Materiał źródłowy do zadania
Kwas foliowy (witamina z grupy B) jest niezbędny przy podziale komórkowym i dlatego odgrywa szczególną rolę w tkankach, w których podziały komórkowe są intensywne. Pełni on funkcję koenzymu w reakcjach przenoszenia grup jednowęglowych w procesie syntezy zasad purynowych i pirymidynowych. Podczas tych reakcji kwas foliowy ulega utlenieniu, a regenerowanie polega na ponownej jego redukcji. Antagonistą kwasu foliowego jest metotreksat (MTX). Wiąże się on z centrum aktywnym enzymu odpowiedzialnego za reakcję redukcji kwasu foliowego 10 000 razy silniej niż naturalny substrat. Metotreksat działa swoiście na dzielące się komórki, głównie w fazie S cyklu komórkowego, i dlatego jest stosowany w leczeniu wielu chorób nowotworowych. Ubocznym skutkiem opisanej chemioterapii okazuje się wpływ leku na inne prawidłowo dzielące się komórki organizmu, np. na niewyspecjalizowane komórki szpiku kostnego.
Na podstawie: J. Berg, J. Tymoczko, L. Stryer, Biochemia, Warszawa 2009.
Określ, czy podczas leczenia pacjenta chemioterapią, z wykorzystaniem dużych dawek MTX, można odwrócić inhibicję reakcji redukcji kwasu foliowego za pomocą wysokiej dawki tego kwasu. Odpowiedź uzasadnij, odwołując się do właściwości metotreksatu.
Podpowiedź
Opracowanie redakcyjne
Podpowiedź 1
Porównaj teoretyczne wypieranie inhibitora przez nadmiar substratu z podanym powinowactwem MTX. Czy potrzebne stężenie byłoby osiągalne w organizmie?
Podpowiedź 2
Przy 10 000-krotnej przewadze powinowactwa praktyczne ograniczenia stężenia są rozstrzygające. Nie wyjaśniaj odpowiedzi ogólną nieodwracalnością wszystkich inhibitorów kompetycyjnych.
Podpowiedź 3
Odpowiedz „nie w opisanych warunkach” i wskaż bardzo duże powinowactwo MTX. Nie utożsamiaj zwykłego kwasu foliowego z kwasem folinowym.
Odpowiedź
Odpowiedź przykładowa / klucz CKE
• Nie, ponieważ MTX łączy się z centrum aktywnym 10 000 razy silniej niż kwas foliowy.
• Nie można, ponieważ niemożliwe jest osiągnięcie w komórce na tyle wysokich stężeń kwasu foliowego, aby skutecznie współzawodniczył o miejsce aktywne enzymu z MTX, który ma do niego 10 tys. razy większe powinowactwo.
• Inhibicja opisanego enzymu przez MTX jest praktycznie nieodwracalna, ponieważ MTX ma silne powinowactwo do centrum aktywnego enzymu. Odwrócenie inhibicji wymagałoby niemożliwego do osiągnięcia w organizmie, znacznego zwiększenia stężenia utlenionej formy kwasu foliowego.
• Chociaż ten typ inhibicji jest odwracalny, to ze względu na bardzo silne powinowactwo MTX do centrum aktywnego enzymu inhibicja tej konkretnej reakcji nie może być zniesiona w organizmie pacjenta.
Uwaga: Nie uznaje się odpowiedzi, w których zdający wykazuje niezrozumienie mechanizmu inhibicji kompetycyjnej, np. „Nawet duża dawka kwasu foliowego nie zdoła odłączyć MTX od centrum aktywnego enzymu”.
Zasady oceniania
1 p. – za poprawne określenie, że podczas leczenia pacjenta chemioterapią niemożliwe jest odwrócenie efektu inhibicji opisanego enzymu, odwołujące się do bardzo silnego powinowactwa MTX do centrum aktywnego. 0 p. – za odpowiedź niespełniającą powyższych wymagań lub za brak odpowiedzi.
Wyjaśnienie
Opracowanie redakcyjne
W warunkach opisanych w arkuszu nie: MTX ma około 10 000 razy większe powinowactwo do enzymu, więc skuteczna konkurencja wymagałaby nieosiągalnego fizjologicznie zwiększenia stężenia substratu. Nie oznacza to, że każdy inhibitor kompetycyjny wiąże nieodwracalnie. Trzeba rozdzielić zasadę kinetyczną od możliwości jej wykorzystania w organizmie. Nie należy też mylić kwasu foliowego z kwasem folinowym, czyli leukoworyną, stosowaną w określonych procedurach medycznych; pytanie nie jest instrukcją leczenia ani oceną wszystkich sposobów ograniczania toksyczności MTX.
Sprawdź kompletność rozwiązania
1 p. – za poprawne określenie, że podczas leczenia pacjenta chemioterapią niemożliwe jest odwrócenie efektu inhibicji opisanego enzymu, odwołujące się do bardzo silnego powinowactwa MTX do centrum aktywnego. 0 p. – za odpowiedź niespełniającą powyższych wymagań lub za brak odpowiedzi.
Wymagania podstawy programowej
Polecenie 14.2
W podstawie programowej
Siła wiązania inhibitora i substratu z informacji źródłowych.
- PR:III.3.3 — przedstawia sposoby regulacji aktywności enzymów (aktywacja, inhibicja);
- PR:OG.III.2 — odczytuje, analizuje, interpretuje i przetwarza informacje tekstowe, graficzne, liczbowe;
Przypisanie redakcyjne do podstawy BIO-PP2024.
Informacje i źródła zadania
ID zadania: BIO-2018-MAJ-F2015-Z14-2
Organizator: CKE
Działy: Energia i metabolizm
Organizmy: człowiek
Procesy: podziały komórkowe
Zagadnienia: Enzymy