Biologi, våren 2023 – studentprovets uppgifter och lösningar

Väittämä on väärin. Ilmakehästä noin 78 prosenttia on typpikaasua, joten typpeä on ilmakehässä runsaasti eikä vain vähän. Typpi on silti usein minimiravinne, mutta syy on toinen: typpikaasumolekyylin atomien välinen kolmoissidos on hyvin pysyvä, eivätkä kasvit pysty käyttämään sitä sellaisenaan. Kasvit tarvitsevat typen liukoisessa muodossa ammonium- tai nitraatti-ioneina, joita syntyy vain biologisessa typensidonnassa, salamoinnissa ja teollisessa typensidonnassa.

Yleinen ansa on hyväksyä väittämä siksi, että sen loppuosa – typpi minimiravinteena – pitää paikkansa. Monivalintaväittämä on totta vain, jos jokainen sen osa on oikein; tässä perustelu on virheellinen, vaikka lopputulos on oikea.

Väittämä on väärin. Entsyymit ovat päinvastoin tyypillisesti hyvin spesifisiä: yksi entsyymi katalysoi yleensä vain yhtä reaktiota tai hyvin samankaltaisten yhdisteiden reaktioita. Spesifisyys perustuu entsyymin kolmiulotteiseen rakenteeseen ja sen aktiiviseen kohtaan, johon vain sopivan muotoinen substraatti kiinnittyy. Tätä on kuvattu avain–lukko-mallilla ja täsmällisemmin indusoidun sopivuuden mallilla.

Spesifisyys on solun aineenvaihdunnan säätelyn edellytys: koska solussa tapahtuu tuhansia reaktioita samanaikaisesti, niitä voidaan säädellä erikseen vain, jos kutakin katalysoi oma entsyyminsä. Yleinen ansa on ajatella, että entsyymien suuri määrä tarkoittaisi niiden monikäyttöisyyttä; päinvastoin juuri spesifisyys selittää, miksi entsyymejä tarvitaan niin paljon.

Väittämä on väärin. ATP ei muodostu siten, että ADP-molekyyli absorboisi valoenergiaa. Fotosynteesin valoreaktioissa valoenergian absorboivat lehtivihreä eli klorofylli ja muut valoa keräävät pigmentit tylakoidikalvoilla. Absorboitu energia siirtää elektroneja elektroninsiirtoketjuun, jolloin tylakoidikalvon yli syntyy protonigradientti; ATP muodostuu, kun protonit virtaavat takaisin ATP-syntaasin läpi ja entsyymi liittää ADP:hen fosfaattiryhmän.

Yleinen ansa on ajatella, että energiaa siirtyisi suoraan valosta ATP:hen. Välissä on aina pigmenttien absorptio, elektroninsiirtoketju ja protonigradientti; ADP itsessään ei absorboi valoa.

Väittämä on väärin kahdessa kohdassa. Glykolyysi ei tapahdu mitokondriossa vaan solulimassa eli sytoplasmassa, eikä se vaadi happea, sillä se on anaerobinen vaihe. Glykolyysissä glukoosi hajoaa kahdeksi palorypälehappomolekyyliksi, ja vasta nämä siirtyvät mitokondrioon, jossa sitruunahappokierto ja hapettava fosforylaatio tapahtuvat ja happea tarvitaan.

Yleinen ansa on niputtaa koko soluhengitys mitokondrion sisään. Työnjaon muistaminen on olennaista: glykolyysi solulimassa ilman happea, sitruunahappokierto mitokondrion matriksissa ja elektroninsiirtoketju sisäkalvolla hapen avulla. Juuri glykolyysin anaerobisuus selittää, miksi solu saa energiaa myös happivelassa maitohappokäymisen kautta.

Väittämä on väärin. Somaattisissa soluissa eli muissa kuin sukusoluissa tapahtuvat mutaatiot eivät periydy jälkeläisille. Ne voivat vaikuttaa yksilöön itseensä, esimerkiksi aiheuttaa syöpää, mutta ne eivät siirry seuraavaan sukupolveen, koska jälkeläinen saa perimänsä vain sukusoluista. Jälkeläisille periytyvät vain sukusoluissa eli gameeteissa tai niiden kantasoluissa tapahtuvat mutaatiot.

Yleinen ansa on sekoittaa somaattinen ja sukusolumutaatio keskenään. Ero on olennainen myös säteilyn terveysvaikutusten arvioinnissa: somaattiset mutaatiot selittävät säteilyn syöpäriskin, kun taas periytyvät vaikutukset edellyttävät osumaa sukusoluihin.

Väittämä on väärin. Sydämen supistumisvaiheessa eli systolessa veri virtaa kammioista valtimoihin, ei takaisin eteisiin. Paluuvirtauksen estävät eteis-kammioläpät eli purje- ja hiippaläppä, jotka sulkeutuvat kammioiden paineen noustessa. Eteisistä kammioihin veri virtaa lepovaiheessa eli diastolessa, jolloin eteis-kammioläpät ovat auki ja kammiot täyttyvät.

Yleinen ansa on sekoittaa systolen ja diastolen tapahtumat keskenään. Muistisääntönä toimii virtaussuunta: veri kulkee aina eteisistä kammioihin ja kammioista valtimoihin, ja läppärakenteet varmistavat, ettei se pääse palaamaan takaisin.

Väittämä on väärin, sillä operonin koko tarkoitus on nimenomaan mahdollistaa ympäristötekijöiden vaikutus geenien ilmentymiseen. Operoni on bakteerien geenisäätely-yksikkö, jossa saman aineenvaihduntareitin geenit sijaitsevat peräkkäin ja niitä säädellään yhdessä promoottorin ja operaattorin avulla. Klassisessa lac-operonissa laktoosin läsnäolo ympäristössä irrottaa estäjäproteiinin operaattorista, jolloin laktoosin hajotukseen tarvittavat entsyymit alkavat muodostua.

Yleinen ansa on ajatella geenisäätelyä pelkästään solunsisäisenä asiana. Operoni on esimerkki päinvastaisesta: se on mekanismi, jolla solu vastaa ympäristön muutoksiin ja säästää energiaa valmistamalla entsyymejä vain tarvittaessa.

Avainajatus: pisteitä kertyy erillisistä hyödyistä, joten vastauksen kannattaa olla laaja ja ryhmitelty eikä syvälle yhteen aiheeseen menevä.

Täysien pisteiden vastaus kattaa neljä hyötyryhmää. Ilmakehä ja ilmasto: happi on pääosin kasvien tuottamaa, otsonikerros syntyi hapen ansiosta ja kasvit poistavat hiilidioksidia ilmakehästä. Ravinto: hedelmät, viljat ja tärkkelys. Materiaalit ja energia: rehu, kuidut, polttopuu, rakennusmateriaalit, teollisuuden biomateriaalit ja fossiilisten polttoaineiden syntyminen fotosynteesin ansiosta. Kemikaalit ja aineettomat hyödyt: nautinto- ja lääkeaineet, ilman puhdistuminen, elämykset ja estetiikka sekä eroosion esto juurten avulla.

Yleinen ansa on kirjoittaa pitkästi vain fotosynteesistä ja ravinnosta; yksi hyvin selitetty kohta tuo vain yhden pisteen.

Avainajatus: hedelmä on leviämiselin, joka parantaa siementen leviämistä ja suojaa niitä.

Täysien pisteiden vastaus sisältää kolme pistelohkoa. Ensin hedelmän tehtävä: se toimii leviämiselimenä, ja mitä paremmin siemenet leviävät, sitä laajemmaksi lajin levinneisyys muodostuu. Toiseksi suojatehtävä: hedelmä suojaa kehittyviä siemeniä. Kolmanneksi leviämistapojen moninaisuus: erilaiset hedelmätyypit mahdollistavat leviämisen tuulen, veden tai eläinten mukana, ja värikkäät hedelmät houkuttelevat eläimiä, jotka levittävät siemenet ulosteessaan.

Yleinen ansa on selittää hedelmän merkitystä ihmisravintona. Tehtävä kysyy hyötyä kasville itselleen, joten vastauksen on käsiteltävä lisääntymistä ja leviämistä.

Avainajatus: kodoni on kolmen peräkkäisen emäksen ryhmä, joka määrää yhden aminohapon.

Täysien pisteiden vastaus sisältää kaksi asiaa. Ensin määritelmä: kodoni on kolmen peräkkäisen emäksen ryhmä, jonka mukaan lähetti-RNA:ta luetaan. Toiseksi merkitys: translaatiossa kutakin aminohappoa vastaa yksi tällainen kolmikko, ja lähetti-RNA:n kodonia vastaa siirtäjä-RNA:n antikodoni, joka tuo oikean aminohapon ribosomiin.

Yleinen ansa on puhua yleisesti geneettisestä koodista määrittelemättä kolmikkoa. Vastaukseen kannattaa kirjoittaa sana kolme näkyviin ja liittää kodoni nimenomaan lähetti-RNA:n lukemiseen ja yhteen aminohappoon.

Avainajatus: kodoneja on enemmän kuin aminohappoja, koska koodi on redundantti eli sama aminohappo voidaan koodata usealla kodonilla.

Täysien pisteiden vastaus rakentuu kolmesta lohkosta. Ensin laskenta: emäksiä on neljä ja kodoni on kolmen emäksen mittainen, joten erilaisia kodoneja on neljä kolmanteen eli 64; kahden emäksen kodoni tuottaisi vain 16 vaihtoehtoa, mikä ei riittäisi 20 aminohapolle. Toiseksi redundanssi: yhtä aminohappoa voi koodata useita kodoneita, ja useimmiten vain kolmas emäs vaihtelee. Kolmanneksi lopetuskodonit: kolme kodonia ei koodaa mitään aminohappoa vaan päättää translaation.

Ansiona on huomata seuraus: yhden emäksen mutaatio ei välttämättä muuta aminohappoa, mikä suojaa proteiinia.

Avainajatus: histonit ovat proteiineja, joiden ympärille DNA kiertyy, mikä pakkaa pitkän DNA-ketjun tumaan mahtuvaksi kromosomiksi.

Täysien pisteiden vastaus sisältää kolme pistettä tuottavaa asiaa. Ensin määrittely: histonit ovat proteiineja. Toiseksi rakenne: DNA-ketju kiertyy histonien ympärille ja muodostaa nukleosomeja, jolloin ketju lyhenee ja pakkautuu tiiviiksi kromosomiksi. Kolmanneksi merkitys: pakkautuminen on välttämätöntä, jotta tuma voi jakautua ja kromosomit erkaantua siististi.

Ansiona on mainita, että histonit osallistuvat myös transkription epigeneettiseen säätelyyn asetyloinnin ja metylaation kautta. Yleinen ansa on kuvailla kromosomin rakennetta mainitsematta histonien proteiiniluonnetta.

Avainajatus: tehtävä on kaksiosainen – ensin määritelmä, sitten lähteet ja kulkeutumisreitit.

Täysien pisteiden vastaus aloittaa määritelmästä: mikromuovi on alle viiden millimetrin kokoista muovia. Sen jälkeen eritellään lähteet: kosmetiikkaan ja hammastahnaan lisätyt muovihelmet, keinokuituisista vaatteista ja kengänpohjista irtoava muovi, liikenteestä peräisin oleva aines eli renkaat, tiemerkinnät ja asfaltin bitumi sekä maalit. Lopuksi kuvataan kulkeutumisreitit: hulevedet ja valumavedet sekä jätevedenpuhdistamot, joiden läpi hyvin pienet hiukkaset kulkeutuvat.

Ansiona on huomata, että mikromuovia syntyy myös vedessä, kun suurempi muovi hajoaa pienemmiksi osiksi UV-säteilyn vaikutuksesta. Yleinen ansa on käsitellä vain muovijätettä yleisesti.