Materiał źródłowy do zadania
CKE — Materiał do zadania 1 · maj 2023 · Formuła 2023
Kolejnymi etapami oddychania tlenowego są: glikoliza, reakcja pomostowa, cykl Krebsa oraz łańcuch oddechowy.
Reakcję pomostową – oksydacyjną dekarboksylację pirogronianu do acetylo-CoA – katalizuje kompleks dehydrogenazy pirogronianowej, zawierający trzy enzymy: E1, E2 i E3. Sumaryczna reakcja katalizowana przez ten kompleks w warunkach tlenowych jest następująca:
pirogronian + CoA-SH + NAD+ → acetylo-CoA + CO2 + NADH + H+
Na schemacie przedstawiono współdziałanie trzech enzymów wchodzących w skład kompleksu dehydrogenazy pirogronianowej.
Na podstawie: B. Alberts i in., Podstawy biologii komórki, Warszawa 2016.
Zobacz oryginalny fragment CKE
Autor i źródło materiału
https://arkusze.pl/maturalne/biologia-2023-maj-matura-rozszerzona.pdf
Oficjalny arkusz egzaminacyjny CKE; pochodzenie i cytowane źródła widoczne w oryginale.
Wykaż, że zmniejszenie aktywności kompleksu dehydrogenazy pirogronianowej prowadzi do wzrostu stężenia mleczanu w komórce mięśnia szkieletowego.
Zobacz oryginalny fragment CKE
Podpowiedź
Opracowanie redakcyjne
Podpowiedź 1
Ustal, co dzieje się z pirogronianem, gdy glikoliza nadal działa, a reakcja pomostowa przebiega wolniej. Pytanie dotyczy zmniejszenia, nie zaniku aktywności enzymu.
Podpowiedź 2
Pirogronian może zostać przekształcony zarówno w acetylo-CoA, jak i w mleczan. Ograniczenie jednego kierunku zwiększa dostępność substratu dla drugiego.
Podpowiedź 3
Połącz wolniejsze zużywanie pirogronianu w reakcji pomostowej z nasileniem jego redukcji do mleczanu. Wymień tę przemianę wprost; sama informacja o słabszym oddychaniu tlenowym nie wystarczy.
Pokaż odpowiedź
Odpowiedź przykładowa / klucz CKE
• Powstający w glikolizie pirogronian jest przetwarzany przez kompleks dehydrogenazy pirogronianowej do acetylo-CoA. Jeżeli ta reakcja jest ograniczona, to nadmiar pirogronianu zostaje przekształcony w mleczan.
• Ograniczenie tlenowych przemian pirogronianu powoduje, że w komórce rośnie jego stężenie ze względu na stale zachodzącą glikolizę. Nadmiar pirogronianu w komórce zostaje zredukowany do mleczanu.
• Ograniczenie utleniania pirogronianu w reakcji pomostowej doprowadzi do wzrostu w cytozolu stężenia pirogronianu, który cały czas powstaje z glukozy. Duża część tego pirogronianu zostanie skierowana na beztlenowy szlak metaboliczny, przekształcający ten związek w mleczan.
• Zmniejszenie aktywności dehydrogenazy pirogronianowej jest przyczyną zwiększonego stężenia pirogronianu w komórce. Część pirogronianu jest przekształcana w mleczan, co prowadzi do wzrostu stężenia mleczanu w komórce.
• Prowadzi to do zmniejszenia wydajności reakcji pomostowej. Mniejsza ilość pirogronianu będzie przekształcana do acetylo-CoA, co przełoży się na spadek intensywności zachodzenia cyklu Krebsa i łańcucha oddechowego. Aby uzyskać NAD+, niezbędny do zajścia glikolizy, na drodze której komórka może uzyskać ATP, powstający pirogronian będzie redukowany do mleczanu – stężenie mleczanu w tej komórce wzrośnie.
Uwagi: Nie uznaje się odpowiedzi odnoszących się do całkowitej utraty aktywności przez kompleks dehydrogenazy pirogronianowej, np. „Zahamowanie powstawania acetylo-CoA spowoduje redukcję pirogronianu do mleczanu”. Nie uznaje się odpowiedzi odnoszących się wyłącznie do znaczenia adaptacyjnego fermentacji mleczanowej, np. „Zmniejszenie aktywności tego kompleksu powoduje zmniejszenie wydajności oddychania tlenowego. Dlatego mięsień pracujący w takich warunkach pozyskuje energię także w sposób beztlenowy, czyli przeprowadzając fermentację mleczanową, której produktem jest mleczan”.
Zobacz oryginalny fragment CKE
Zasady oceniania
1 pkt – za poprawne wykazanie, że zmniejszenie aktywności kompleksu dehydrogenazy
pirogronianowej prowadzi do wzrostu stężenia mleczanu w komórce, uwzględniające powstawanie pirogronianu (w glikolizie), który nie może być w całości utleniony w reakcji pomostowej, i przekształcanie ciągle powstającego pirogronianu (nadmiaru pirogronianu) w mleczan. 0 pkt – za odpowiedź niespełniającą wymagań na 1 pkt albo za brak odpowiedzi.
Wyjaśnienie rozwiązania
Opracowanie redakcyjne
Zmniejszona aktywność kompleksu oznacza wolniejsze przekształcanie pirogronianu w acetylo-CoA. Jeżeli glikoliza nadal dostarcza pirogronian, większa jego część może zostać zredukowana do mleczanu, zwiększając stężenie tego produktu. Redukcja pirogronianu odtwarza NAD⁺ potrzebny glikolizie, ale odpowiedź musi przede wszystkim wyjaśnić skierowanie substratu na alternatywny szlak. Nie należy zastępować zmniejszenia aktywności całkowitym zatrzymaniem enzymu ani ograniczać uzasadnienia do zdania, że mięsień potrzebuje energii.
Sprawdź kompletność rozwiązania
1 pkt – za poprawne wykazanie, że zmniejszenie aktywności kompleksu dehydrogenazy
pirogronianowej prowadzi do wzrostu stężenia mleczanu w komórce, uwzględniające powstawanie pirogronianu (w glikolizie), który nie może być w całości utleniony w reakcji pomostowej, i przekształcanie ciągle powstającego pirogronianu (nadmiaru pirogronianu) w mleczan. 0 pkt – za odpowiedź niespełniającą wymagań na 1 pkt albo za brak odpowiedzi.
Wymagania podstawy programowej
Polecenie 1.4
W podstawie programowej
Alternatywna przemiana pirogronianu do mleczanu.
- PR:III.5.5 — porównuje drogi przemiany pirogronianu w fermentacji alkoholowej, mleczanowej i w oddychaniu tlenowym;
Przypisanie redakcyjne do podstawy BIO-PP2024.
Informacje i źródła zadania
ID zadania: BIO-2023-MAJ-F2023-Z1-4
Organizator: CKE
Działy: Energia i metabolizm
Organizmy: zwierzęta
Procesy: oddychanie komórkowe
Zagadnienia: Pozyskiwanie energii użytecznej biologicznie
Umiejętności: Rozumowanie i zastosowanie nabytej wiedzy do rozwiązywania problemów biologicznych