Biologia - zestawy do egzaminu
Zestaw I
1. Co to jest ekosystem i co jest potrzebne do jego prawidłowego działania ?
Ekosystem – jest to biocenoza (naturalny zespół organizmów złożony z populacji wszystkich gatunków zasiedlających ten sam teren wchodzących ze sobą we wzajemne zależności) wraz z nieożywionym środowiskiem. Prawidłowe funkcjonowanie ekosystemu cechuje równowaga pomiędzy czynnikami abiotycznymi i biotycznymi. Czynniki abiotyczne (składniki chemiczne i fizyczne wody) a biotyczne to producenci, konsumenci, destruenci. Prawidłowe funkcjonowanie zbiornika wodnego powoduje tlen.
2. Przyczyny złego funkcjonowania ekosystemu (co wpływa na jego zachwianie)
Na zachwianie równowagi w funkcjonowaniu ekosystemu mają wpływ ścieki organiczne, obumarłe ciała roślin i zwierząt, wody spływające z terenów rolniczych. Ścieki organiczne i wody spływające zawierają poza związkami organicznymi także pestycydy. Ścieki organiczne zawierające CO2, siarczany, azotany w dużych stężeniach mogą powodować zakwit wody.
3. Co to jest biosfera ?
Tworzą ją wszystkie biocenozy naszego globu ziemskiego, organizmy uzależnione są od nieożywionego środowiska to jest atmosfery, hydrosfery, litosfery.
4. Funkcja poszczególnych składników w komórce bakterii .
Osłony komórkowe- zewnętrzna ściana komórkowa, na powierzchni niekiedy występuje otoczka śluzowa, a pod ścianą błona cytoplazmatyczna.
1. Ściana komórkowa – umożliwia transport gazów oraz przenikanie związków wielocząsteczkowych, nie bierze udziału w procesach fizjologicznych komórki.
2. Otoczka śluzowa – chroni komórkę przed utratą wody oraz przed szkodliwym wpływem czynników zewnętrznych.
Struktury wewnętrzne :
1. Błona cytoplazmatyczna – jest organem pobierania pokarmu, transportuje substancje odżywcze i gazy.
2. Cytoplazma – zawiera związki organiczne, sole, witaminy i koenzymy.
3. Nukleoid – 1 lub 2, spełnia podstawowe funkcje jądra.
4. Organelle cytoplazmatyczne :
- rybosomy – RNA + białko, centra syntezy białek,
- mezosomy – twory błoniaste, centra energetyczne
5. Rola kwasów nukleinowych i ich podział.
Kwasy nukleinowe: DNA – informacja genetyczna , RNA – synteza białek.
Kwasy nukleinowe zbudowane są z łańcuchów nukleotydowych. Nukleotydy składają się z : zasady organicznej, cukru pięciowęglowego(pentozy), reszty fosforanowej. Wyróżnia się dwa typy kwasów dezoksyrybonukleinowy (DNA) i rybonukleinowy (RNA). Cukier pięciowęglowy to dla DNA dezoksyryboza a dla RNA ryboza.
6. Podział mikroorganizmów ze względu na temperaturę.
Wyróżnia się :
- psychofilne – zimolubne, optimum wzrostu <200C, a niektóre <100C.Temp max to 25-300C. Niektóre rosną nawet poniżej 00C. Te bakterie są istotnym wskaźnikiem zanieczyszczeń wody. Ich duża ilość świadczy o dużym zanieczyszczeniu w wodzie np. pitnej,
- mezofilne – tolerują wahania, optimum wzrostu 20-400C. Temperatura max to 40-450C, zanik wzrostu poniżej 100C. Dużo tych bakterii znajduje się w wodach powierzchniowych. Oznaczając je można stwierdzić obecność bakterii chorobotwórczych (dla pasożytów optimum wzrostu 370C), służą do oceny jakości środowiska,
- termofilne – optimum wzrostu 45-600C. Znoszą temp dochodzące do 800C, a niektóre nawet do 960C. Bakterie te są ważnym wskaźnikiem wpływów termicznych na wody powierzchniowe.
7. Najważniejsze przemiany glikolizy.
1. Aktywacja glukozy za pomocą ATP i druga fosforylacja tworzy się fruktozo 1,6 dwufosforan.
2. Rozpad fruktozo 1,6 dwufosforanu na dwie cząsteczki trójwęglowe
3. Odwodorowanie-przeniesienie elektronów (i wodoru) na NAD (koenzym uczestniczący w przenoszeniu elektronów i wodoru w łańcuchu oddechowym)
4. Fosforylacja, odwodnienie i izomeracja-powstaje kwas pirogronowy.
Dalsze etapy przebiegają odmiennie w oddychaniu tlenowym i podczas fermentacji. NAD- koenzym uczestniczący w procesie przenoszenia elektronów i wodorów w procesie oddychania.
8. Metabolizm czyli przemiana materii możliwa jest jedynie, gdy substrat może przeniknąć do komórki : na metabolizm składają się : anabolizm (prowadzi w efekcie do namaożenia biomasy, proces syntezy i wzrostu) i katabolizm (prowadzi do oddychania , proces uzyskiwania energii z utleniania związków.
9. Rozkład tłuszczów : jakie reakcje powstają pod wpływem enzymu z klasy hydrolaz i co się z nimi dzieje?
Tłuszcz to najlepsze źródło energii. 1 cząsteczka kwasu palmitynowego (16 węgli) wytwarza 131 cząsteczek ATP. Pierwsza faza rozkładu to hydroliza – rozpad dużych cząsteczek na małe, w wyniku czego powstaje glicerol i kwasy tłuszczowe (zawierające długie wiązania węglowe). W drugim etapie kwasy tłuszczowe podlegają procesowi -oksydacji- proces ten polega na odszczepianiu kolejno dwuwęglowych cząsteczek i łańcuch staje się coraz krótszy. Dwuwęglowe cząsteczki Acetylo Co A włączają się w cykl Krebsa.
10. Rozkład białek : poszczególne etapy.
Pierwszym etapem rozkładu białek jest proces hydrolizy(rozpad większych cząsteczek na mniejsze). Poprzez peptydy proces ten kończy się na aminokwasach. Dalsze etapy to :
- dezaminacja – odłączenie NH2 w wyniku czego powstają NH3 ketokwas (dezaminacja zachodzi we wszystkich komórkach przy udziale enzymu dehydrogenazy glutaminowej)
- transaminacja – przeniesienie grupy NH2 z jednego związku na drugi – synteza aminokwasów,
- dekarboksylacja – odłączanie się CO2 od aminokwasów i powstają aminy.
11. Żródła węgla i energii wykorzystywanej u mikroorganizmów cudzożywnych (heterotrofów) w odżywianiu .
węgiel – substancje org. , energia – subst. org.
12. Równanie reakcji enzymatycznej i rola enzymów : E+S _____ES -----E+P (przy ___są k1 i k2, przy ---- k3 ), gdzie k1 k2 k3 to prędkości reakcji ( P- produkt) .Przy udziale enzymów zachodzą procesy chem.; przyspieszają reakcje. 10 okstdoreduktazy – przenoszą elektrony i wodory z substratu na jakiś akceptor; 20 transferazy – przenoszą z jednego związku na drugi określoną grupę chem. 30 hydrolazy – rozkładają substrat na drobne hydrolizy (tu należą enzymy rozszczepiające białka – proteazy, celulozę – celuloza, sacharozę – inwertaza ) 40 lazy – odszczepiają pewne grupy , lecz bez udziału hydrolizy 50 izomerazy – przebudowują strukturę cząsteczki bez jej rozkładu 60 ligazy – katalizują łączenie się dwóch cząsteczek . Enzymy działają tylko na określony substrat sobie właściwy, katalizują tylko określoną reakcję.
13. Co to jest energia aktywacji i jaki ma wpływ na reakcje biokatalityczne ? Energia aktywacji to najmniejsza ilość energii , jaką dostarczyć należy jednemu molowi substratu, aby każda z cząsteczek była reaktywna. Istnieją dwa progi energii: wyższy- dla reakcji niekatalizowanych i niższa – dla reakcji enzymatycznych. Wszystkie procesy biochemiczne zachodzą przy udzale enzymów ( przyspieszają tylko takie reakcje, w których wyzwala się energia,a produkty końcowe zawierają mniej energii niż wyjściowe . Mechanizm działania enzymów polega na zmniejszeniu energii aktywacji reagujących cząstek.
14. W której fazie wzrostu jest największy przyrost biomasy:
równowagi *stała liczba komórek(najwięcej biomasy)- jest największy przyrost biomasy
logarytmiczna * intensywne rozmnażanie , największe rozmiary komórek, * intensywne podziały z największą prędkością, * liczba komórek wzrasta w postępie geometrycznym, *synteza składników komórkowych z stałą szybkością, * wyczerpanie substancji
15. Faza przygotowawcza: [przystosowawcza, adaptacyjna ]
*-nie wzrasta liczba komórek; *-zachodzi intensywny metabolizm(pobór O2, wydzielanie CO2); *RNA zwieksza się 12- krotnie z czym wiąże się wzrost białka komurkowego; *nastepuje powiekszenie komórek; *- modyfikacja aparatu enzymatycznego
Czas trwania zależy od składu podłoża, wieku zaszczepienia, cech gatunkowych, temperatury inlubacji
16. Schemat łańcucha oddechowego :
17-18.Rodzaje oddychania (katabolizmu) ; co jest pobierane i oddawane : oddychanie tlenowe – w procesach biologicznego utleniania odrywane są 2 elektrony : substrat --- substrat utleniony + 2e (nad --- jest - 2e, pod ---dehydrogenaza) . Utlenianie związków org. Towarzyszy zwykle jednocześnie odłączenie od nich dwóch protonów (jąder wodoru H+) czyli tzw. Odwodorowanie. Każda reakcja utleniania jest tylko częścią reakcji oksydoredukcyjnej. Utlenieniu jednego związku towarzyszy zredukowanie drugiego. Elektrony i protony oderwane od pierwszego związku przyłączone są do drugiego : AH2+B ----A+BH2 ( pod --- enzym) ; AH2 to dawca wodorów, a B to ich biorca. Zdolność do pobierania i oddawania elektronów jest określany przy pomocy potencjału oksydoredukcyjnego Ek. Związki ułożyć w szereg wg ich zdolości do pobierania lub oddawania elektronów. Ten, który utlenia się spełnia rolę dawcy elektronów, a ten który redukuje się – biorcy
Enzymy katalizyjące utlenianie substratu podczas oddychania to dehydrogenazy , odłączają one po 2 el. I po 2 protony. Są to wysoce enzymy wysoce specyficzne i odwodorowują tylko określony substrat. Elokktrony są przenoszone za pośrednictwem przenośników na tlen, który w ten sposób ulegają aktywacji, a protony są w jednym z etapów tego procesu wydzielane do środowiska , skąd ulegają ponownie wychwyceniu przez zaktywoway tlen i tworzy się woda.. Przeniesienie protonów i el. Na tlen jest przemianą wysoce egzoergiczną. Proces ten nie zachodziwięc bezpośrednio, lecz z udziałem koenzymów NAD i FAD oraz układu cytochromowego, stanowią one tzw. Łańcuch oddechowy. Każdemu etapowi towarzyszy wyzwolenie energii którą organizmy wykorzystują na procesy syntezy komórkowej. Część wyzwala się w postaci ciepła. Znaczna część energii wiązana jest w postaci ATP i może być wykorzystana w przemianach. Oddychanie beztlenowe – wiele mikroorganizmów żyje w środowiskach pozbawionych tlenu. Bakterie te podobnie jak tlenowce, zyżywają energię pochodzącą z procesów oddechowych , lecz wykorzystują inne substancje jako ostateczne akceptory (biorcy) elektronów i wodoru. U bakterii i niektórych grzybów(np.drożdże) rolę tę spełniają zw. Org. Tego typu oddychanie beztlenowe to fermentacja. W procesie tym brak jest licznych etapów pośrednich przenoszenia elektronów,NAD przenosi el. I wodory od związku utlenionego na związek org., odgrywający rolę ostatecznego biorcy wodoru. W procesie tym wyzwala się tylko mała część energii uwalnianej podczas oddychania tlenowego. Przy tlenowym utlenianiu np. cząsteczki glukozy uwalnia się energia magazynowana w ok. 38 cząst. ATP, a podczas fermentacji tylko 2. Fermentacja to proces znacznie mniej wydajny od oddychania . Jest to proces, w którym wykorzystuje się organiczne akceptory elektronów. Drugi rodzaj oddychania beztlenowego polega na wykorzystaniu przez mikroorganizmy związków mineralnych ytlenionych jako akceptorów elektronów. To proces kilkuetapowy, wyzwala się znacznie więcej energii niż podczas oddychania tlenowego. Związkami tymi są : azotyny, azotany,siarczany, tiosiarczany, siarczyny , węglany. Podczas procesu związki te ulegają redukcji: redukcja NO3 – tak oddychają bakterie denitryfikacyjne; substratem oddechowym jest zw.org., od którego elektrony są za pośrednictwem enzymu redyktazy azotanowej odrywane i przekazywane na azotany, w wyniku tego powstająNO2; ostatecznymi produktami są amoniak i azot cząsteczkowy.redukcja SO4 – siarczany są wykorzystywane jako akceptory elektronów, w wyniku ich redukcji powstaje H2S, a dawcą elektronów są związki org. redukcja węglanów i CO2 – bakterie wykorzystując te zw. Jako ostateczne akceptory tworzą metan CH4. W tym procesie wykorzystywane są utlenione związki mineralne jako akceptory elektronów.
19. Hodowla stacjonarna – podstawowe parametry :
Wzrost w fazie logarytmicznej : N=N0*2n (No to wyjściowa liczba komórek w określonej objętości podłoża). Podstawowe parametry : stała szybkości, czyli liczba podziałów na godzinę, jest odwrotnie proporcjonalna do czasu generacji; czas generacji (czas pomiędzy dwoma podziałami) ; swoista szybkość wzrostu (przyrost masy bakteryjnej przypadający na jednostkę czasu i jednostkę już istniejącą).
20. Reakcje tłuszczów w środowisku tlenowym i beztlenowym.
W środowisku tlenowym – utlenianie; beztlenowym – fermentacja metanowa.
22. Absorpcja światła w fotosyntezie :
23. Dwa procesy świetlne w fotosyntezie W fotosyntezie konieczne jest współdziałanie dwóch procesów świetlnych : fotosystemu 1 ( wytwarza silny reduktor prowadzący do wytworzenia NADPH, ulega wzbudzeniu światłem o dł. Fali krótszej niż 700 nm) oraz fotosystemu 2 (wymaga światła o dł. fali krótszej od 680 nm, wytwarza silny utleniacz prowadzący do powstania O2). Ponadto fotosynteza 1 wytwarza słaby utleniacz, a fotosynteza 2 – słaby reduktor. Interakcje prowadzą do powstania ATP (fosforylacja)
24. Podstawowe procesy biochemiczne w środowisku wodnym
Samooczyszczanie to naturalny proces, w którym na skutek działalności metabolicznej mikroorganizmów dochodzi do zaniku zanieczyszczeń i odtworzenia naturalnych cech wody. Począwszy od miejsca zrzutu ścieków zachodzą takie procesy : rozcieńczanie- obniża stężenie zanieczyszczeń; sedymentacja – polega na osadzaniu zawiesin, które tworzą osady denne ; adsorpcja to zjawisko gromadzenia się cząsteczek zw. chem. i gazów na powierzchni zawiesin, co prowadzi do tworzenia się śluzowatych skupisk mikroorganizmów w postaci cienkich błon biologicznych (?); mineralizacja – procesy rozkładu zw. org. przy udziale mikroorganizmów tlenowych, a przy braku tlenu w wodzie – beztlenowych. Przemiany w warunkach tlenowych prowadzą do wytworzenia wody czystej, a beztlenowych do wody nieprzydatnej do użytku.
25. Gdzie i w jakich procesach powstaje siarkowodór ?
W osadach dennych (-O2) gromadzi się H2S z gnicia (rozkładu białek) i z redukcji SO4 .
26. Pozytywna i negatywna rola siarkowodoru: jest toksyczny, utlenianie H2S--SO4 dla roślin dostępnych, żródło siarki w biosyntezie białek komórkowych bakterii zielonych i purpurowych (cysteina), dla bakterii fotosyntetyzujących jest żródłem wodoru do redukcji CO2, dla bakterii – chemoautotrofów wykorzystujących CO2 jest żródłem energii (utleniają H2S, S, siarczki i tiosiarczany).
27. Pochodzenie mocznika w wodzie i jego rola : mocznik NH2 –CO-NH2 to produkt wydalania azotu organicznego przez zwierzęta. Dostaje się do wód powierzchniowych z wydalin ludzi i zwierząt oraz wymywany z gleby. Mocznik wykorzystują sinice i grzyby jako żródło azotu .
28. Strefy wód po dopływie ścieków : ocenę stopnia zanieczyszczenia wody przeprowadza się na podstawie SAPROBOWOŚCI, którą określa się za pomocą intensywności produktów rozkładu zanieczyszczeń . Nasilenie tych procesów obrazuje system saprobów, który obejmuje strefy:. Polisaprobową (największe zanieczyszczenia), i - mezosaprobową ( o średnim zanieczyszczeniu), oligosaprobową (wód czystych) Ocenę pod względem saprobowości dokonuje się na podstawie tzw. Gatunków wskażnikowych (organizmów dominujących w zasiedlającej biocenozie, uznając je jako charakterystyczne dla danej strefy. Klasyfikacja wód w Polsce: klasa 1- do zaopatrywania ludzi w wodę do picia, zakładów przemysłowych wymagających wodę do picia, do hodowli ryb łososiowatych klasa 2 – hodowla ryb niełososiowatych, zakładów przem. z wyjątkiem w/wym., hodowla zwierząt gospod., kąpieliska, rekreacji i sportów wodnych klasa 3 – zakłady przem. z wyjątkiem w/wym., nawadniania terenów rolniczych i upraw ogrodniczych .
29. Choroby przenoszone drogą powietrzną : grypa, zapalenie płuc, płomienica (dyfteryt), krztusiec, zapalenie opon mózgowych, zakażenia ropne.
30. W jakich procesach wytwarza się amoniak ? Amoniak wytwarza się podczas rozkładu białek. Pierwszy etap rozkładu to proces PRTEOLIZY (bakterie i grzyby), który zachodzi przy aktywacji enzymów proteolitycznych – tworzą się peptydy. Potem rozkład dokonuje się przy udziale enzymów peptydaz, a tworzą się AMINOKWASY. Te mogą być wbudowane w białka komórkowe lub ulegają dezaminacji i uwalnia się amoniak(tzw.AMONIFIKACJA). Drugi produkt rozkładu to kwasy org. W wyniku dekarboksylacji powstają pierwszorzędne aminy i CO2.Podczas biochemicznego rozkładu białek azot jest uwalniany jako NH4+- forma zdysocjowana , która w niewielkiej części jest włączana w biomasę.NH3 to forma niezdysocjonowana toksyczna dla ryb w stęż. 1 mg/l. Dysocjacja zależy od odczynu pH i temperatury. Przy pH 7,0 99% caLkowitego amoniaku jest w formie niezdysocjonowanej NH3; przy pH 9,0 i wyższych wartościach amoniak jest jako NH4+, tj. w formie zdysocjonowanej.
31. Korozja betonu-beton (węglan wapnia) tworzy się siarczan wapnia, który powoduje rozpad betonu. Korozja mikrobiologiczna to korozja typu elektrochemicznego wywołana zasiedlaniem przez mikroorganizmy powierzchni metalowych oraz ich aktywności biochemicznej , stanowi szczególny przypadek procesu niszczenia różnych materiałów: produktów spożywczych, skór, drewna, materiałów włókienniczych, metali. Spowodowane jest to działaniem bakterii, grzybów. Korozja powoduje około 80% zniszczeń. Aktywność życiowa tych mikroorganizmów zależy od obecności wody, tlenu, odczynu, temp., obecności zw. organicznych, potencjału RED-OX. 1.Korozja wywołana działaniem kwasów: utlenianie nieorganicznych związków siarki do H2SO4, utlenianie pirytu FeS2 do H2SO4, fermentacja zw. organicznych do kw. organicznych. 2. Korozja w środowisku o pH=7,0 : wywołana przez bakterie tworzące dehydrogenazy, wywołana przez produkty metabolizmu przy zmianach odczynu w kierunku kwaśnym. 3.Korozja wywołana przez zniszczenia powłok chroniących powierzchnię metalu : niektóre inhibitory mogą być substratem dla rozwoju mikroorganizmów. 4. Korozja spowodowana udziałem bakterii: redukujących siarczany, redukujących siarczany i utleniających siarczki, współdziałające bakterie żelazowe z siarkowymi.
32. Nitryfikacja - jeden z czterech podstawowych procesów krążenia siarki; jon amonowy jest substratem energetycznym dla bakterii, które utleniają się do NO3 , najbardziej odpowiedniego źródła azotu dla roślin. Warunki rozwoju nitryfikatorów (autotrofy chemosyntetyzujące) : odczyn pH 5,5-9,0 , poniżej 7,0 zwolnienie procesu (optim. 7,5), tlen rozpuszczony minimum 0,5 mg/l ; ustaje 0,3 mg/l (optim 2 mg/l) , temperatura - zakres 5-400 C (optim. 300C), hamowanie procesu : 150 mg/l NNH3 (Nitrosomonas – utlenia amoniak do azotynów, Nitrobacter – utlenia azotyny do azotanów ) 10 mg/l NH3 . Całkowita nitryfikacja przebiega przy stężeniu 0,2 mg/l HNO2 i 0,1 mg/l NNH3 .
33. Reakcje cyklu obiegu azotu – 1. Rozkład zw. organicznych : hydrolityczny rozkład białek pod wpływem katalitycznej działalności enzymów proteolitycznych , a następnie dezaminacji aminokwasów w wyniku której powstaje jon amonowy NH4 (amonifikacja - uwolnienie amoniaku ) 2. Nitryfikacja - jon amonowy jest substratem energetycznym dla bakterii, które utleniają się do NO3 ) 3. Denitryfikacja -- proces beztlenowy, bakterie wykorzystujące NO3 jako akceptor elektronów podczas procesu – katabolicznego ( w wyniku denitryfikacji wydziela się azot cząsteczkowy ). 4. Wiązanie azotu cząsteczkowego – proces przeprowadzany wyłącznie przez mikroorganizmy zdolne do redukcji N2
Żródła węgla i energii dla poszczególnych organizmów Zapotrzebowanie pokarmowe: 1.HETEROTROFY 2.AUTOTROFYfotosyntetyczne 3.AUTOTROFYchemosyntet. żródła energii (E) i węgla (C) : dla 1- subst. org. (zwierzęta, grzyby wodne , bakterie) , dla 2 E – światło , C – CO2 (rośliny zielone bakterie siarkowe-purpurowe, zielone), dla 3 E- zw.nieorganiczne , C - CO2 (bakterie utleniające: H2S, NH3 , Fe2).
38. Wpływ zrzutu zanieczyszczeń org. na zmiany zachodzące na odcinku rzeki: zawartość tlenu – spadek do zaniku i stopniowy wzrost ; wzrost BZT5 a następnie stopniowy spadek ; wzrost zawiesin a potem stopniowy spadek ; zw. mineralne – wzrost i spadek . Zmiany fizyczne i chemiczne : sole amonowe NNH4+ - stężenie rośnie a potem maleje , NO3 – początkowo spadek, wzrasta i maleje ; PO4 wzrasta i stopniowo maleje . Zmiany populacji drobnoustrojów : grzyby wodne i bakterie heterotroficzne ( dla obu – gwałtowny wzrost liczebności) początkowo dominacja beztlenowych , potem spadek i niewielka liczba heterotrofw tlenowych; zitryfikatory – początkowo spadek , potem wzrost i spadek do ilości przed zrzutem ścieków ; pierwotniaki : stopniowy wzrost i spadek ; glony : początkowo spadek duży rozwój i spadek do ilości przed zrzutem. Zmiany wśród zwierząt - robaki: znaczny wzrost i spadek ; larwy owadów wzrost po spadku robaków ; skorupiaki : wzrost po spadku larw owadów {sukcesja} ; fauna czystych wód :gwałtowny spadek i na dalszym odcinku powrót do liczebności przed zrzutem.
39. Grupy bakterii jako wskażniki zanieczyszczenia wód : 1. B. psychrofilne jako wskażniki zanieczyszczenia wody substancjami organicznymi 2. B. mezofilne jako wskażniki świadczące o możliwości występowania bakterii chorobotwórczych pochodzących z organizmu człowieka i zwierząt (37 0 C) 3. B. Escherichia coli jako wskażnik zanieczyszczenia kałowego (370C) . Występowanie Escherichia coli te bakterie zostały powszechnie uznane za wskażnik zanieczyszczenia kałowego , bo odpowiadają tym warunkom (występują powszechnie w kale zdrowych i chorych ludzi oraz zwierząt, są obecne w ściekach i wodach zanieczyszczonych mikroorg. chorobotwórczymi , liczebność ich przewyższa liczebność bakterii chorobotwórczych , przeżywają dłużej w wodzie niż bakterie chorobotwórcze i są odporniejsze na środki dezynfekcyjne, są przydatne do oceny skażenia kałowego wszystkich rodzajów wód objętych oceną sanitarną, są wykrywane za pomocą prostych technik lab. z dużą powtarzalnością wyników w krótkim czasie.
Zestaw II
1. Obieg siarki (procesy, bakterie, siarczany). Siarka jako składnik organizmów występuje w nieznacznych ilościach, ma kluczowe znaczenie w przemianach biogeochemicznych. W biosferze występuje w postaci SO42- dostępnej dla roślin. Źródłem siarki dla mikroorganizmów są: siarczany, cysteina i dla nielicznych H2S w aminokwasach siarka występuje w postaci grupy SH-sulfhydrylowej. W warunkach tlenowych bakterie utleniają grupę SH- siarczku, który utlenia się dalej do SO4. W warunkach beztlenowych z aminokwasów uwalnia się H2S. Drugim źródłem H2S jest redukcja SO4 - także w beztlenowych warunkach. A więc w osadach dennych (-O2) gromadzi się H2S z gnicia (rozkładu białek) i z redukcji SO4. H2S jest toksyczny. Ale z drugiej strony pozytywna i ważna rola H2S dotyczy: 1) utlenianie H2SSO4 dostępnych dla roślin, 2) jest źródłem siarki w biosyntezie białek komórkowych bakterii zielonych i purpulowych (cysteina), 3) dla bakterii fotosyntezujących jest źródłem wodoru do redukcji CO2, 4) dla bakterii chemoautotrofów wykorzystujących CO2 jest źródłem energii, które utleniają H2S, S, siarczki i tiosiarczany. Cykl obiegu siarki obejmuje trzy części Biosfery: litosferę-glebę; hydrosferę-wodę; atmosferę-powietrze. Układ cykliczny przemian zachowany jest dzięki aktywności biochemicznej mikroorganizmów.
Bakterie utleniają H2S w dwóch etapach :
2H2S + O2 2S + 2H2O + 173 kJ/mol etap I
2S + 2H2O + 3O2 2H2SO4 + 787 kJ/mol etap II
Bakterie utleniające siarkę – wytwarzające barwniki – autotrofy fotosyntetyzujące (obieg węgla) fotosynteza.
2. Skąd się bierze tlen w fotosyntezie?
Ogólne równanie fotosyntezy:
CO2 + 2H2A (CH2O) + 2A + H2O
CO2 – akceptor wodoru; 2H2A - dawca wodoru; (CH2O) - akceptor zredukowany; 2A – dawca odwodorowany; nad strzałką światło
Dawcą wodoru u roślin zielonych jest H2O. Fotosynteza to reakcja redukcji CO2 wodorem pochodzącym z wody. Wydzielenie tlenu jest konsekwencją procesu odwodorowania – na wskutek rozszepienia wody przez światło. H216O + CO2 (CH2O) + 18O2
18O – izotop tlenu; nad strzałką światło. Chloroplasty wydzielają tlen pochodzący z wody a nie z CO2.
W fotosyntezie współdziałają ze sobą dwa procesy świetlne: Fotosystem I i Fotosystem II, który rozszczepia wodę i wytwarza silny utleniacz prowadzący do powstania O2. Następuje tu redukcja CO2 do cukru i wydzielony zostaje tlen.
4. Biomasa = żywa masa - łączna masa wszystkich organizmów w siedlisku, czyli w miejscu, które stanowi naturalne środowisko życia organizmów.
5. Podział org. wodnych ze względu na miejsce w łańcuchu pokarmowym.
Podstawa podziału – funkcja w łańcuchu pokarmowym.
Producenci: organizmy samożywne. Twórcy materii organicznej w ekosystemie, zdolne do wiązania energii świetlnej. Odżywianie polega na tworzeniu związków organicznych ze związków nieorganicznych. Rośliny zakorzenione = makrofity, glony: okrzemki, zielenice, sinice – bakterie.
Konsumenci: organizmy cudzożywne, odżywiają się gotową substancją organiczną w postaci martwych lub żywych roślin i zwierząt. Należa do nich wszystkie typy zwierząt: pierwotniaki – zwierzęta wyższe.
Destruenci: bakterie cudzożywne, grzyby wodne. Żywią się detrytusem tj. martwymi ciałami producentów, konsumentów oraz destruentów.
6. Pierwsza reakcja w cyklu Krebsa.
Pierwsza reakcja rozpadu to odłączenie CO2 (dekarboksylacja). Pirogronian (kwas pirogronowy) ulega rozkładowi do acetylo-Co A (acetylo-koenzym A – dwuwęglowy), wiążącego się ze związkiem czterowęglowym (szczawiooctan). Powstaje cytrynian (kwas cytrynowy) zawierający 6 cząsteczek węgla. Jest to początek cyklu Krebsa.
1 reakcja: kwas pirogronowy podlega dekarboksylacji Acetylo Co A
2 reakcja: kwas szczawiooctowy łączy się z acetylo Co A kwas cytrynowy.
8. Porównaj komórkę bakterii i glonów.
Komórka bakterii : bakterie zalicza się do Procaryota tzn. do królestwa organizmów bezjądrowych. Charakterystyczną ich cechą jest brak jądra, które zastępuje nukleoid – naga , niezwiązana z zasadowymi białkami, splątana, kolista nić DNA, stanowiąca chromosom bakterii. Komórka bakterii zbudowana jest z osłony komórkowej i ściany komórkowej na powierzchni niekiedy występuje otoczka śluzowa, a pod ścianą błona cytoplazmatyczna. Komórka bakterii posiada rzęski – są to nitkowate twory o różnych kształtach i są zaczepione w błonie cytoplazmatycznej. Bakterie kuliste nie są urzęsione. Wewnątrz komórki bakterii znajduje się błona cytoplazmatyczna złożona z białek i cukrów (jest organem pobierania pokarmu), cytoplazma, która stanowi koloidalną zawiesinę zawierającą związki organiczne oraz organelle cytoplazmatyczne. Bakteria posiada przetrwalniki (endospory) – dzięki którym komórka może przetrwać w trudnych warunkach. Centrami energetycznymi są mezosomy, wakuoli - brak, aparat Golgiego - brak, plastydy stanowią ziarna chromatoforowe (niekiedy), retikulum cytoplazmatyczne - brak.
Komórka glonów: glony mogą być jednokomórkowe, kolonijne, wielokomórkowe (plecha przyjmuje kształty kulisty, nitkowaty), wielokomórkowe (plecha zróżnicowana jest na część liścio – i łodygokształtną). Komórki wchodzące w skład plechy glonów zawierają elementy charakterystyczne dla eukariotycznych komórek roślinnych. Komórka glonu posiada w odróżnieniu od komórki bakterii aparat jądrowy w postaci jednego jądra lub wielu jąder. Jądro ma kulisty bądź owalny kształty, zawiera geny, otoczona jest błoną jądrową. W półpłynnej substancji podstawowej jądra znajdują się taśmowate twory - chromosomy zbudowane z DNA i białek. W jądrze znajdują się także jąderka. Centra energetyczne w komórce glonu to mitochondria, wakuole – obecne (pełnią rolę substancji zapasowych), retikulum cytoplazmatyczne i aparat Golgiego (funkcje wydalnicze) – obecne; plastydy – stanowią je chloroplasty (rośl.); centra syntezy białek stanowią rybosomy i występują zarówno w komórce bakterii jak i glonów.
9. Rozkład wielocukrów (polisacharydy).
Rozkład wielocukrów odbywa się na drodze tlenowej i beztlenowej. Jednymi z podstawowych wielocukrów jest skrobia i celuloza.
Skrobia – obecna jest we wszystkich rodzajach wód (śródlądowe,…) Rozkład zachodzi przy udziale bakterii i grzybów na drodze hydrolizy.
SKROBIAMALTOZAGLUKOZA nad pierwszą strzałką amylaza; nad drugą strzałką maltaza.
Błonnik (celuloza) – w warunkach tlenowych rozkład przeprowadzają głównie bakterie śluzowe, grzyby.
CELULOZACELOBIOZYGLUKOZY nad pierwszą strzałką celulaza; nad drugą strzałką celobiaza.
Celuloza i skrobia dostawać się mogą do wód wraz ze ściekami, liczne bakterie i grzyby wodne rozkładające te związki występują wówczas w wodac zanieczyszczonych. Inne wielocukry: hemicelulozy, pektyny, ligniny ulagają rozkładowi przez liczne szczepy, rozkład jest powolny i zachodzi w osadach dennych.
WIELOCUKRY + O2 CO2 + H2O nad strzałką utlenianie.
10. Jakie procesy są w fazie świetlnej fotosyntezy?
W fotosyntezie współdziałają ze sobą dwa procesy świetlne:
Fotosystem I – wytwarza czynnik redukcyjny NADPH (koenzym), ulega wzbudzeniu światłem o długości fali krótszej niż 700nm.
Fotosystem II – który rozszczepia wodę, wytwarza silny utleniacz prowadzący do powstania O2 i dostarcza słabego reduktora. Wymagający światła o długości fali krótszej niż 680nm. Ponadto, fotosystem I wytwarza słaby utleniacz, a fotosystem II wytwarza słaby reduktor. Interakcje prowadzą do powstania ATP – proces zwany fosforelacją.
11. W jakich reakcjach ulega przekształceniu kwas cytrynowy do kwasu szczawiooctowego.
1. kwas szczawiooctowy łączy się z acetylo Co A kw cytrynowy
2. kw szczawiobursztynowy ulega dekarboksylacji kw -ketoglutarowy
3. kw -ketoglutarowy ulega dekarboksylacji kw bursztynowy
4. kw bursztynowy kw fumarowy kw jabłkowy kw szczawiooctowy
12. Jakie związki pełnią rolę nośników energii, porównaj wydajnośc energetyczną w procesie utleniania glukozy w warunkach tlenowych i beztlenowych?
13. Jakie źródło węgla i energii są wykorzystywane przez organizmy samożywne, zwane także autotrofami wśród których wyróżnia się fotosyntezujące i chemosyntezujące. Podać przykłady organizmów?
Źródła węgla CO2 :
- autotrofy fotosyntezujące : do redukcji CO2 niezbędna energia świetlna
- autotrofy chemosyntezujące : do redukcji CO2 niezbędna energia z utleniania związków mineralnych(NH4+, H2S, Fe2+, H2)
źródło energii E : ATP, ADP, AMP.
14. Co przenosi energię w oddychaniu ?
Podczas oddychania rolę nośników energii pełnią : dinukleotyd nikotynamido-adeninowy (NAD), dinukleotyd flawino- adeninowy (FAD).
15. W której fazje wzrostu jest najwięcej biomasy, jakie procesy zachodzą w komórkach?
- równowagi – stała liczba komórek, jest największy przyrost biomasy,
- logarytmiczna – intensywne rozmnażanie, największe rozmiary komórek; intensywne podziały z największą prędkością; liczba komórek wzrasta w postępie geometrycznym; synteza składników komórkowych ze stałą prędkością; wyczerpanie substratów.
16. Co powoduje występowanie fazy zamierania wzrostu bakterii?
Fazę zamierania powodują czynniki ograniczające wzrost – źródło C, N i P, skadniki powinny być w podłożu w takim stężeniu, że po ich wyczerpaniu wzrost zostanie ograniczony zanim powstaną produkty hamujące.
17. Ile klas czystości wyróżnia się w Polsce i które strefy saprobowe odpowiadają poszczególnym klasom?
Według klasyfikacji wód obowiązującej w Polsce wyróżnia się 3 klasy czystości :
Klasa I : do zaopatrywania – ludności w wodę do picia ; zakładów przemysłowych wymagających wody do picia : chodowli ryb łososiowatych .
Klasa II : hodowla ryb niełososiowatych; zakładów przemysłowych z wyjątkiem wyżej wymienionych; hodowla zwierząt gospodarskich; kąpieliska, rekreacje i sporty wodne.
Klasa III : zakłady przem. Z wyjątkiem w/wym., nawadniania terenów rolniczych i upraw ogrodniczych .
Strefy saprobowe :
Klasa I – strefa oligosaprobowa
Klasa II – strefa i - mezosaprobowa
Klasa III – strefa polisaprobowa
18. Które bakterie powodują korozję w warunkach beztlenowych, jaki jest mechanizm tego procesu ?
Najważniejszymi mikroorganizmami powodującymi korozję metali są bakterie beztlenowe redukujące siarczany. Mechanizm korozji polega na katodowej depolaryzacji. Metal staje się spolaryzowany w wodzie przez uwolnienie jonów metali ( reakcja anodowa). Uwolnione elektrony redukują protony pochodzące z wody do atomów wodoru (reakcje katodowe). Atomy lub cząsteczkowy wodór zatrzymuje się na powierzchni metali. Cząsteczki wodoru stale są usuwane z powierzchni metalu w wyniku redukcji siarczanów, metal natomiast ulega utlenieniu.
19. Jaka jest rola bakteri żelazawych w instalacjach wodnych, wymień reakcje bakterii i przyczyny ich rozwoju ?
Podczas przepływu wód przez instalacje wodne, jak i przez filtry umieszczone w studniach ujmujących wodę, bakterie osadzają się na stałych powierzchniach w postaci błony. Błona składa się z komórek tworzących mikrokolonie osadzonych na tzw. matrycy . W tym podłożu zatrzymywane są substancje organiczne i zw nieorganiczne, które stanowią substraty pokarmowe. Główny wpływ na rozwój błony ma szybkie dostarczanie tych składników do powierzchni sorpcyjnej tj. prędkość przepływu wody. Charakterystyczną cechą błony jest gromadzenie się zw żelaza, dojrzała błona całkowicie jest pokryta osadami zw żelaza połączonych bakteriami. Obrosty przyczyniają się do obniżenia wydajności przepływu wody, spadku prędkości przepływu. Zjawisko to polega na odkładaniu biomasy bakterii wiążących żelazo. Obrosty są trudne do zniszczenia i szybko się regenerują. Błony takie przyczyniająsię do korozji pomp. Środki dezynfekujące to : dwutlenek chloru, podchloryn. Rodzaje : Gallionella, Sphaerotilus, Desulforibrio
20. Na czym polegają reakcje anodowe i katodowe?
Reakcja anodowa : metal staje się spolaryzowany w wodzie przez uwolnienie jonów metalu.
Reakcje katodowe : uwolnione z metalu elektrony redukują protony pochodzące z wody do atomów wodoru.
21. Jakie są podstawowe przyczyny powstawania chorób na przykładzie wody?
- niewłaściwe zabezpieczenie studni głębinowych ; przesiąkanie wód zakażonych do warstw wodonośnych,
- brak stref ochronnych przy ujęciach wodnych,
- brak lub zła eksploatacja urządzeń uzdatniających i dezynfekujących,
- uszkodzenie sieci wodociągowej,
- wprowadzenie do sieci wód przeznaczonych do innych celów.
22. Co to jest łańcuch pokarmowy ?
Łańcuch pokarmowy tworzą : producenci, konsumenci, destruenci. Producenci – organizmy samożywne ; odżywianie polega na tworzeniu zw organicznych ze zw nieorganicznych. Konsumenci – organizmy cudzożywne; odżywiają się gotową substancją organiczną w postaci martwych lub żywych roślin. Destruenci – żywią się destruentem, to jest martwymi ciałami producentów, konsumentów, destruentów.
23. Co to jest błonnik i jaki jest mechanizm jego rozkładu ?
błonnik (celuloza) – w warunkach tlenowych rozkład przeprowadzają głównie bakterie śluzowe, grzyby.
Mechanizm rozkładu :
Celuloza celobiozy glukoza
(celulaza) (celobiaza)
24. Cykl obiegu azotu.
Azot – najważniejszy składnik materii organicznej. Występuje w aminokwasach z których zbudowane jest białko; występuje w kw nukleinowych niezbędnych procesach rozmnażania. Azot cząsteczkowy stanowi 79% wagowych atmosfery.
Udział bakteri wyraża się w 4 podstawowych procesach :
1. rozkład zw organicznych – hydrolityczny rozkład białek pod wpływem katalitycznej działalności enzymów proteolitycznych, a następnie dezaminacji aminokwasów w wyniku której powstaje jon amonowy NH4 – amonifikacja.
2. nitryfikacja – jon amonowy jest substratem energetycznym dla bakterii które utleniajągo do NO3, najbardziej odpowiedniego źródła azotu dla roślin (proces tlenowy).
3. denitryfikacja – proces beztlenowy, bakterie wykorzystują NO3 jako akceptor elektronów podczas procesu katabolicznego.
4. wiązania azotu cząsteczkowego, który to proces przeprowadzany jest wyłącznie przez mikroorganizmy zdolne do redukcji : N2NH4.
25. Podaj definicje procesu samooczyszczenia wód i jakie procesy zachodzą w wodzie po zrzucie ścieków ?
def. Jest to naturalny proces eliminacji zanieczyszczeń zachodzący podczas kompleksowego działania procesów fizyczno – chemicznych i biochemicznych.
Procesy : rozcieńczanie, sedymentacja, absorbcja, mineralizacja.
26. Jakie występują zmiany na odcinku rzeki po zrzucie ścieków na przykładzie zawartości NH3 i NO3 oraz liczebności grzybów wodnych i pierwotniaków ?
Skutki wprowadzenia zanieczyszczeń do wód powierzchniowych:
1. Pogorszenie właściwości fizyczno – chemicznych wód
2. Niszczenie biocenozy.
3. Hamowanie procesów biochemicznych.
4. Przyspieszanie procesów metabolicznych.
5. Powodowanie zakwitów roślin – nadmierny rozwój glonów.
6. Powodowanie procesów gnicia.
7. Uszkadzanie budowli wodnych.
8. Utrudnianie wykorzystania wód dla celów transportu, rekreacji.
28. Obieg materii w ekosystemie wodnym.
W ekosystemach wodnych przemiany zw chemicznych dokonują się zgodnie z obiegiem cyklicznym pierwiastków. Zasadniczy kierunek to przetworzenie substratów łatwo rozkładalnych, węglanów, tłuszczów, białek do zw mineralnych, które z kolei ulegają syntezie do zw organicznych biomasy.
29. Co katalizują oksydoreduktazy?
Oksydoreduktazy to najliczniej-sza z 6 gł klas enzymów. Katalizują reakcje utleniania i redukcji (dehydrogenazy-odszczepiają atomy wodoru lub elektrony od pewnych substancji i przenoszą je na inne ; oksydazy-katalizują połączenie wodoru z tlenem ; cytochromy-pośredniczą w przenoszeniu elektronów w procesach oddychania komórkowego).
30. Co to są transferazy?
Transferazy to jedna z 6 klas en-zymów obejmująca enzymy, któ-re katalizują wymianę grup che-micznych między związkami, np.
Fosforylazy przenoszą grupy fos-foranowe; transaminazy przeno-szą grupę NH2; transmetylazy grupęCH3;transketoazy grupę CO .
31. To samo co w 6.
32.Tlen w fotosyntezie.
Tlen jest wykorzystywany w postaci tlenu cząsteczkowego w procesach tlenowych oraz w formie tlenu związanego np. NO3,SO4.W procesie fotosyntezy tlen jest wydzielany, następnie zużywany na rozkład związków organicznych co prowadzi ostat-ecznie do wytworzenia CO2,H2O.
33.Dwa procesy współdziałają-ce w fazie świetlnej fotosyntezy.
W fotosyntezie współdziałają 2 procesy świetlne przy udziale : fotosystemu I – wytwarzającego czynnik redukcyjny NADPH fotosystemu II–który rozszczepia wodę produkując O2 i dostarcza-jąc reduktora .
Podczas przepływu elektronów przez łączący obydwa systemy łańcuch przekaźników elektrono-wych powstaje ATP.
34. Podstawowe reakcje fazy ciemnej.
ETAP I to reakcja = karboksylacja tj. przyłączenie cząsteczki CO2 do akceptora (D rybulozo 1,5 dwufosforan) i tworzy się 3 fosfo- D-gicerynian.
ETAP II to redukcja fosfoglicerynianu. Z 3-fosfoglicerynianu powstają heksozy oraz regenerowany w szeregu reakcji aldehyd 3-fosfoglicerynian.
Przebieg redukcji jest dwuetapowy :
- I etap : 3-fosfoglicerynian zostaje ufosforowany za pośrednictwem ATP
- II etap : 1,3 dwufosfoglicerynian przejmuje atomy wodoru od NADPH
35. Co jest akceptorami wodoru w cyklu Krebsa ?
Akceptorami wodoru w cyklu Krebsa są : dinukleotyd nikotynamido-adeninowy (NAD), fosforan dinukleotydu nikotynamido-adeninowego (NADP), dinukleotyd flawino- adeninowy (FAD). NAD i NADP są bezpośrednimi akceptorami wodoru w reakcjach odwodorowania substratów zawierających ugrupowanie H-C-OH. Oba nukleotydy różnią się tym, że NAD zawiera dwie grupy fosforanowe, NADP zaś – trzy grupy fosforanowe w łańcuchu związanym z pierścieniem amidu kwasu nikotynowego. Natomiast FAD bierze udział w reakcjach odwodorowania substratów zawierających ugrupowanie –CH2-CH2-.
36. Czas generacji a stała szybkości podziału.
Stała szybkości podziałów = liczba podziałów/godz
Czas generacji = czas pomiędzy 2 podziałami
Stała szybkości podziałów jest odwrotnie proporcjonalna do czasu generacji.
37. Gdzie są transaminazy?
Transaminazy są to enzymy przenoszące grupę funkcyjną –NH2 z jednego na drugi związek.