Задания 2 части ЕГЭ по биологии с развернутыми ответами Рохлова по теме митохондрии и клеточное дыхание.
Задания 2 части ЕГЭ про клеточное дыхание
Объясните, в чём сходство и в чём различия биологического окисления органических веществ в клетке и процесса их горения в неживой природе.
Ответ:
сходства:
1) сложные органические вещества распадаются до более простых с выделением энергии;
2) образуются углекислый газ и вода;
различия:
3) горение - химический процесс, а дыхание - физиологический, идущий под действием ферментов;
4) при горении энергия вещества переходит в тепловую и световую, а при при дыхании энергия преобразуется в энергию связей АТФ;
5) окисление в процессе дыхания происходит медленно (ступенчато), горение - быстро.
Биологическое окисление органических веществ в организме человека сходно по химическому процессу со сжиганием топлива (угля, торфа, дерева). Какие общие с горением продукты образуются в результате этих процессов? Сравните энергетику процессов биологического окисления и горения. В чём их отличие?
Ответ:
1) в результате окисления кислородом органических веществ, как и при горении, образуются углекислый газ и вода;
2) при горении вся энергия выделяется в виде тепла (и света);
3) при биологическом окислении часть энергии запасается в молекулах АТФ.
Почему брожение считают эволюционно более древним типом энергетического обмена, чем аэробное дыхание? В каких структурах эукариотических клеток происходят эти процессы? Какой из вариантов энергетического обмена обеспечивает клетку большим количеством энергии?
Ответ:
1) дыхание требует наличия кислорода, а в атмосфере древней Земли кислорода не было;
2) брожение происходит в цитоплазме (цитозоле);
3) аэробное дыхание происходит в митоходриях;
4) большее количество энергии (АТФ) дает аэробное дыхание (более 30 АТФ на 1 молекулу глюкозы).
Общая масса митохондрий по отношению к массе клеток различных органов крысы составляет: в поджелудочной железе – 7,9%, в печени – 18,4%, в сердце – 35,8%. Почему в клетках этих органов различное содержание митохондрий?
Ответ:
1) митохондрии являются энергетическими станциями клетки, в них синтезируются и накапливаются молекулы АТФ;
2) для интенсивной работы сердечной мышцы необходимо много энергии, поэтому содержание митохондрий в ее клетках наиболее высокое;
3) в печени количество митохондрий по сравнению с поджелудочной железой выше, так как в ней идет более интенсивный обмен веществ.
На каком этапе энергетического обмена происходит окислительное фосфорилирование? В чем заключается его биологический смысл? Какие продукты образуются в результате этого процесса?
Ответ:
1) кислородный (аэробный) этап энергетического обмена;
2) электроны от переносчиков (НАД-Н и ФАД-Н) переносятся по электрон-транспортной цепи до кислорода;
3) энергия электронов тратится на создание протонного градиента;
4) протонный градиент обеспечивает работу АТФ-синтазы (синтез АТФ; фосфорилирование АДФ);
5) вода и АТФ.
Известно, что реакции метаболизма ускоряются ферментами. К каким последствиям приведёт снижение активности ферментов, участвующих в кислородном этапе энергетического обмена животных?
Ответ:
1) скорость реакций кислородного дыхания замедлится;
2) клетки будут получать энергию только за счет бескислородного дыхания (гликолиза, брожения);
3) клетки будут испытывать недостаток энергии;
4) в клетках накопятся продукты брожения (лактат; молочная кислота), отравляющие клетку.
Действие некоторых лекарственных препаратов связано с подавлением ферментативных процессов в клетках бактерий. Препараты подавляют активность ферментов, обеспечивающих процесс окислительного фосфорилирования. Синтез какого вещества подавляют эти препараты? Где происходят эти процессы в клетке бактерии? Почему прием этих препаратов приводит к прекращению деления и гибели бактерий?
Ответ:
1) эти препараты подавляют синтез АТФ.
2) эти процессы происходят в клетке бактерии на выростах плазматической мембраны.
3) бактерии погибают из-за недостатка энергии (нарушения процессов пластического обмена).
Объясните, почему в клетках мышечной ткани нетренированного человека после напряжённой физической работы возникает чувство боли. Почему эта боль проходит быстрее при приеме горячей ванны или массажа?
Ответ:
1) при напряжённой физической работе в клетках мышечной ткани возникает недостаток кислорода;
2) происходит молочнокислое брожение, в результате которого накапливается молочная кислота (лактат);
3) молочная кислота вызывает ощущение боли в мышцах;
4) горячая ванна и массаж обеспечивают приток крови к мышцам;
5) кровь уносит избыток лактата ИЛИ кровь обеспечивает приток кислорода для окисления лактата.
В процессе изготовления вина на ёмкость с брагой надевают сверху крышку с гидрозатвором (устройством, которое наружу газы выпускает, а внутрь не впускает). Для чего используется данная деталь в конструкции гидрозатвора? Ответ поясните.
Ответ:
1) Для изготовления вина используются дрожжи, которые осуществляют спиртовое брожение.
2) При спиртовом брожении выделяются спирт и углекислый газ.
3) Углекислый газ необходимо выпускать из ёмкости, чтобы её не разорвало давлением.
4) Кислород воздуха нельзя впускать в ёмкость, чтобы дрожжи не перешли на кислородное дыхание.
Рассмотрите рисунок, изображающий строение сперматозоида и поперечный срез в области шейки сперматозоида. Какие органоиды обозначены вопросительным знаком? Какую роль они играют в функционировании сперматозоида?
Ответ:
1) митохондрии;
2) для активного движения сперматозоида необходимо много энергии (АТФ);
3) в митохондриях синтезируются молекулы АТФ (происходит окислительное фосфорилирование).
Какой органоид изображён на схеме? Какие его части отмечены цифрами 1-6? Какой процесс происходит в этом органоиде?
Ответ:
1) митохондрия;
2) 1 – наружная мембрана,
3) 2 – внутренняя мембрана,
4) 3 – АТФ-синтаза (грибовидные тела),
5) 4 – межмембранное пространство,
6) 5 – матрикс,
7) 6 – кристы;
8) биологическое окисление (аэробное дыхание);
9) синтез АТФ.
На электронной микрофотографии изображена органелла, встречающаяся в большинстве эукариотических клеток. Назовите эту органеллу и признаки, по которым вы ее определили. Какой процесс с участием данной органеллы показан на рисунке? Какая органелла растительной клетки также способна к этому процессу? Ответ обоснуйте.
Ответ:
1) на электронной микрофотографии изображены митохондрии;
2) имеются наружная и внутренние мембраны (кристы);
3) показан процесс деления митохондрии;
4) в растительных клетках делиться могут также пластиды (хлоропласты);
5) митохондрии и пластиды – полуавтономные органоиды (имеют собственную ДНК, РНК, рибосомы).
На рисунке изображен процесс, иллюстрирующий доказательство одной из теорий в области эволюции органического мира. Как называется эта теория? Назовите ее доказательства. Какая органелла изображена на рисунке? Какова основная функция структур, обозначенных цифрой 1?
Ответ:
1) теория симбиогенеза (симбиотическая теория, эндосимбиотическая теория, теория эндосимбиоза);
2) доказательства теории заключаются в сходстве (родстве) митохондрий (и пластид) с прокариотами;
3) размножаются бинарным делением (простым делением надвое);
4) имеют две мембраны;
5) генетический материал — кольцевая ДНК;
6) рибосомы прокариотического типа (70S);
7) митохондрия;
8) кристы (складки внутренней мембраны) обеспечивают процесс окислительного фосфорилирования (содержат АТФ-синтазу).
Какая клеточная структура показана на рисунке? Приведите по меньшей мере два аргумента для обоснования своей точки зрения. С помощью какого микроскопа возможно получить такое изображение? Какая ткань, мышечная или хрящевая, будет содержать такую структуру в большем количестве? Ответ поясните.
Ответ:
1) митохондрия;
2) две мембраны (наружная и внутренняя);
3) внутренняя мембрана образует складки - кристы;
4) электронный микроскоп, так как имеет большую разрешающую способность;
5) мышечная ткань содержит больше митохондрий, чем хрящевая, так как затрачивает больше энергии АТФ при функционировании;
6) функция митохондрий – синтезировать АТФ (в аэробном этапе энергетического обмена).
Экспериментатор взял два одинаковых термоса. В первую емкость он поместил 100 г сухих семян гороха, во вторую – 100 г набухших семян гороха. Перед тем, как закрыть термосы, экспериментатор измерил температуру. Для обоих термосов она составила 24°С. Через сутки экспериментатор открыл оба термоса и снова измерил в них температуру. В первом термосе она не изменилась, во втором – повысилась до 26,5°С. Объясните результаты эксперимента. Как изменился состав воздуха во втором термосе за время эксперимента? Каким наиболее простым методом в этом можно убедиться?
Ответ:
1) в сухих семенах не происходит дыхание ИЛИ интенсивность дыхания сильно снижена ИЛИ сухие семена находятся в состоянии покоя, поэтому температура в первом термосе не изменилась;
2) в набухших семенах идет процесс дыхания с выделением тепла, поэтому температура во втором термосе увеличилась;
3) во втором термосе снизилось содержание кислорода;
4) во втором термосе повысилась концентрация углекислого газа;
5) при опускании зажженной лучины во второй термос она потухнет (углекислый газ не поддерживает горение).
Биотехнологи исследовали численность живых клеток дрожжей при их росте на виноградном сусле при температуре 25 оС. Культуры дрожжевых клеток и питательную среду помещали в колбы, закрытые пробкой с гидрозатворным клапаном (устройством, которое выпускает газы наружу, но не пропускает внутрь), и колбы, закрытые ватными тампонами (пропускающими воздух). Результаты эксперимента отражены на графике. Какой процесс энергетического обмена преобладал у дрожжей в колбах, закрытых пробками? Объясните, почему при отсутствии воздуха плотность живых клеток дрожжей в среде была ниже, чем при наличии кислорода. Для чего необходимо было снабдить пробки гидрозатворным клапаном? Почему колбы прикрывали ватными тампонами, а не оставляли просто открытыми? Ответ поясните.
Ответ:
1) процесс спиртового брожения;
2) в бескислородных условиях в колбе накопился этиловый спирт, являющийся токсичным для дрожжей;
3) брожение (анаэробный метаболизм) энергетически менее эффективно, чем кислородный (аэробный) метаболизм;
4) одно и то же количество сахаров (питательных веществ) в бескислородных условиях может обеспечить жизнедеятельность меньшего количества клеток, чем в кислородных условиях;
5) гидрозатворный клапан выпускал из колбы углекислый газ, образующийся при брожении;
6) гидрозатворный клапан не пропускал в колбу воздух (кислород);
7) ватный тампон препятствовал испарению жидкости из колбы;
8) ватный тампон препятствовал попаданию в колбу посторонних микроорганизмов (пыли, частиц).
Экспериментатор изучал скорость размножения молочнокислых бактерий при различной фиксированной температуре. Для этого он вносил некоторое количество бактерий в молоко и подсчитывал количество микроорганизмов в разных пробах каждые 4 часа. Результаты эксперимента показаны на графике. Как влияет температура на скорость деления молочнокислых бактерий? Ответ поясните. Из какого соединения молочнокислые бактерии производят лактат (молочную кислоту)? До каких конечных продуктов и при каком условии расщепляется молочная кислота в клетках человека?
Ответ:
1) повышение температуры приводит к ускорению деления (размножения) бактерий;
2) повышение температуры приводит к ускорению реакций обмена веществ (увеличивает скорость химических реакций);
3) из глюкозы (пировиноградной кислоты; лактозы; сахаров);
4) конечные продукты: вода, углекислый газ;
5) условие: наличие кислорода (аэробное окисление; дыхание).
Экспериментатор изучал скорость размножения молочнокислых бактерий при различной фиксированной температуре. Для этого он вносил некоторое количество бактерий в молоко и подсчитывал количество микроорганизмов в разных пробах каждые 4 часа. Результаты эксперимента показаны на графике. За счет какого метаболического процесса молочнокислые бактерии получают энергию? Какие продукты реакции при этом образуются? Какова положительная роль молочнокислых бактерий в жизни человека? Приведите два примера.
Ответ:
1) за счет гликолиза (бескислородного расщепления)
ИЛИ
1) молочнокислого брожения;
2) гликолиз: пируват (пировиноградная кислота), АТФ
ИЛИ
2) молочнокислое брожение: лактат (молочная кислота), АТФ;
3) препятствуют процессам гниения;
4) предотвращают размножение патогенных бактерий (во всех полостях человека и на поверхности кожи);
5) используется в пищевой промышленности (для изготовления кисломолочных продуктов; при квашении и консервации овощей).
Экспериментатор решил изучить процесс работы мышц у домовой мыши (Mus musculs). Для этого он исследовал состояние мышц тренированных и нетренированных мышей, подвергая их одинаковым нагрузкам. Результаты эксперимента показаны на графике. Как, согласно графику, влияет степень тренированности мышц на количество лактата (молочной кислоты), образующегося при их работе? Почему лактат (молочная кислота) образуется в мышцах при длительной нагрузке? Ответ поясните.
Ответ:
1) у тренированной мыши скорость накопления (количество) лактата (молочной кислоты) ниже, чем у нетренированной (или наоборот);
2) при длительной нагрузке в мышцах возникает недостаток кислорода (мышцы испытывают гипоксию);
3) мышцы переходят на анаэробный (бескислородный) метаболизм (молочнокислое брожение), в ходе которого образуется лактат.
Экспериментатор решил изучить процессы обмена веществ на культуре клеток сердечной мышцы. Для этого он выделил клетки сердечной мышцы кролика и измерял потребление ими глюкозы при пониженной концентрации кислорода (в организме в норме насыщение кислородом составляет 90-95%). Результаты эксперимента представлены в таблице. Почему даже при низкой концентрации кислорода выработка АТФ клетками сохраняется? Как изменится выработка АТФ, если в среду добавить ротенон (ингибирует электрон-транспортную цепь на кристах митохондрий)? Ответ поясните.
Ответ:
1) потребность клетки в АТФ постоянна;
2) возрастает потребление глюкозы на бескислородном этапе;
3) ингибитор (препарат) нарушит (прекратит) окислительное фосфорилирование на кристах;
4) процесс синтеза АТФ на кристах (мембране) митохондрий прекратится.
Экспериментатор решил изучить процесс работы мышц у профессиональных спортсменов и людей, не имеющих в течение длительного времени систематических физических нагрузок. Он отобрал по 20 восемнадцатилетних юношей в каждую группу испытуемых и исследовал концентрацию лактата в крови до и после одинаковых физических нагрузок. Результаты эксперимента показаны в таблице. Как, согласно результатам эксперимента, степень тренированности мышц влияет концентрацию лактата в крови после физической нагрузки? Почему концентрация лактата после нагрузки возрастает? Ответ поясните. Из какого соединения в клетках человека синтезируется лактат?
Ответ:
1) у тренированных людей концентрация лактата в крови ниже, чем у нетренированных (или наоборот);
2) при физической нагрузке в мышцах возникает недостаток кислорода (мышцы испытывают гипоксию);
3) мышцы переходят на анаэробный (бескислородный) метаболизм (молочнокислое брожение), в ходе которого образуется лактат;
4) лактат синтезируется из пирувата (ПВК, пировиноградной кислоты) ИЛИ лактат образуется из глюкозы.
Экспериментатор решил изучить процессы обмена веществ на культуре клеток сердечной мышцы. Для этого он выделил клетки сердечной мышцы кролика и измерял потребление ими глюкозы при пониженной концентрации кислорода (в организме в норме насыщение кислородом составляет 90–95%). Результаты эксперимента представлены в таблице. На каких этапах энергетического обмена происходит образование АТФ? Сравните энергетический выход в этих процессах. Почему при низкой концентрации кислорода в среде с культурой клеток постепенно возрастает кислотность среды?
Ответ:
1) бескислородное окисление (гликолиз)
2) выход составляет 2 АТФ;
3) кислородное окисление;
4) выход составляет 34 АТФ (36, 38 АТФ);
5) при низкой концентрации в среду из клеток постоянно выделяется лактат (молочная кислота).
Ученый провел эксперимент с дрожжами. Для этого в пять емкостей объемом по 200 мл он вносил суспензию дрожжей в одинаковой концентрации, в избытке добавлял сахар, а затем помещал эти емкости в условия с различной концентрацией кислорода. Измерялось количество этилового спирта, образованного за час. Результаты приведены в таблице. Почему в условиях свободного доступа кислорода дрожжи практически прекращают выработку спирта? Как изменятся результаты опыта, если до проведения эксперимента суспензии дрожжей прокипятят? Ответ поясните.
Ответ:
1) при наличии кислорода дрожжи будут использовать аэробное окисление глюкозы (будут осуществлять клеточное дыхание);
2) при аэробном дыхании спирт не образуется (спирт образуется в анаэробных условиях при спиртовом брожении);
3) при кипячении дрожжи погибают (происходит денатурация ферментов, участвующих в брожении);
4) образование спирта происходить не будет.
Исследователь провел эксперимент с дрожжами. Для этого в пять емкостей объемом по 200 мл он вносил суспензию дрожжей в одинаковой концентрации, добавлял сахар, а затем помещал эти емкости в условия с различной концентрацией кислорода. Измерялось количество этилового спирта, образованного за час. Результаты приведены в таблице. Какой вывод мог сделать исследователь после проведенного эксперимента? Объясните полученные результаты. Как изменятся результаты опыта, если поместить емкости с дрожжами в термостаты при температуре 70 оС? Ответ поясните.
Ответ:
1) чем выше концентрация кислорода в емкости, тем ниже скорость образования этилового спирта;
2) при наличии кислорода дрожжи переходят на аэробное окисление глюкозы (осуществляют клеточное дыхание);
3) при аэробном дыхании спирт не образуется (спирт образуется в анаэробных условиях при спиртовом брожении);
4) образование спирта происходить не будет;
5) при нагревании дрожжи погибают (происходит денатурация ферментов, участвующих в брожении).
