Zadanie 5.4 — maj 2024 — Formuła 2023

Formuła 2023rozszerzony1 pkt
Materiał źródłowy do zadania

CKE — Materiał do zadania 5 · maj 2024 · Formuła 2023

Wiele bakterii to ekstremofile – organizmy żyjące w ekstremalnych warunkach środowiskowych. Skrajne wartości określonych czynników fizycznych i chemicznych są warunkiem koniecznym do prawidłowego zajścia procesów metabolicznych u ekstremofili.

W zależności od wartości optymalnej temperatury wzrostu wyróżnia się wśród ekstremofili:

• psychrofile – organizmy, które nie rosną w temperaturze powyżej 20 °C, a optymalne warunki do ich rozwoju stwarza temperatura poniżej 15 °C. Psychrofile wykształciły wiele adaptacji do niskich wartości temperatury, wśród których można wyróżnić mechanizmy chroniące przed nadmiernym zmniejszeniem płynności ich błon komórkowych;

• termofile – organizmy, których optymalna temperatura wzrostu wynosi ponad 50 °C. Maksymalna temperatura umożliwiająca życie wynosi 122 °C. Wysoka temperatura powoduje wzrost płynności błony komórkowej oraz destabilizuje strukturę białek i kwasów nukleinowych termofili. Z tego powodu w białkach termofili znajdują się liczne mostki disiarczkowe, a cząsteczki rRNA i tRNA mają wysoką zawartość par zasad GC.

Enzymy wytwarzane przez ekstremofile są wykorzystywane w biotechnologii.

Na podstawie: A. Zabłotni, A. Dziadosz, Ekstremofile – mikroorganizmy z przeszłością i z przyszłością,

„Postępy Mikrobiologii” 52(4), 2013.

Zobacz oryginalny fragment CKE
Materiał do zadania 5; strona PDF 8
Materiał do zadania 5 · strona PDF 8
Autor i źródło materiału

https://arkusze.pl/maturalne/biologia-2024-maj-matura-rozszerzona.pdf
Oficjalny arkusz egzaminacyjny CKE; pochodzenie i cytowane źródła widoczne w oryginale.

Określ, która grupa organizmów – psychrofile czy termofile – stanowi źródło polimeraz DNA wykorzystywanych do PCR. Odpowiedź uzasadnij.

Zobacz oryginalny fragment CKE
Zadanie 5.4; strona PDF 9
Zadanie 5.4 · strona PDF 9

Odpowiedź zapisuje się na tym urządzeniu i w tej przeglądarce.

Podpowiedź

Opracowanie redakcyjne

Podpowiedź 1

Przypomnij sobie trzy etapy cyklu PCR i ustal, który z nich wymaga najwyższej temperatury. Polimeraza pozostaje w mieszaninie podczas kolejnych powtórzeń cyklu.

Podpowiedź 2

Rozdzielenie nici DNA wymaga ogrzewania. Zastanów się, jaki skutek miałoby trwałe zniszczenie enzymu w każdym takim etapie.

Podpowiedź 3

Wybierz organizmy, których enzymy są termostabilne. Uzasadnij, że polimeraza musi przetrwać temperaturę denaturacji DNA i nadal wydłużać nowe nici w następnych etapach.

Pokaż odpowiedź

Odpowiedź przykładowa / klucz CKE

• Termofile, ponieważ ich białka są stabilne w wysokich temperaturach – polimeraza Taq nie ulega denaturacji nawet w 90 °C, a więc w temperaturze denaturacji DNA stosowanej podczas PCR.

• Termofile, dlatego że ich białka enzymatyczne są niewrażliwe na wysokie temperatury.

• Termofile, bo podczas etapu denaturacji w PCR jest wysoka temperatura.

• Termofile, bo poszczególne etapy cyklu PCR zachodzą w wysokich temperaturach.

Zobacz oryginalny fragment CKE
Klucz i zasady oceniania CKE; strona PDF 9
Klucz i zasady oceniania CKE · strona PDF 9

Zasady oceniania

1 pkt – za wybór grupy termofili wraz z prawidłowym uzasadnieniem, odnoszącym się do

termostabilności ich enzymów LUB do wysokiej temperatury podczas PCR. 0 pkt – za odpowiedź niespełniającą wymagań na 1 pkt albo za brak odpowiedzi.

Wyjaśnienie rozwiązania

Opracowanie redakcyjne

Źródłem odpowiednich polimeraz są termofile. W kolejnych cyklach PCR podwyższa się temperaturę, aby rozdzielić nici DNA. Enzym musi zachować zdolność katalizowania syntezy DNA po wielokrotnym przejściu przez ten etap. Termostabilne polimerazy organizmów ciepłolubnych spełniają ten warunek; białka przystosowane do zimna byłyby łatwiej inaktywowane. Uzasadnienie powinno odnosić odporność enzymu właśnie do warunków PCR, a nie jedynie do miejsca życia bakterii.

Sprawdź kompletność rozwiązania

1 pkt – za wybór grupy termofili wraz z prawidłowym uzasadnieniem, odnoszącym się do

termostabilności ich enzymów LUB do wysokiej temperatury podczas PCR. 0 pkt – za odpowiedź niespełniającą wymagań na 1 pkt albo za brak odpowiedzi.

Powiązanie z obecną podstawą programową:

Polecenie 5.4 — w podstawie programowej. Termostabilność polimerazy w PCR.

  • PR:XV.4 — przedstawia istotę technik stosowanych w inżynierii genetycznej (hybrydyzacja DNA, analiza restrykcyjna i elektroforeza DNA, metoda PCR, sekwencjonowanie DNA metodą Sangera);
  • PR:III.3.5 — wyjaśnia wpływ czynników fizykochemicznych (temperatury, pH, stężenia substratu) na przebieg katalizy enzymatycznej; planuje i przeprowadza doświadczenie badające wpływ różnych czynników na aktywność enzymów (katalaza, proteinaza).
  • PR:I.2.2 — przedstawia budowę białek (uwzględniając wiązania peptydowe); rozróżnia białka proste i złożone; opisuje strukturę I-, II-, III- i IV-rzędową białek; przedstawia wpływ czynników fizycznych i chemicznych na białko (zjawisko koagulacji i denaturacji); określa biologiczne znaczenie białek (albuminy, globuliny, histony, kolagen, keratyna, hemoglobina, mioglobina); przeprowadza obserwacje wpływu wybranych czynników fizycznych i chemicznych na białko;
Wymagania podstawy programowej

Polecenie 5.4

W podstawie programowej

Termostabilność polimerazy w PCR.

  • PR:XV.4 — przedstawia istotę technik stosowanych w inżynierii genetycznej (hybrydyzacja DNA, analiza restrykcyjna i elektroforeza DNA, metoda PCR, sekwencjonowanie DNA metodą Sangera);
  • PR:III.3.5 — wyjaśnia wpływ czynników fizykochemicznych (temperatury, pH, stężenia substratu) na przebieg katalizy enzymatycznej; planuje i przeprowadza doświadczenie badające wpływ różnych czynników na aktywność enzymów (katalaza, proteinaza).
  • PR:I.2.2 — przedstawia budowę białek (uwzględniając wiązania peptydowe); rozróżnia białka proste i złożone; opisuje strukturę I-, II-, III- i IV-rzędową białek; przedstawia wpływ czynników fizycznych i chemicznych na białko (zjawisko koagulacji i denaturacji); określa biologiczne znaczenie białek (albuminy, globuliny, histony, kolagen, keratyna, hemoglobina, mioglobina); przeprowadza obserwacje wpływu wybranych czynników fizycznych i chemicznych na białko;

Przypisanie redakcyjne do podstawy BIO-PP2024; historyczne wymagania CKE pozostają w informacjach o zadaniu.

Informacje i źródła zadania

ID zadania: BIO-2024-MAJ-F2023-Z5-4

Organizator: CKE

Wymagania PP2024: PR:XV.4 | PR:III.3.5 | PR:I.2.2

Wymagania historyczne: I. Chemizm życia. 2. Składniki organiczne. Zdający: 2) […] przedstawia wpływ czynników fizycznych i chemicznych na białko (zjawisko […] denaturacji) […]. III. Energia i metabolizm. 3. Enzymy. Zdający: 5) wyjaśnia wpływ czynników fizyko- -chemicznych (temperatury […]) na przebieg katalizy enzymatycznej […]. XV. Biotechnologia. Podstawy inżynierii genetycznej. Zdający: 4) przedstawia istotę technik stosowanych w inżynierii genetycznej ([…] metoda PCR).

Działy: Biotechnologia. Podstawy inżynierii genetycznej | Energia i metabolizm | Chemizm życia

Organizmy: bakterie

Zagadnienia: Składniki organiczne | Enzymy

Umiejętności: Rozumowanie i zastosowanie nabytej wiedzy do rozwiązywania problemów biologicznych

Oryginalny arkusz

Zasady oceniania