Korešpondenčný seminár
z biológie
2.kolo
2011/2012
Korešpondenčný seminár z biológie
organizuje
Prírodovedecká fakulta
Univerzity Komenského v Bratislave
Ústav anorganickej chémie
Slovenskej akadémie vied
Korešpondenčný seminár z biológie
podporuje
Ďakujeme Vám za zapojenie sa do korešpondenčného seminára z biológie. Výsledkové
listiny prvého kola budú uverejnené na webovej stránke http://bio.korsem.sk. Skontrolujte
si pridelený počet bodov a v prípade námietok nás kontaktujte.
Chceme Vás poprosiť, aby ste neodpisovali. Podľa Vašich riešení je vidieť, kto opisoval.
V týchto prípadoch sa záverečného sústredenia bude môcť zúčastniť len jeden študent zo
školy, na ktorej sa opisovalo.
Pripomíname, že kategória juniori je určená pre študentov 1. a 2. ročníka stredných škôl,
resp. zodpovedajúcim ročníkom viacročných gymnázií. V prípade, že úlohy tejto kategórie
budú riešiť starší žiaci, ich riešenia nebudú akceptované.
Riešenie úloh píšte výhradne na odpoveďové hárky, ktorých predtlač nájdete na
http://bio.korsem.sk.
Podrobnejšie pravidlá korešpondenčného seminára boli uvedené v 1. brožúre, ktorej
elektronická verzia je na http://bio.korsem.sk .
V prípade nejasností k organizácii seminára alebo k riešeniu úloh môžete volať na číslo
telefónu
02/59 410 487,
môžete
sa
informovať
na
e-mailovej
adrese
[email protected] alebo na stránke http://bio.korsem.sk .
Vyriešené úlohy 2. kola posielajte do 13. 2. 2012 na adresu:
Korešpondenčný seminár z biológie
Prírodovedecká fakulta UK
Mlynská dolina
842 15 Bratislava 4
Ve ľa úspechov vám prajú autori a organizátori
1. Ekológia rias a siníc
V predchádzajúcom diele nášho akčného seriálu o živote vo vodných ekosystémoch
sme si priblížili život uprchlíkov spod mikroskopického sklíčka – nálevníkov. V tejto časti sa
zameriame na ich nemenej nebezpečných, nazelenaných komplicov, obetí, no aj
útočníkov – riasy a sinice.
Určite ste sa už raz rozhodli jedného pekného, letného dňa, kedy šla ortuť z teplomera
vyskočiť, ísť kúpať niekam do prírody. Po úmornom googlení toho správneho jazera ste ho
dokonca aj našli, no prišli ste bližšie... a uvideli množstvo plávajúcich prokaryotických
zelených stvorení na hladine jazera. Poeticky nazývajúci vodný kvet síce nevyzerá na prvý
pohľad až tak zle, no vy rozhodne nesmiete zapochybovať, hneď sa otočiť na päte a ani
len neuvažovať o kúpaní sa v tomto kontaminovanom jazere!
1. Čím je spomínané jazero znečistené a prečo neodporúčame kúpať sa v ňom?
Naše zákerné zelené stvorenia, ktoré vám môžu prekaziť krásne letné poobedie, sú
známe produkciou látok s veľmi špecifickým pôsobením. Tieto látky sa podľa druhu účinku
rozdeľujú do viacerých kategórií.
2. Do akých skupín môžeme rozdeliť látky, ktoré sinice produkujú? Napíš aspoň 3
skupiny a zároveň popíš účinok.
Samozrejme, nie je to také ľahké, odlíšiť jedného zeleného votrelca od toho druhého.
Aby to bolo zábavnejšie, nie každý druh sinice produkuje iba jednu látku, a preto je veľký
problém odlíšiť riziko ich pôsobenia. No existujú druhy, ktoré sú známe pre produkciu iba
jednej z nich.
3. Napíš jeden druh sinice (slovenský aj latinský rodový a druhový názov), ktorá
produkuje toxín inhibujúci fosfatázy. Zároveň popíš mechanizmus účinku tohto toxínu.
Sinice
sú
veľmi
zákerné
a predstavujú
nebezpečenstvo nielen pre ľudí, ale aj ostatných, nič
netušiciacich obyvateľov jazierka, v ktorom sa
nachádzajú. Možno ste už párkrát počuli o masívnom
úhyne rýb nad ránom, ktorý prináša smútok rybárom.
4. Čím môže byť tento úhyn rýb spôsobený? Súvisí
so sinicami a riasami? Ak áno, uveď ako.
V roku 1988 nastala na pobreží
Nórska ekologická katastrofa,
vodný
kvet
spôsobil
úhyn
približne 800 ton chovaných rýb
v Nórsku a 100 ton vo Švédsku.
Vznikla tak škoda v celkovej
výške skoro 10 miliónov eur. Bol
drasticky ovplyvnený ekosystém
tohto pobrežia, no veľmi rýchlo sa
zregeneroval, a už po 4-5 rokoch
bol úplne obnovený.
5. Rozvoj
akého
riasy/sinice
spôsobil
masívny úhyn rýb? Uveď rodový a druhový latinský aj slovenský názov.
druhu
tento
V minulej časti sme si spomínali bioindikátory súvisiace s mierou znečistenia
jednotlivých ekosystémov. V ekosystéme vždy existuje rovnováha v produkcii a spotrebe
organických látok, no je veľmi krehká a môže sa ľahko narušiť znečistením vodných tokov
organickými látkami pochádzajúcimi napr. zo skládok odpadov alebo nadmerného
hnojenia. Nadmerné množstvo organických látok predstavuje úžasne príjemné prostredie
pre rozvoj rias a siníc, ktoré ako primárni producenti neváhajú a hneď využívajú dostatok
látok v prostredí na svoje rozmnožovanie.
6. Masívny rozvoj rias a siníc je markerom akého javu?
Doplňujúce otázky pre seniorov:
Riasa Chlamydomonas reinhardtii je krásnou jednobunkovou
dvojbičíkatou riasou, ktoré sa používa v genetike ako modelový
organizmus. Je preferovaná najmä kvôli svojej ľahkej manipulácii,
malým rozmerom a schopnosťou rýchleho rozmnožovania, spĺňa
teda všetky kritériá ideálneho modelového organizmu.
7. Popíš životný cyklus rias Chlamydomonas reinhardtii.
U rias rodu Chlamydomonas bol popísaný zaujímavý
mechanizmus odpovede na svetlo, tzv. svetelného šoku.
8. Ako tento proces prebieha a čo je jeho dôsledkom?
2. Etológia
J2. Juniori
Väčšina foriem správania živočíchov je bezprostredne závislá na vzájomnom
dorozumievaní. Veď si predstavte, čo by sa mohlo stať, keby sa živočíchy nevedeli
navzájom varovať pred nepriateľom, alebo by sa členovia rovnakej kolónie nevedeli
dohodnúť, na akého nepriateľa vlastne útočiť. Tiež by sa im nemuselo podariť nájsť
vhodného partnera na párenie atď. To všetko sú veci, od ktorých závisí prežitie druhu. V
tejto úlohe sa bližšie pozrieme na niektoré spôsoby komunikácie bezstavovcov.
Mravce sú známe tým, že si pachom značkujú cestičky od mraveniska k zdrojom
potravy. Ich čuchový zmysel je dokonca taký citlivý, že dva mravce z rôznych kolónií sa
rozoznajú na základe jemných odlišností v zastúpení charakteristických pachových
zlučenín.
1. Ak by ste opláchli mravca v 3% etanole a potom ho vrátili späť do jeho vlastného
mraveniska, ako by sa k nemu správali ostatné mravce z kolónie?
2. Pachové signály sú veľmi dobrá vec, ale ako každý iný signál ich je možné aj
zneužiť. Medzi mravcami sú v tom majstri najmä tzv. otrokárske mravce napr. rod
Epimyrma. Popíšte v čom spočíva stratégia mravcov z tohto rodu.
Veľmi dôležitý, aj keď na prvý pohľad nenápadný spôsob komunikácie je
dorozumievanie sa vibráciami. Napríklad vibračný zmysel švába dokáže rozoznať signály
s amplitúdou len niekoľko pikometrov.
3. Aký dôležitý je vibračný signál si iste uvedomuje aj samček tropického pavúka r.
Nephila, ktorý sa chystá páriť. Po sieti sa opatrne približuje ku samičke, pričom sa snaží
nevyvolať ani najmenšie rozochvenie vlákien. Prečo mu na tom tak záleží?
Maličký samček pavúka Nephila
clavipes sa opatrne priblžuje k samičke
Svietiace samčeky tropickej svetlušky
Pteroptyx malaccae lákajú samičky
Nemenej zaujímavý spôsob dorozumieavania sa predstavuje svetielkovanie, ktoré
zaraďujeme medzi optické signály. Z našej fauny poznáme bioluminiscenciu u svetlušky
svietivej (Lampyris noctiluca) tzv. svätojánskej mušky. Signály svetlušiek (počet zábleskov,
ich dĺžka) sú druhovo špecifické a ich úlohou je zaujať partnerku, ktorá tiež odpovedá
svietením.
4. Napíšte, aká je chemická podstata bioluminiscencie
5. Jedno z najkrajších svietiacich predstavení by ste mohli vidieť na Novej Guinei u
tamojšej svetlušky druhu Pteroptyx malaccae. V období párenia samce povyliezajú na
stromy a kríky a lákajú samičky svojim svetielkovaním, pričom vo vydávaní signálu sú
presne synchronizovaní. Prečo je dôležité, aby svietili synchrónne?
S2. Seniori
Určite ste už počuli o šiatorníkoch – skupine vtákov, ktorých samce vynakladajú
neuveriteľné úsilie na nalákanie samičky na párenie. 8 mesiacov do roka venujú tvorbe
stavby (nie hniezda – to stavia samička), na ktorú v období párenia lákajú samičku. Tieto
stavby sú v zásade dvoch typov – austrálske druhy stavajú akési aleje a papuánske
stavajú skutočné šiatre.
Austrálsky šiatorník Ptilonorhynchus violaceus
strážiaci svoje dielo
Papuánsky druh záhradkár bezchochlý
(Amblyornis inornatus) vo svojom šiatri
Obrovskú náročnosť týchto diel ilustruje aj množstvo spotrebovaného materiálu. Na
jednu alej spotrebuje šiatorník 6000 – 7000 vetvičiek. Stavbu však ešte dekoruje zbierkou
okrasných predmetov, ktorých dokáže nazbierať 5000 – 12000, čo predstavuje 6 – 12kg.
Austrálske šiatorníky preferujú jednu farbu predmetov (napr. len biele, alebo len modré),
papuánske druhy zbierajú lesklé krovky chrobákov, plody, kvety a starostlivo ich triedia
podľa farby – ich stavby sú také dokonalé, že cestovatelia si dlho mysleli, že sú to kultové
miesta domorodcov. Všetku túto námahu samec zúročí v odbodí párenia. Vtedy spieva pri
svojej stavbe a keď sa objaví samica zlietne dolu s našuchoreným perím a tancuje okolo
svojho výtvoru, pričom berie do zobáku najcennejšie predmety svojej zbierky a ukazuje ich
samici. Tak ju vláka do šiatra, kde prebehne párenie. Potom samica odchádza stavať
hniezdo, kde sa bude sama starať o mláďatá. Samec potom opraví stavbu a pokačuje v
lákaní ďalších samíc.
1. Otázkou, nad ktorou si etológovia dlho lámali hlavy bolo, prečo samce strávia toľko
času budovaním stavby? Bola teda navrhnutá hypotéza, že kvalita stavby je tzv.
pravdivým signálom (honest signal) kvality samca. Na jej overenie zisťovali vedci, aký
reprodučkný úspech majú jednotlivé samce vzhľadom na kvalitu stavby. Aký výsledok by
mali získať, ak je táto hypotéza pravdivá?
2. Ešte vážnejší problém však bol s vysvetľovaním, prečo u drvivej väčšiny živočíchov
samce a nie samice budujú štruktrúry používané pri dvorení, či iným spôsobom súťažia?
Prečo samice hodnotia výkon samcov a nie naopak? Tak isto je v živočíšnej ríši bežné, že
samce sa snažia páriť s čo najväčším počtom samíc, naopak samice sú prieberčivé a
vystačia si s jedným/dvoma samcami. Vysvetlenie priniesol Robert Trivers vo svojej teórii
rodičovskej investície. Ako model nám môžu poslúžiť už vyššie spomínané šiatorníky, u
ktorých do potomstva omnoho viac investuje samica (staba hniezda, výchova) než samec.
Prečo je to tak nám objasnia rozdiely medzi pohlaviami. Porovnajte veľkosť a počet gamét
samcov a samíc. Čo z toho vyplýva pre ich reprodukčný potenciál (tj.koľkokrát sa môžu
páriť)?
3. Označte pravdivé tvrdenia o fitness (reprodukčnej zdatnosti, tj. koľko potomkov môžu
vyprodukovať), ktoré vyplývajú z vášho predchádzajúceho rozboru.
A. Prieberčivé samice znižujú svoj fitness, pretože sa im môže stať, že sa im neujde
samček
B. Pretože má samica pomerne nízky reprodukčný potenciál je najlepšou technikou ako
zvýšiť svoj fitness vybrať si kvalitného samca, čo predpokladá aj dobré prežívanie
potomstva
C. Samec znižuje svoj fitness tým, že sa pári s viacerými samicami, kvôli kompetícii
sperminí
D. Samica znižuje svoj fitness tým, že si vyberá, keďže má reprodukčný potenciál
porovnateľný so samcom
E. Samec zvyšuje svoj fitness tým, že sa snaží páriť s čo najviac samicami
4. Ako to už býva, každé pravidlo má svoju výnimku, ktorá ho potvrdzuje. U živočíchov
teda tiež nájdeme prípady, keď viac do potomstva investuje samček, ktorý sa napr. stará o
potomstvo. Preto logicky pri týchto druhoch súťažia samice o samčekov, ktorí si medzi
nimi vyberajú. Napíšte názov (latinský alebo slovenský) jedného živočíšneho druhu, kde
bolo pozorované takéto správanie. Čo by ste predpokladali o produkcii vajíčok u samičiek
tohto druhu?
Často sa stáva, že samice uprednostňujú samca s extrémnou hodnotou určitého
„ornamentu“ – znaku, ktorý ich priťahuje, napr. obrovské chvosty tkáčika lýrochvostého
(Euplectes jacksoni), či kvesala chochlatého (Pharonomachrus mocinno)
tkáčik lýrochvostý
kvesal chochlatý
5. Napíšte latinský alebo slovenský názov jedného stavovca a jedného bezstavovca s
nejakou výraznou telesnou charakteristikou (napíšte akou), za ktorú je zodpovedná
intersexuálna selekcia (výber partnerov samicami).
6. Jedna z hypotéz, vysvetľujúcich prečo sa takéto znaky udržia u rôznych druhov je
hypotéza hendikepu. Stručne ju vysvetlite
7. Vo vede je dôležité nielen vedieť navrhnúť zmysluplné vysvetlenie nejakého javu, ale
tiež vedieť svoju hypotézu aj nejako podložiť reálnymi výsledkami. Preto trochu
porozmýšľajte a navrhnite experiment, ktorým by ste otestovali platnosť hypotézy
hendikepu na tkáčikoch.
Na záver si môžete pozrieť zaujímavé videá so šiatorníkmi v hlavných úlohách:
http://www.youtube.com/watch?v=tJ32_ijdmLo
http://www.youtube.com/watch?v=GPbWJPsBPdA
3. Fyziológia rastlín
Aké procesy v rastlinách prebiehajú? Ako to všetko funguje? Načo sú dobré enzýmy a
hormóny? Ktoré pigmenty zabezpečujú rastline "look"? Ktoré užitočné a ktoré toxické látky
obsahuje? Čo ovplyvňuje jej rast a vývin? Prečo rôzne reaguje na prítomnosť rôznych
látok? Ako môže byť užitočná pre človeka?
Na všetky tieto otázky odpovedá fyziológia rastlín. Samozrejme, úzko súvisí s ďalšími
vednými odbormi ako anatómia a morfológia rastlín, biochémia a systematická botanika.
Pomáha nám spoznať a pochopiť komplexný, komplikovaný, perfektne fungujúci systém,
ktorým je rastlina.
J3. Juniori
1. Bez ktorej zložky prostredia väčšina rastlín prežije najdlhšie?
a) bez svetla
b) bez vody
c) bez prísunu kyslíka
2. Časti rastlín, obsahujúce chlorofyl, vidíme ako zelené. Je to spôsobené tým, že
a) chlorofyl absorbuje zelenú časť svetelného spektra
b) chlorofyl odráža zelenú časť svetelného spektra
c) chlorofyl odráža červenú časť svetelného spektra
3. Semená kukurice klíčia
a) hypogeicky
b) epigeicky
Čo to znamená?
4. Ktorý z bunkových povrchov je semipermeabilný?
a) bunková stena
b) cytoplazmatická membrána
U húb je súčasťou tohto polopriepustného bunkového povrchu
a) cholesterol
b) chytín
5. Praktická úloha
Pôda je živiteľka človeka. Kvalitná pôda je veľmi vzácna, pretože vďaka pôde je možné
uspokojiť esenciálnu potrebu človeka - jesť a byť nasýtený.
V súčasnoti sa vo fyziologickom výskume rastlín venuje veľká pozornosť negatívnym
faktorom pôdy, ktoré znižujú úrody plodín. Hľadajú sa látky, ktoré by dokázali vplyv
negatívnych faktorov pôdy minimalizovať.
Chemickou zlúčeninou, ktorá výrazne ovplyvňuje rast rastlín, fyziologické procesy,
prebiehajúce v rastlinách a následne aj veľkosť úrody, je kuchynská soľ (NaCl).
Spoločne si založíme pokus, v ktorom budeme sledovať účinky soli na rastliny.
Dobrá rada: Pokusy si starostlivo časovo naplánujte, aby sa nestalo, že v 3. kroku založíte
pokus v nedeľu doobeda a v utorok kvôli vyhodnoteniu pokusu nepôjdete do školy :D
Vplyv soli na rast klíčnych rastlín kukurice
Vašim materiálom bude kukurica. Budete potrebovať asi 100 zŕn. Od začiatku pokusu
priebežne vypĺňajte protokol.
1. krok: Vyberte 80 na pohľad zdravých zŕn. Zrná dajte naklíčiť na 5 vrstiev papierových
kuchynských utierok, vlhčených vodou (z vodovodu). Dbajte na to, aby zrná boli rozložené
v jednej vrstve. Zrná nesmú vyschnúť ani byť ponorené vo vode. O 2 alebo 3 dni, keď
dĺžka koreňa bude približne 1 cm, môžete prejsť na 2. krok.
2. krok: Pripravte si 3 roztoky:
A: 1 l vody (vodovodnej)
B: 50 mM roztok soli: zmiešajte 1 l vody a 2,92 g soli
C: 200 mM roztok soli: zmiešajte 1l vody a 11,68 g soli
Do troch čistých 7-dcl pohárov (bežné poháre od zaváranín) nalejte pripravené roztoky,
takmer až po okraj. Zvyšky roztokov, ktoré neminiete, uschovajte a v ďalších dňoch
dolievajte do pohárov podľa potreby tak, aby korene boli vždy ponorené v roztoku. Pozor,
aby ste roztoky nepomiešali.
3. krok: Z hrubého výkresu alebo z kartóna (napr. z krabice od dezertu) vystrihnite 3
štvorce (cca 10x10 cm2). Do každého štvorca urobte 15 dierok, menších ako vaše zrno.
Papierovým štvorcom prikryte pohár. Klíčne rastliny z 1. kroku opatrne oddeľte od papiera,
aby ste ich nepoškodili. Na každý pohár s roztokom pripadne 15 rastlín. Do jednej dierky
vsuňte koreň jednej klíčnej rastliny, tak, aby bol koreň ponorený v roztoku a semeno s
koleoptilou ostali nad papierom. Rastliny nechajte v roztokoch 48 hodín.
4. krok: Po 48 h urobte foto, na ktorom budú všetky 3 poháre s rastlinami.
5. krok: Po 48 h pestovania zmerajte dĺžku koreňa (časť "pod zrnom") a koleoptily (časť
"nad zrnom") a údaje doplňte do tabuľky. Vypočítajte priemerné hodnoty.
rastlina
1
2
.
.
.
15
priemer
Dĺžka koreňa (mm)
A
B
C
Dĺžka koleoptily (mm)
A
B
C
Protokol: (foto zo 4. kroku a tabuľka z 5. kroku budú tiež súčasťou protokolu, ktorý
odovzdáte)
Do protokolu zaznačte:
1. Koľko dní ste v 1. kroku nechali zrná naklíčiť?
2. Aká bola priemerná teplota v miestnosti, kde prebiehal pokus? Líšila sa denná teplota
od nočnej, alebo boli rovnaké?
3. Zhodnoťte výsledky. Porovnajte priemery, ktoré ste vypočítali v tabuľke, minimálne a
maximálne hodnoty a na základe toho uveďte, ako soľ vplývala na rast rastlín a či bol
rozdiel, pokiaľ ste do roztoku pridali väčšie množstvo soli.
S3. Seniori
1. Fotosyntetizujúce časti rastlín sú vďaka chlorofylu sfarbené dozelena. V kyslom
prostredí sa ich farba mení na hnedú. Túto zmenu spôsobuje odštiepenie určitého prvku z
molekuly chlorofylu. Ktorého?
2. K bodom I až V správne priraďte rastlinné druhy A-E:
Prieduchy sú umiestnené
I. na vrchnej aj spodnej strane listov
II. na spodnej strane listov
III. nad úrovňou pokožky
IV. len na vrchnej strane listov
V. prieduchy chýbajú
A. Nympaea alba
B. Elodea canadensis
C. Menyanthes trifoliata
D. Dactylis glomerata
E. Bellis perennis
Ku každému druhu rastliny (A-E) doplňte slovenský názov.
3. Po usmrtení rastlinných buniek sa mení priepustnosť tonoplastu, čo má za následok, že
zafarbené bunkové šťavy sa uvoľnia z vakuol. Aký proces prebieha?
a) difúzia
b) osmóza
c) aktívny transport látok
4. Označte pravdivé tvrdenia: Gutácia
a) sa uskutočňuje cez hydatódy
b) je uvoľňovanie vody s minerálnymi látkami
c) je častým javom na vlhkých lúkach
5. Praktická úloha
Pôda je živiteľka človeka. Kvalitná pôda je veľmi vzácna, pretože vďaka pôde je možné
uspokojiť esenciálnu potrebu človeka - jesť a byť nasýtený.
V súčasnoti sa vo fyziologickom výskume rastlín venuje veľká pozornosť negatívnym
faktorom pôdy, ktoré znižujú úrody plodín. Hľadajú sa látky, ktoré by dokázali vplyv
negatívnych faktorov pôdy minimalizovať.
Chemickou zlúčeninou, ktorá výrazne ovplyvňuje rast rastlín, fyziologické procesy,
prebiehajúce v rastlinách a následne aj veľkosť úrody, je kuchynská soľ (NaCl).
Spoločne si založíme pokus, v ktorom budeme sledovať účinky soli na rastliny.
Dobrá rada: Pokusy si starostlivo časovo naplánujte, aby sa nestalo, že v 3. kroku založíte
pokus v nedeľu doobeda a v utorok kvôli vyhodnoteniu pokusu nepôjdete do školy :D
Vplyv soli na rast klíčnych rastlín obilnín
Vašim materiálom bude obilnina, ktorú si sami zvolíte. Na výber máte pšenicu, jačmeň, raž
a ovos. Budete potrebovať asi 100 zŕn. Od začiatku pokusu priebežne vypĺňajte protokol.
1. krok: Vyberte 80 na pohľad zdravých zŕn. Zrná dajte naklíčiť na 5 vrstiev papierových
kuchynských utierok, vlhčených vodou (z vodovodu). Dbajte na to, aby boli zrná rozložené
v jednej vrstve. Zrná nesmú vyschnúť ani byť ponorené vo vode. O 2 alebo 3 dni, keď
dĺžka koreňa bude približne 1 cm, môžete prejsť na 2. krok.
2. krok: Vyberte si ľubovoľnú látku (dostupnú napr. vo vašej kuchyni), ktorú chcete
otestovať z hľadiska vplyvu na rast.
Pripravte si 4 roztoky:
A: 1 l vody (vodovodnej)
B: 200 mM roztok soli: zmiešajte 1l vody a 11,68 g soli
C: zmiešajte 1 l vody a 5 g vašej látky
D: zmiešajte 1l vody, 11,68 g soli a 5 g vašej látky
Do štyroch čistých 7-dcl pohárov (bežné poháre od zaváranín) nalejte pripravené roztoky,
takmer až po okraj. Zvyšky roztokov, ktoré neminiete, uschovajte a v ďalších dňoch
dolievajte do pohárov podľa potreby tak, aby korene boli vždy ponorené v roztoku. Pozor,
aby ste roztoky nepomiešali.
3. krok: Z hrubého výkresu alebo z kartóna (napr. z krabice od dezertu) vystrihnite 4
štvorce (cca 10x10 cm2). Do každého štvorca urobte 15 dierok, menších ako vaše zrno.
Papierovým štvorcom prikryte pohár. Klíčne rastliny z 1. kroku opatrne oddeľte od papiera,
aby ste ich nepoškodili. Na každý pohár s roztokom pripadne 15 rastlín. Do jednej dierky
vsuňte koreň jednej klíčnej rastliny, tak, aby bol koreň ponorený v roztoku a semeno s
koleoptilou ostali nad papierom. Rastliny nechajte v roztokoch 48 hodín.
4. krok: Po 48 h urobte foto, na ktorom budú všetky 4 poháre s rastlinami.
5. krok: Po 48 h pestovania zmerajte dĺžku koreňa (časť "pod zrnom") a koleoptily (časť
"nad zrnom") a doplňte do tabuľky.
rastlina
1
2
.
.
.
15
priemer
Dĺžka koreňa (mm)
A
B
C
Dĺžka koleoptily (mm)
D
A
B
C
D
Protokol: (foto zo 4. kroku a tabuľka z 5. kroku budú tiež súčasťou protokolu, ktorý
odovzdáte)
Do protokolu zaznačte:
1. Ktorý druh obilniny ste si vybrali ako pokusný materiál? Vypíšte znaky, podľa ktorých ste
spoznali, že ide o tento druh (napr. tvar zrna, veľkosť, farba...). Na list protokolu prilepte
lepiacou páskou 2 zrná, ktoré vám zostali z pokusu.
2. Koľko dní ste v 1. kroku nechali zrná naklíčiť?
3. Aká bola priemerná teplota v miestnosti, kde prebiehal pokus? Líšila sa denná teplota
od nočnej, alebo boli rovnaké?
4. Akú látku ste si v 2. kroku zvolili na otestovanie?
5. Zhodnoťte výsledky. Porovnajte priemery, ktoré ste vypočítali v tabuľke, minimálne a
maximálne hodnoty a na základe toho uveďte, ako soľ a vami zvolená látka ovplyvnili rast
rastlín, jednak samostatne (roztoky B a C) a jednak pri spoločnom pôsobení (roztok D).
4. Úloha
J4. Juniori: Lesk a bieda inzulínu
Keď sa istého dňa roku 1943 cambridgský
postdoktorant Frederick pripojil do výskumnej
skupiny profesora Chibnalla, ešte netušil, že sa
jeho výskum potiahne dlhšie než práve zúriaca
svetová vojna. Úspešný profesor totiž poveril
mladého Fredericka takou jednoduchou úlohou
– stanoviť poradie aminokyselín v molekule
proteínu, čiže zistiť primárnu štruktúru proteínu.
Brnkačka. Až na to, že za onoho času sa
vedelo akurát tak to, že proteíny sú zložené
z 20
druhov
základných
aminokyselín
a jednotlivé aminokyseliny sú pospájané
peptidovou väzbou. Jedinou, presne známou
pozíciou aminokyseliny v proteíne bola poloha
fenylalanínu na N-konci jednej podjednotky inzulínu. Nečudo teda, že sa Frederick
rozhodol pokračovať v prečítaní práve molekuly inzulínu. Ba čo viac, Frederick dokonca
vedel, že pomerne malá a jednoduchá molekula inzulínu neobsahuje dve pomerne bežné
aminokyseliny – tryptofán a metionín. A keď ešte niekde medzi riadkami spomenul
čarovné slovíčko „diabetes mellitus“, mal aj o grantovú podporu postarané. Postup
stanovenia poradia aminokyselín v proteíne je v podstate jednoduchý. Inzulín bol už v tú
dobu komerčne dostupný v čistej forme a tak mohol ísť Frederick rovno na vec.
Sekvenoval aminokyseliny v dvoch opakujúcich sa krokoch. V prvom kroku nechal
kovalentne naviazať reaktívnu látku (FDNB = fluorodinitrobenzén) na N-koniec
peptidového reťazca za vzniku tzv. DNP derivátu. V druhom kroku, pomocou slabej
kyseliny odštiepil N-koncovú aminosyelinu aj s naviazanou reaktívnou látkou od zvyšku
peptidu. Exktrakciou s éterom odseparoval DNP derivát a presnú aminokyselinu
v deriváte stanovil porovnaním rýchlosti rozdelenia v stĺpcovej chromatografii so známymi
rýchlosťami syntetických DNP-derivátov jednotlivých aminokyselín. I tak mu to zabralo
neúprosných 12 rokov. Ešteže Nobelov výbor Frederickovu prácu náležite ocenil.
1. Ako sa volal Frederick celým menom? V ktorom roku a v akom obore mu bola udelená
Nobelova cena za vytvorenie metódy stanovenia primárnej štruktúry proteínov?
2. Súčasný „Frederick“ by sa veru nelopotil s takým náročným postupom stanovenia
poradia aminokyselín v proteíne. Dokázali by ste v skratke navrhnúť inú, nepriamu metódu
zistenia poradia aminokyselín? Uvážte, že v čase, keď Frederick určoval poradie
aminokyselín, sa nevedelo nič o genetickom kóde.
3. Primárna štruktúra proteínov je daná poradím aminokyselín peptidového reťazca.
Nakreslite peptidový reťazec B podjednotky molekuly inzulínu zložený zo štyroch
aminokyselín, ktoré sa nachádzajú na pozícii 18 až 21. Na 18. pozícii je aminokyselina,
ktorej jednopísmenková skratka je V. Na 19. pozícii je aminokyselina, ktorá môže vytvárať
disulfidové mostíky. Na 20. pozícii je jediná aminokyselina, ktorá nie je opticky aktívna.
Nakoniec, na 21. pozícii je aminokyselina s dlhším kyslím postranným reťazcom.
4. Čo sa deje s inzulínom od jeho syntézy na ribozómoch až po uvoľnenie do obehového
systému exocytózou? Napíšte všetky bunkové organely, ktorými putujú molekuly inzulínu
od zmienenej syntézy na ribozómoch až po uvoľnenie von z bunky. Dodržte poradie
organél.
5. Prečo sa inzulín u ľudí s diabetes mellitus I. typu doposiaľ podáva v podobe
subkutánnych injekcií a nie orálne, ako mnoho iných medikamentov? Vysvetlite, prečo
sa diabetes mellitus II. typu za normálnych okolností nelieči aplikáciou inzulínu.
6. Inzulín je signálny proteín, ktorý vykonáva svoju úlohu predovšetkým v pečeni, v priečne
pruhovanom svalstve a tukovom tkanive. Obdobne doplňte tabuľku údajmi o ďalších
proteínoch. Funkcie proteínov sú rozmanité, skúste si preto vybrať spomedzi tých
základných: štruktúrna, zásobná, transportná, pohybová, enzymatická, signálna,
receptorová alebo regulačná.
Proteín
Myozín
Ferritín
Pepsín
Rhodopsín
Kolagén
Transferrín
Funkcia
Miesto pôsobenia (orgán)
S4. Seniori: Biochémia
BRATISLAVA. Škandál! Po sporo osvetlenej chodbe v jednej z Bratislavských
výskumných inštitúcií pobehoval králik. Ten králik by nevyzeral vôbec čudne, len by ste ho
nečakali na takomto mieste. Má však jednu zvláštnosť – ak by ste si ho chceli dať na
masielku s cibuľkou - vyšiel by vás na štvrť milióna eur.
Presne toľko stál vývoj tohto geneticky modifikovaného živočícha, ktorého chovajú
vedci z ÚŠKĽAB SAV (Ústav špeciálnej králičej a ľudskej aplikovanej biológie SAV).
Navyše, jedli by ste pokrok – králik bol totiž upravený tak, aby jeho bunky syntetizovali
proteín ZloRII. Pracovná skupina Dr. Cho na univerzite v Berkeley, USA minulý rok
dokázala, že práve tento proteín je našou najnovšou nádejou v boji proti rakovine[1]. Takto
sa aj naši vedci pripojili k medzinárodnej komunite v tomto súboji o zdravie ľudstva.
Zanedbateľná skupina aktivistov okolo hnutia GreenPiss poukazovala na možné
zneužitie proteínu ZloRII armádou a nejasné pozadie financovania celého projektu.
Armáda SR tieto fámy dementovala. Keď sme sa spýtali riaditeľa ÚŠKĽAB SAV na
vznesené podozrenia, uistil nás o ich nepravde[2].
Bratislava 2011 – copyright by TASR 2011
Prílohy:
1. Originál citovaného vedeckého článku: Cho A.; Yi X.;, Zheng W.; J. of Shady Appl. Mol. Bio., 2010: ZloRII
– biochemical warfare agent with some potential antitumoral activity
2. Doslovné vyjadrenie riaditeľa ústavu: “A čo myslíte, že kto nám zaplatil novú budovu ústavu, há? Milovníci
králikov? A vôbec, choďte aj so svojimi otázkami do šľaka…”
Správa, ktorú TASR uviedla sa nakoniec nedostala ani do televízie a rozhlasu. Priniesli
ju len niektoré celoštátne denníky a väčšina ľudí správičku len tak preletela očami aby
zakotvili pri niečom zaujímavejšom (Exkluzívne! Hviezdy Slovenského šoubiznisu sa
bezuzdne odviazali na golfovom turnaji!). V centrále jednej nemenovanej tajnej agentúry
však vyvolala nemalý rozruch. Získať zdroj proteínu ZloRII sa snažili už niekoľko rokov
a odrazu – ľaľa!
1. Agentúra už mala k dispozícii ZloRI, predchodcu ZloRII. Podarilo sa im totiž
vyšpiónovať sekvenciu mRNA, podľa ktorej sa syntetizuje ZloRI: 5´-AUGUUGCACA.....-3´
Aké bolo poradie báz na DNA, podľa ktorej sa syntetizovala táto mRNA? (uveďte tiež len
prvých 10 báz.)
2. Pri komuikácii vedci/špióni vysvitlo, že okrem samotného poradia báz je dôležitý aj
smer v ktorom sú zapísané – hovorí sa o 5´a 3´ koncoch. Čo vlastne znamenajú symboly
5´ a 3´ ?
Špióni strávili voľákych päť minútiek nad atlasom sveta, kým zistili, že kde je to
Slovensko, potom ešte chvíľu hľadali Bratislavu... Agent Šmidt si nafasoval multifunkčnú
švajčiarsku kudlu, digitálny foťák/zapaľovač a povolenie zabíjať. A za pár hodín už vysadal
na letisku M. R. Štefánika... Už na daľší deň vedel, že osadenstvo ÚŠKĽAB-u chodí
venčiť svojho vzácneho GMO zajaca každý deň do Medickej záhrady. Šmidt počkal kým
odídu a ukoristil zbytok ohryzenej karotky – so stopami DNA!
3. Vzorka sa dostala do centrálnych laboratórií, kde ju prevzala znudená PhD študentka
Tajel. Rozhodla sa DNA namnožiť pomocou PCR. V PCR mašine sa však minula DNA
polymeráza... Tajel nazrela do katalógu DNA polymeráz a vyberá si tú najlacnejšiu (10x
lacnejšia ako Taq DNA polymeráza – no nekúp to!). Po spustení prístroja sa však niečo
kazí – z roztoku sa čosi vyzrážalo a reakcia PCR nebeží... Čo sa stalo?
4. Po neúspechu študentky Tajel dostali posledný zbytok vzorky Ivan a Michail -
emigranti z Ruska. Jeden sa pokúsil izolovať a nakopírovať králičiu DNA vo vzorke a druhý
to isté urobil s RNA. Prístroje tentokrát fungujú na výbornú. Lenže... Ivan ani Michail nikdy
nenosia v labáku rukavice. Po skončení experimentu mal Ivan kopu nukleovej kyseliny,
ibaže jej sekvencia nesúhlasí s králičou ani trochu... Michail naopak nezískal vôbec žiadnu
nukleovú kyselinu... Kto z nich pracoval s DNA a kto s RNA – a prečo s tak odlišným
výsledkom?
Všetky vzorky fuč – a nič z toho! Agent Šmidt musel preto znovu do akcie. Rozhodol sa
na to ísť tentokrát zostra – vlúpať sa na ÚŠKĽAB a získať aspoň nejaké tkanivové kultúry.
5. Vlúpačka prebiehala hladko, Šmidt multifunkčnou švajčiarskou kudlou vypáčil okennú
tabuľku a dostal sa dnu. Keď však fotí svojim miniatúrnym zapaľovačo-foťákom jedno
z laboratórií, vyplašil ústavného kocúra, čo spal na poličke s chemikáliami. Naježený kocúr
naňho zhodil z poličky fľašku s nápisom „Ethidium bromide“. Šmidt sa chytro umýva –
pretože si spomenul na špiónske školenie BOZP (bezpečnosť a ochrana zdravia pri práci),
kde ho upozorňovali na rakovinotvorné účinky etídia... Prečo je vlastne etídium
rakovinotvorné?
6. Tkanivové kultúry dostali do rúk kompetentní vedci. Nezbabrali ani extrakciu DNA,
ani PCR, ani sekvenovanie. Teraz, keď už poznajú sekvenciu, ktorá kóduje proteín ZloRII,
pokúsia sa aj zistiť, ktoré bunky v tkanive vyrábajú najviac tohto proteínu a ktoré najmenej.
Ich plán je nasledovný: pripravia si sekvenciu 10 báz, ktoré sú komplementárne k mRNA
proteínu. Tieto bázy pevne spoja s luminiscenčným farbivom, ktoré im dodajú chemici.
Chemicky modifikovaná nukleová kyselina, čo si takto pripravili sa im teda bude viazať len
mRNA, ktorého množstvo chcú sledovať. Intenzita žiarenia, čo bude vychádzať z buniek
nám potom povie koľko svietiacej nukleovej kyseliny sa naviazalo, teda koľko mRNA bolo
vlastne v bunke.
6a) Prečo si vedci zvolili za cieľ svojej modifikovanej nukleovej kyseliny práve mRNA
a nie DNA?
6b) Chemická divízia dodala vedcom 3 luminiscenčné farbivá: jedno vyžaruje žiarenie
v oblasti UV, druhé v oblasti viditeľného žiarenia a posledné v oblasti IČ. Ktoré farbivo si
majú vedci vybrať na výrobu svojej modifikovanej nukleovej kyseliny? Pri výbere vám má
pomôcť nasledovný graf: udáva koľko žiarenia sa pohltí v tkanive pri rôznych vlnových
dĺžkach. Na osi X sú v grafe označené jednotlivé oblasti vlnových dĺžok, na osi Y je
bezrozmerná absorbancia (čím väčšie číslo, tým viac žiarenia sa pohltilo v tkanive).
Korešpondenčný seminár z biológie 2011/2012
Úlohy druhého kola, 7. ročník
Vydala Prírodovedecká fakulta UK, Mlynská dolina, 842 15 Bratislava 4
Autori: Jaroslav Ferenc, Silvia Hnátová, Zuzana Kochanová, Michal Májek,
Zuzana Varadínová
Táto práca bola podporovaná Agentúrou na podporu výskumu a vývoja
na základe zmluvy č. LPP-0277-09.
http://bio.korsem.sk
Download

2.kolo - Korešpondenčný seminár z biológie