一實驗試題 (II)
中華民國生物奧林匹亞競賽代表團
實驗二:微生物學&生化學(續)
任務二:一個月安基酸的滴定 (50 分) 【背景知識】
胺基酸是有機分子，同時擁有竣基(
carboxyl
groiup) 和胺基 (amino group) 。表 l秀出 20 種胺基酸，細胞用其來建構成千上萬的蛋臼質。大部分的標準胺基酸為雙氫離 子可解離的分子，因為他們有兩個可以解離的氫離子:一個在胺基，男一個在矮基;倒 基 (R group) 則沒有可解離的氫離子。請回想:對一個HA 的酸來說，平衡狀況下之 HA 的解離常數以此表示 Ka = [H+][A一 ]
I
[HA]
酸之 pKa
的酸強度以此表示 pKa= 一 logKa
在滴定一個雙氫離子可解離的胺基酸時，滴定曲線將有兩個步驟:當較酸之援基(較 小之 pKal) 和較不酸之胺基 (pKd 依序失去他們的氫離子時。此外，分子淨電荷為零 時之溶液 pH 值即稱為該分子的等電點( pI) 。等電點( P I)是一個用於分析和純他分子 的有用常數。等電點( pI) 可以按照負電性 pKa
和正電性 pKa
間之滴定曲線的曲折變化， 憑經驗來測定其數值。 兩個解離步驟之明確的 pKa 值，可以從每個滴定步驟之滴定中點推得。其方程式(
Henderso 心 Hasselbach equation) 以此表示:pH
=pKa
+
log { [A-]
I
[HA] }
pK
a1
為矮基的 pKa
' 是酸性基團被滴定的中點。因此方程式可變成:pH
= pKa
同樣 的 ， pKa2
為胺基的 pKa
'也可以按此被測定。本實驗，你將滴定一個禾知的胺基酸 Z ， 並且得出它的等電點 pi 、它的 pKal 和 pKa2 0 【實驗步歸】 卜填充標準氫氧化納溶液至滴定管中。紀錄標準氫氧化室內溶液之濃度至答案卷上。2
以玻璃吸管吸取 25 1111 的未知胺基酸溶液 Z 至 100 ml 的乾淨燒杯。3
小心地將 pH 電極和一個攪拌子放至胺基酸溶液中。 pH 電極必須足夠地伸人溶液 中，但是不可碰觸到攪拌子或燒杯。夾住 pH 電極並調整位置，以免攪拌子在旋轉 時打到電極。不要碰觸酸鹼度計的校正鍵( CALIBRATION) 。科學教育月刊 第 387 期 中華民國 105 年 4 月 4. 滴定 1 :以去離子水浸洗 pH 電極。以一張 Kimwipe 拭紙，輕輕的吸乾 pH 電極。 加入氫氧他納之前，請讀取未知胺基酸溶液 Z 的 pH 值。 接著以滴定管內的氫氧他納滴定胺基酸溶液。每次加人大約 1 ml 的氫氧化納至胺 基酸溶液中。請在每次加人 I ml 的滴定液之後，紀錄己加入之氫氧化納的精確體 積，以及溶液的 pH 值至答案卷上。 持續滴定與紀錄，直到大約 25 m1 的氫氧化訥被加至溶液中。 5. 重複此滴定實驗(滴定 2): 以去離子水浸洗 pH 電極。以一張 Kimwipe 拭鏡紙， 輕輕的吸乾 pH 電極。重新將標準氫氧化鍋溶液注人滴定管中，並且重複步驟 2 到步驟 4 。 盟盟主主主(每小題 3 分 x3 '共 9 分) 表 l 秀出 20 個標準胺基酸的化學結構。參照這些結構，分別畫出甘胺酸 (Glycine) 、 輔胺酸 (Proline) 和天鬥冬臨胺酸 (Asparagine) 之所有可能的解離結構。 盟是 2.2 (每小題 3 分泣，共 6 分) 進行兩次滴定時，請紀錄加人之氫氧他納的體積 (ml)和觀察到之未知胺基酸的 pH 值。 且直主主(每小題 5 分 x2 '共 10 分) 請將你兩次滴定所得到的數據，分別畫於答案卷所提供的圖 l 和圖 2( Y 軸為 pH 值， X 軸為氫氧他納的體積)。 盟盟主工生(每小題 2 分 x2 '共 4 分) 從你的滴定曲線，找出等電點( p
I)
，並且標示於每一個圖上。 間額 2 .4 .1(2 分) 你得到的平均 pi 值為何? 固昆主豆(每小題4 分 x2 '共 8 分) 找出並標示出每一個圖上的pKal
和 pKa2
問題 2.5.1(每小題 2 分 x2 '共 4 分) pKal 的平均值為何 ? pKa2 的平均值為何? 盟軍 2.豆 (5 分) 0.9210 克的未知胺基酸 Z 被溶解於 80 ml 的去離子水，請計算出未知胺基酸Z 的分 子量。注意.為7 讓一開始時之胺基酸是處於完全接上氫的狀況，體酸溶液已經被 加在樣品當中了。這相當於3.2 ml 的氫氧化納溶液。因此為了決定達到等電點所需 之實際氫氧化納的真耳數，請從達到第一個滴定終點的氫氧化納體積扣除3.2 ml 。盟盟主主 (2 分)
依據表二，請鑑定出胺基酸 Z 為何?
a. 甘胺酸 b. 瞄胺酸 c. 天門冬臨胺酸 d 酪胺酸 e. 色胺酸
表 I
:
20 個標準胺基酸的化學結構Twenty standard Amino Acids
onpolar,aliphatic RlP可 up
M斗立
COO H-N C?-H HJ 妙的回 Alanine?∞
H,
CH,
IILeucine Me也lonu睡 1圓leud
IIlOH Ii
吋.... Til
p間 line
表 2: 胺基酸的分子量
Poln.r,"，neb".，官edRIl'呵呵
pllr或!:， n
ell
,
。，moUeR group
Pbenylo1onineτ'yrosine Tryptophan
:00
PositivelychargedR group
gatively charged R group
O
HaN-(;-H
fH2
(;H
2COO
Glutama
Aspartate
Amino
acid 胺基酸MW
(g/mole)分子量Glycine 甘胺酸
75
Proline 闢胺酸115
Asparagine 天門冬酪胺酸132
Tyrosine 酪胺酸181
Tryptophan 色胺酸204
IUlaminc 比N-C→4 H，N一~-H 'lI這 IIfHZ
NH 2daz HHHHclccl
O
HaN一?-H?Hz
COO
科學教育月刊 第 387 期 中華民國 105 年 4 月
實驗三:植物多樣性、解剖及生理學
總分 100 分 總操作時間: 90 分鐘 【實獻材料與器材】 第一部分:植物多樣性及解剖學Materials and equipment
Quantity
Unit
四種小苗 A ，
8
,
C and 0
(置於塑膠杯中) 標本 種子/繁殖體 1- 7
(置於有編號的塑膠袋中) 標本 標本 E (置於有編號的塑膠袋中) 標本 刀片(用於種子 3 及 5) 片 剪刀(用於種子 4 及標本 E) 把 小型放大鏡 Piece 支 第二部分:植物解剖及生理學Materials and equipment
Quantity
Unit
葉片 L (置於 L 培養血中)
2
個 莖段 s (置於 S 培養血中)2
個 濃鹽酸(放在燒杯內且標示 H 的瓶中) 瓶 染劑(標示為 P 的瓶中) 瓶 水(洗瓶中) 瓶 j慮紙2
張 鋪子支
刀片
2
片 塑膠滴管 個 裝了水的培養血(標示為 W) 個 培養血(標示為 LL ， LU 及 ss 並有正確的考生編號)3
個 小燒杯 個 載玻片3
片 蓋玻片3
月 光學顯微鏡 LE3A第一部分:植物多樣性及解剖學 A 部分:小苗形態(總共 14.25 分) 盟昆主!(每小題。 5 分，共 8 分，繪圖清楚程度 2 分;保持標本完整、未遭破壞 2.25 分) 在查室主區上的對應方格中，分別畫出小苗 A-D 的簡圈，用下列所示的英文字母 (a-e) 來標示出適當構造，並將該小苗沒有的構造，填在該方格下方橫線上。 a. 子葉 b 上胚軸 c 下胚軸 d. 葉片 e. 種皮 B 部分:種子形態及解剖學(總共 27. 25 分) 前題所用的小苗分別來自種子 1-4 盟昆主主(每小題 0.25 分，共 2.75 分) 在答案紙上的對應方格中，分別重出整個種子 1-6 的簡圈， (注意:不用董種子 7
;
種子 5 的種皮已經被移除) ，用下列所示的英文字宙 (a 及 b)來標示出適當構造，並將 該種子沒有的構造，填在該方格下方橫線上。 a 種皮 b. 連接在胚珠柄的位置 盟軍1.主(每小題 0.5 分，共 12 分，繪闡清楚程度 l 分) 在畫完每個種子的外形後，將種子縱切，在答案紙上的對應方格中，分別畫出種子 的縱剖面圖， (注意:部分種子己先幫你切好 7; 種子 5 的種皮已經被移除)，並用 下列所示的英文字母 (a-
d)來標示出適當構造 a. 子葉 b. 養分儲存處 C 下胚軸 d 種皮 盟直1. 4(每小題 0.5 分，共 1 1. 5 分) 在笙室主區上的表格中填人 Q 1. 3 所用的種子各構造 (a-d) 之染色體套數 (IN ，2N or 3N)
c 部分:榕團植物繁殖體(散播單位) (5 分) 盟盟斗主 (1+1+3 分，共 5 分) 將標本 E 作縱切，先畫出此繁殖體(散播單位)的縱切面，再畫出一小部分放大圖指 出下列微細部分(a- c)
a. 果實 b. 種子 c. 柱頭 D 部分:種子及小苗的功能、生態及親緣關係(13.5 分) 盟盟L豆(每小題 0.5 分峙，共 4.5 分) 根據在以上人 Band C 三項中的觀察，與答案紙上所提供的表格，寫出該子葉的主 要功能: p 代表光合作用或是 S 代表儲存養分，以及種子可能萌發型式:0 代表種 子可進人休眠或是 R 代表種子不會進人休眠。科學教育月刊 第 387 期 中華民國 l05 年 4 月 盟盈...Ll (每小題 l 分 x5 '共 5 分) 根據以上表格及你所畫的圖，判斷下列敘述的真( v")或偽 (X) 。 a. 所有熱帶植物皆為種子不休眠型 b. 裸子植物大多具有 2 月子葉 c. 子葉功能可顯示植物有親緣關條之重要特徵
d
同科植物的種子大小差異很大，且可能不會是顯示科內親緣關條之重要特徵 e. 大型種子可能對某些生長在熱帶雨林之植物是有利的 盟軍 1 三星(每小題 l 分 x4 '共 4 分) 在下一頁的圖分別為錦葵科 (Malvaceae) 與桑科 (Moraceae)親緣關條樹、及種子植物 之簡他親緣關條樹。根據此資訊以及在本質作中你所觀察的標本，判斷下列敘述的 真( v")或偽 ( X) ， 或用(一)代表證據不足以判斷，請在笠室主區上以適當符號標示。 a. 大型種子分別在多個不同支象中出現 b. 大型種子在某些支象中已經重複演他過多次c
相對於溫帶植物，不休眠型的種子與熱帶植物比較有相關d
裸子植物不能產生與動物傳播有關的多汁構造，因為這些植物沒有子房 Phylogeny of Malvaceae 錦葵科親緣關條樹 Malvoideae (Seed3) Bom bacoi deae Tilioideae Dom beyoi deae Stercul i oideae 巳 rownlowi oideaeHelicteroideae (Seed1) Grewioideae Byttneri oideae ρLV mM ρiv piv nu rs
岫瀾
fnt
O 閉目 f 自凹叩緣
何親
y
科
叫桑
F.
回-Ficeae (SpecimenE) Castilleae Dorsteni eae MaclureaeA代 ocarpeae(Seed2)
Simplified phylogeny of seed
plants 種子植物之簡化親緣關條樹 裸子植物(Seeds 5
,
6
,
7)
(種子 5 ， 6 ，
7)
單子葉植物 最科及親緣相近的科(種子 2 及標本 E) 錦葵科，無患子科及親緣相近的科(種子 1 ， 3 ， 4) 菊科及親緣相近的科 第二部分:植物解剖及生理學 (40 分) A 部分:某植物莖的解剖學 (13 分) 【步聽】 卜用刀片將莖橫切(盡可能切薄)2
將切下的切片浮在裝水的培養血 W 中 3. 在載玻何加一滴水並取最好的切片放在玻片中央 4. 加一滴 phloroglucin 染劑 (P)在橫切切片上，再加一滴濃鹽酸 (H) (注意:小心使用強 酸) 5. 等一分鐘，然後以濾紙將多餘染料吸掉 6. 蓋上蓋玻片，在光學顯微鏡下以低倍 (4x)物鏡觀察 在笙室主區上回答下列問題 盟昆主主( I 分) S 為單子葉或雙子葉植物的莖?用 M 代表單子葉， D 代表雙子葉科學教育月刊 第 387 期 中華民國 105 年 4 月 盟最2二三( I 分) 此莖切片中有髓嗎?以 ( ，f) 代表有; (x) 代表無 盟昆主主主( 1 分) 維管束位於此莖中的何處?以 C 代表中央， P 代表近邊緣 盟盟主主主(每小題 0.5 分 x3 '共1. 5 分) 根據你的觀察， S 是灌木、喬木或草本植物的莖?在答案紙上分別以 ( ，f) 代表正確、 (x) 代表錯 盟盟主工主(每小題。 5 分) 在答案紙上以 ( ，f) 標出下列哪個組織會染成紅色? a. 皮層 b. 內皮 C. 表皮 d. 韌皮部 巴.木質部 7. 當你完成 A 部分，將你作好的切片玻片放在標有 ss 的培養血中，以作為評分之用。 盟盟主主豆 (8 分) B 部分:探討葉片表皮及其生理學 (17 分) (i) 下表皮【步聽】 1.以鋪子撕下葉片 L 的下表皮
2
載玻片上加一滴水，將下表皮放在水中，再蓋上蓋玻片3
在光學顯微鏡 lOx 物鏡下檢視之 在查室主區上回答下列問題 盟盟主之 (2 分) 有看到氣孔嗎?以 (，f)代表有; (其)代表沒有 盟置于三三星 (3 分) 測量 5 個可代表大部分細胞形態的表皮細胞之長度與寬度， lOx 物鏡下的目鏡測微 尺之最小刻度為 10μill ，計算其平均的長度與寬度，並填人表中。4
當你完成 B 部分 (i) ，將你作好的表皮玻片放在標有 LL 的培養血中，以作為檢查 你的測量是否正確之用。 (ii) 上表皮【步聽】 1.以鏡子撕下葉片 L 的上表皮，你可用之前使用的葉片，或再從培養血 L 中取另一新鮮葉片 2. 載玻片上加一滴水，將下表皮放在水中，再蓋上蓋玻片
