΒΙΟΛΟΓΙΚΕΣ ΜΕΜΒΡΑΝΕΣ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ: ΠΑΤΗΡ ΑΝΑΣΤΑΣΙΟΣ ΙΣΑΑΚ ΖΗΤΗΜΑ Α Το σχεδιάγραμμα δείχνει τμήμα κυτταρικής μεμβράνης. (α) Να ονομάσετε τα μόρια Α και Β. Α: φωσφορολιπίδια, Β: διαμεμβρανικές πρωτεΐνες β) Να γράψετε δύο λειτουργίες της κυτταρικής μεμβράνης που έχουν σχέση με τα μόρια Β. Εκλεκτική διαπερατότητα (π.χ πρωτεϊνικά κανάλια) Αναγνώριση και υποδοχή μηνυμάτων (γλυκοπρωτεΐνες) (γ) Γιατί η κυτταρική μεμβράνη χαρακτηρίζεται ως «ρευστό μωσαϊκό»; Η συμπεριφορά της κυτταρική μεμβράνης, με τη συνεχή κίνηση των συστατικών της, θυμίζει την κίνηση, που μπορούν να κάνουν οι ψηφίδες (πρωτείνες, γλυκολιπίδια κλπ) σ ένα μωσαϊκό, όσο η θεμέλια ουσία (φωσφορολιπίδια) βρίσκεται σε υγρή φάση. (δ) Ποια μόρια που έχουν σχέση με τη ρευστότητα απουσιάζουν από τη μεμβράνη και ποιος ακριβώς είναι ο ρόλος τους; Τα μόρια χοληστερόλης. Στην αύξηση της θερμοκρασίας εμποδίζουν την απομάκρυνση των φωσφορολιπιδίων και «λιώσιμο» της και στη μείωση της θερμοκρασίας εμποδίζουν τη συσσωμάτωση των φωσφορολιπιδίων και τη «στερεοποίηση» της. ΖΗΤΗΜΑ Β (α) Να εξηγήσετε γιατί αν τοποθετήσουμε ζωικά και φυτικά κύτταρα σε αποσταγμένο νερό, στα ζωικά παρουσιάζεται λύση ενώ στα φυτικά όχι. Τόσο τα ζωικά όσο και τα φυτικά έχουν υπέρτονο κυτταρόπλασμα σε σχέση με το υπότονο περιβάλλον και προσλαμβάνουν νερό λόγω ώσμωσης. Τα φυτικά έχουν το κυτταρικό τοίχωμα το οποίο αντισταθμίζει τις πιέσεις που δέχεται η κυτταρική μεμβράνη και παθαίνουν σπαργή ενώ τα ζωικά που δεν έχουν το κυτταρικό τοίχωμα παθαίνουν λύση. (β) Γιατί τα κύτταρα των αλόφυτων, δηλαδή φυτών που ζουν σε αλμυρό νερό, περιέχουν μεγάλες ποσότητες χλωριούχου νατρίου (NaCl). Οι μεγάλες ποσότητες NACl δημιουργούν υπέρτονο κυτταρόπλασμα («πιο υπέρτονο») σε σχέση με το αλμυρό νερό το οποίο εμφανίζεται ως υπότονο και έτσι τα κύτταρα τους προσλαμβάνουν νερό λόγω ώσμωσης. ή όταν προσθέτουμε άλατα σε ένα διάλυμα (π.χ στο κυτταρόπλασμα των αλοφυτικών κυττάρων) η ωσμωτική του πίεση γίνεται πιο αρνητική (χαμηλή Ω.Π) σε σχέση με τη λιγότερο αρνητική (ΨΗΛΗ Ω.Π) ωσμωτική πίεση του αλμυρού νερού και έτσι προσλαμβάνουν νερό λόγω ώσμωσης. 1
Το νερό κινείται από το δ/μα με τη ψηλή Ω.Π (υπότονο). στο δ/μα με τη χαμηλή Ω.Π (υπέρτονο) (ΥΠΟΨΗ: Το απεσταγμένο νερό σε Κ.Σ έχει ωσμωτική πίεση = 0) (γ) Να εξηγήσετε τι θα πάθει μια μέδουσα (θαλάσσιος ζωικός οργανισμός), αν μεταφερθεί σε μια λίμνη με γλυκό νερό. Τα κύτταρα της μέδουσας θα καταστούν υπέρτονα σε σχέση με το νερό της λίμνης, θα προσλάβουν νερό λόγω ώσμωσης και θα πάθουν λύση (ωσμωτική ρήξη) με αποτέλεσμα το θάνατο της μέδουσας. (δ) Σε ποιους οργανισμούς εμφανίζεται το συσταλτό (σφυγμώδες κενοτόπιο) και ποια η χρησιμότητά του; Στα πρωτόζωα (μονοκύτταροι οργανισμοί) του γλυκού νερού, π.χ παραμήκιο, αμοιβάδα. Όταν το πρωτόζωο βρεθεί σε υπότονο περιβάλλον, τα κενοτόπια μαζεύουν (παθητικά) το νερό που εισέρχεται στο κυτταρόπλασμα λόγω ώσμωσης και το αντλούν έξω (ενεργητικά) για να αποφεύγεται η ωσμωτική ρήξη ΖΗΤΗΜΑ Γ 1. -Παθητικά μεταφέρθηκε η ουσία Β, επειδή με βάση τις συγκεντρώσεις μεταφέρθηκε ουσία από τις ψηλές συγκεντρώσεις στις χαμηλές εντός του κυττάρου και στο τέλος οι τελικές συγκεντρώσεις εξισορροπήθηκαν. -Ενεργητικά μεταφέρθηκε η Α επειδή στην αρχή υπήρχε ισορροπία συγκεντρώσεων η οποία διαταράσσεται και με το τέλος της μεταφοράς παρατηρείται ανισορροπία. -Επίσης ενεργητικά μετακινήθηκε και η ουσία Γ επειδή μεταφέρεται αντίθετα από την κλίση της συγκέντρωσης της εκτός κυττάρου. 2. Το οξυγόνο είναι απαραίτητο για την αερόβια αναπνοή και την παραγωγή ενέργειας υπό μορφή ΑΤΡ. Αν δεν υπάρχει ενέργεια επηρεάζεται, επιβραδύνεται και σταματά η ενεργητική μεταφορά. Άρα θα επηρεαστεί η μεταφορά των Α και Γ. 3. Κυτταρική αναπνοή (παθητική μεταφορά O2 και CO2). Ενδοκυττάρωση (πρόσληψη μακρομορίων με κατανάλωση ενέργειας) 4. Το κύτταρο δημιουργεί ψευδοπόδια ή εγκολπώσεις ενσωματώνοντας μέρος του περιβάλλοντρος σε ένα τροφικό κυστίδιο (φαγόσωμα) το οποίο που κινείται προς ένα λυσόσωμα. Ακολουθεί συγχώνευση λυσοσώματος και φαγοσώματος με δημιουργία πεπτικού κενοτοπίου. Στο πεπτικό κενοτόπιο γίνεται πέψη. Ακολουθεί ένωση του κενοτοπίου με την κυτταρική μεμβράνη και αποβολή των προϊόντων της πέψης ή της ουσίας προς έκκριση (π.χ ορμόνης) από το κύτταρο. 2
ΖΗΤΗΜΑ Δ 1. Από το κύτταρο εξάγεται η γλυκόζη επειδή είναι μονοσακχαρίτης και μετακινείται με διάχυση από τις ψηλές στις χαμηλές συγκεντρώσεις με σκοπό την εξισορρόπηση. 2. Στο κύτταρο εισάγεται η φρουκτόζη επειδή είναι μονοσακχαρίτης και μετακινείται με διάχυση από τις ψηλές στις χαμηλές συγκεντρώσεις (δεν υπάρχει μέσα στο κύτταρο) με σκοπό την εξισορρόπηση 3. Επειδή η σακχαρόζη είναι δισακχαρίτης δεν μπορεί να μετακινηθεί μέσω της μεμβράνης και έτσι η διαφορά στις συγκεντρώσεις της θα δημιουργήσει ωσμωτικά φαινόμενα. Το κυτταρόπλασμα είναι υπέρτονο και το περιβάλλον υπότονο, άρα θα μετακινηθεί ΝΕΡΟ μέσα στο κύτταρο και αυτό θα φουσκώσει. Εισαγωγικές 2011 5. Το ακόλουθο κείμενο αναφέρεται στην κυτταρική μεμβράνη ενός κυττάρου. Να γράψετε την κατάλληλη λέξη ή λέξεις στα κενά (I, II) ώστε να συμπληρωθεί το κείμενο (συμβουλευτείτε και το σχήμα). α. Βασικές λειτουργίες της κυτταρικής μεμβράνης είναι η εκλεκτική διαπερατότητα, η αναγνώριση και υποδοχή μηνυμάτων και η πρόσληψη και αποβολή ουσιών από το κύτταρο. Σύμφωνα με το μοντέλο του ρευστού μωσαϊκού, η χημική σύσταση της κυτταρικής μεμβράνης αποτελείται από μόρια I φωσφορολιπιδίων τα οποία σχηματίζουν μια διπλή στιβάδα μέσα στην οποία βρίσκονται γλυκολιπίδια, χοληστερόλη, πρωτεΐνες και γλυκοπρωτεΐνες. Όταν μόρια, όπως το οξυγόνο, διαπερνούν την κυτταρική μεμβράνη από περιοχές μεγάλης συγκέντρωσης σε περιοχές μικρής συγκέντρωσης, με στόχο την εξισορρόπηση των συγκεντρώσεων, το φαινόμενο αυτό ονομάζεται II διάχυση. (μονάδες 2) β. Να ονομάσετε ένα μηχανισμό με τον οποίο γίνεται η απορρόφηση των αμινοξέων από τα επιθηλιακά κύτταρα του λεπτού εντέρου, μέσω της εκλεκτικά διαπερατής κυτταρικής μεμβράνης τους. (μονάδα 1) Ενεργητική μεταφορά ή υποβοηθούμενη διάχυση 3
γ. Να συγκρίνετε το μηχανισμό της παθητικής μεταφοράς με το μηχανισμό της ενεργητικής μεταφοράς και να αναφέρετε δύο βασικές διαφορές μεταξύ τους. (μονάδες 2) ΠΑΘΗΤΙΚΗ ΜΕΤΑΦΟΡΑ ΕΝΕΡΓΗΤΙΚΗ ΜΕΤΑΦΟΡΑ Χωρίς κατανάλωση ενέργειας Μεταφορά από ψηλές σε χαμηλές συγκεντρώσεις Ασκήσεις από τις Ολυμπιάδες Με κατανάλωση ενέργειας Μεταφορά από χαμηλές σε ψηλές συγκεντρώσεις 1. Ένα φυτικό κύτταρο τοποθετήθηκε σε διάλυμα ουσίας Α (συγκέντρωση[α]=200 mmol/l). Ο ρυθμός πρόσληψης της ουσίας Α από το κύτταρο ήταν 5 mmol το λεπτό. Όταν το κύτταρο τοποθετήθηκε σε διάλυμα ουσίας Α ( συγκέντρωση[α] = 400 mmol/l ο ρυθμός πρόσληψης της ουσίας Α από το κύτταρο ήταν 10 mmol το λεπτό. Όταν το ίδιο πείραμα επαναλήφθηκε με μια άλλη ουσία, ουσία Β, ο ρυθμός πρόσληψης της ουσίας Β από το κύτταρο ήταν 10 mmol το λεπτό και στις δύο συγκεντρώσεις. Ποιο από τα πιο κάτω ισχύει έτσι ώστε να δίνει την καλύτερη εξήγηση σε αυτά τα αποτελέσματα; A. Η ουσία A φαίνεται να προσλαμβάνεται από το κύτταρο με ενεργητική μεταφορά, ενώ η ουσία Β με διάχυση. B. Οι ουσίες A και B φαίνονται να προσλαμβάνονται από το κύτταρο με παθητική μεταφορά. Γ. Οι ουσίες A και B φαίνονται να προσλαμβάνονται από το κύτταρο με ενεργητική μεταφορά. Δ. Η ουσία A φαίνεται να προσλαμβάνεται από το κύτταρο με διάχυση, ενώ η ουσία Β με ενεργητική μεταφορά. E. Η ουσία A φαίνεται να προσλαμβάνεται από το κύτταρο με ενεργητική μεταφορά, ενώ η ουσία Β με πινοκυττάρωση. 2. Η αντλία νατρίου/καλίου (Na+/K+) είναι ένα σημαντικό συστατικό όλων των ζωικών κυττάρων. Σε κάθε κύκλο λειτουργίας της η αντλία μεταφέρει 3 ιόντα Να έξω από το κύτταρο και 2 ιόντα Κ μέσα στο κύτταρο. Αν η αντλία στην απεικόνιση κύτταρου που βλέπετε είναι υπερενεργή ποιο/ποια από τα πιο κάτω ισχύει/ισχύουν; I. πιο πολύ Na+ μεταφέρεται έξω από το κύτταρο παρά K+. II. Η ενδοκυτταρική συγκέντρωση K+ θα αυξηθεί. III. Η ενδοκυτταρική μεριά της κυτταρικής μεμβράνης θα γίνει λιγότερο θετική. A. I μόνο B. II μόνο Γ. I & II μόνο Δ. II & III μόνο E. I, II & III. 4
3. Ώσμωση είναι: Α. η κίνηση νερού από αραιό σε πυκνό διάλυμα διαμέσου εκλεκτικά διαπερατής μεμβράνης Β. η κίνηση αραιού διαλύματος σε πυκνό διάλυμα διαμέσου εκλεκτικά διαπερατής μεμβράνης Γ. η κίνηση αραιού σε πυκνό διάλυμα Δ. η κίνηση νερού από αραιό σε πυκνό διάλυμα Ε. όλα τα πιο πάνω 4. Το νερό χωρίς καθόλου άλατα / ιόντα σε τυποποιημένη θερμοκρασία και πίεση καθορίζεται να έχει ωσμωτική πίεση=0. Αν προσθέσουμε διαλύτες/ ιόντα στο νερό, αυτό μειώνει την ωσμωτική πίεση (την καθιστά πιό αρνητική). Εάν είναι δυνατόν, το νερό θα κινηθεί από μια περιοχή μεγαλύτερης ωσμωτικής πίεσης προς μια περιοχή χαμηλότερης. Η ωσμωτική πίεση τριών παρακείμενων φυτικών κυττάρων μετρήθηκε ως εξής: Κύτταρο Α (- 300kPa) Κύτταρο Β (- 400kPa) Κύτταρο C (- 500kPa). Ποια από τις ακόλουθες δηλώσεις είναι ΟΡΘΗ; A. Το νερό θα μετακινηθεί από μικρότερη σε μεγαλύτερη ωσμωτική πίεση από το κύτταρο A στο κύτταρο B στο κύτταρο C. B. Το νερό θα μετακινηθεί από μεγαλύτερη σε μικρότερη ωσμωτική πίεση το κύτταρο A στο κύτταρο B στο κύτταρο C Γ. Το κύτταρο C θα πάθει ρήξη. Δ. Το κύτταρο C θα πάθει πλασμόλυση. E. Το κύτταρο B δέχεται νερό και από τα δύο παρακείμενα κύτταρα. 5. Ένα πρωτόζωο του γλυκού νερού τοποθετείται σε υδατικό διάλυμα Α και παρατηρείται ότι αυτό δημιουργεί συσταλτικά κενοτόπια με ρυθμό 11 ανά λεπτό. Το ίδιο πρωτόζωο τοποθετείται σε υδατικό διάλυμα Β και ο ρυθμός δημιουργίας συσταλτικών κενοτοπίων μειώνεται σε 4 ανά λεπτό. Έχοντας υπ όψη τα πιο πάνω, ποια πρόταση από τις πιο κάτω είναι ορθή; Α. Το διάλυμα Α είναι υπερτονικό σε σχέση με το Β Β. Το διάλυμα Α είναι ισοτονικό σε σχέση με το Β Γ. Το διάλυμα Α είναι υποτονικό σε σχέση με το Β Δ. Τα διαλύματα Α και Β είναι ισοτονικά ως προς τα πρωτόζωα Ε. Τα διαλύματα Α και Β είναι υπερτονικά σε σχέση με το κύτταρο του πρωτόζωου. 6. Τα μόρια της χοληστερόλης συμβάλλουν άμεσα: Α. Στην εκλεκτική διαπερατότητα της κυτταρικής μεμβράνης Β. Στην αναγνώριση και υποδοχή μηνυμάτων από το περιβάλλον του κυττάρου Γ. Στην πρόσληψη και αποβολή ουσιών από το κύτταρο Δ. Στη διατήρηση της ρευστότητας της κυτταρικής μεμβράνης Ε. Στην ενεργητική μεταφορά ουσιών διαμέσου της κυτταρικής μεμβράνης 7. Οι κύριοι τύποι μεταφοράς ουσιών μέσω της πλασματικής μεμβράνης είναι: Α. Η διάχυση, η ενεργητική μεταφορά και η ενδοκυττάρωση Β. Η παθητική μεταφορά, η ενεργητική μεταφορά, η ενδοκυττάρωση και η εξωκυττάρωση Γ. Η ώσμωση, η ενεργητική μεταφορά, η ενδοκυττάρωση και η εξωκυττάρωση Δ. Η παθητική και η ενεργητική μεταφορά Ε. Η ώσμωση και η ενεργητική μεταφορά 5
8. Ποιος από τους πιο κάτω παράγοντες αυξάνει τη ρευστότητα της μεμβράνης; Α. Μεγαλύτερο ποσοστό ακόρεστων λιπών Β. Μεγαλύτερο ποσοστό κορεσμένων λιπών Γ. Αυξημένος αριθμός πρωτεϊνικών αντλιών Δ. Σχετικά αυξημένη παρουσία πρωτεϊνών στη μεμβράνη Ε. Αυξημένη παρουσία των γλυκοπρωτεϊνών σε σχέση με τα λίπη. 9. ΟΙ ερευνητές σε ένα βιοχημικό εργαστήριο απομόνωσαν τελευταία μία νέα διαμεμβρανική πρωτείνη. Οι επιστήμονες πιστεύουν ότι η πρωτεΐνη αυτή είναι σημαντική στην επικοινωνία των κυττάρων και παρατήρησαν ότι διαθέτει έναν υποδοχέα. Η δομή της πρωτεΐνης φαίνεται πιο κάτω. Ποιος από τους πιο κάτω είναι ο πιο πιθανός προσανατολισμός της πρωτεΐνης στην κυτταρική μεμβράνη; Β 10. Σύμφωνα με το ρευστό μωσαϊκό μοντέλο της δομής της κυτταρικής μεμβράνης, οι πρωτεΐνες της μεμβράνης Α. είναι όλες αντλίες Β. βρίσκονται μόνο στο υδροφοβικό μέρος της μεμβράνης Γ. είναι διάσπαρτες στη διπλοστιβάδα των φωσφορολιπιδίων Δ. έχουν σταθερή διάταξη στη μεμβράνη Ε. μπορούν να αποχωρούν από τη μεμβράνη και να διαλύονται στο περιβάλλον υγρό. 11. Σε ισότονο περιβάλλον βρίσκονται Α. τα ερυθροκύτταρα Α και Β Β. τα ερυθροκύτταρα Α και Γ Γ. τα ερυθροκύτταρα Γ και Β Δ. το ερυθροκύτταρο Β Ε. το ερυθροκύτταρο Α. 6