Matura z biologii 2016, zadanie 2: Syntaza ATP a półautonomia mitochondriów – odpowiedzi i wyjaśnienie

Mitochondria są półautonomiczne, bo tylko część podjednostek syntazy ATP koduje ich własny DNA, a resztę genom jądrowy. Aktywna syntaza ATP działa w błonie wewnętrznej. Protony wracają przez kanał do matriks, a ich przepływ napędza dołączenie fosforanu do ADP.

O czym jest zadanie 2?

Zadanie opiera się na schemacie mitochondrium pokazującym, skąd pochodzi informacja o podjednostkach syntazy ATP: część kodują geny jądrowe (białka powstają w cytoplazmie), a część geny mitochondrialne (białka powstają na rybosomach w macierzy). Uczeń ma wyjaśnić, dlaczego taki układ świadczy o półautonomii, wskazać miejsce działania aktywnego enzymu oraz opisać mechanizm syntezy ATP.

Pełny wstęp z rysunkami i tabelami: oficjalny arkusz CKE, strona 2 · zasady oceniania CKE.

Zadanie 2.1 (0–1 pkt)

Na przykładzie wytwarzania syntazy ATP uzasadnij, że mitochondria są organellami półautonomicznymi.

Pokaż odpowiedź

Odpowiedź: Enzym jest zbudowany z podjednostek kodowanych częściowo przez DNA mitochondrialny, a częściowo przez DNA jądrowy (syntetyzowane w cytoplazmie), więc mitochondrium nie wytwarza go samodzielnie.

Półautonomia oznacza, że organellum ma własny materiał genetyczny i rybosomy, ale korzysta też z genomu jądrowego. Ze schematu wynika, że tylko część podjednostek syntazy ATP powstaje w macierzy na mitochondrialnych rybosomach. Pozostałe podjednostki są kodowane w jądrze i dochodzą z cytoplazmy. Składanie kompleksu wymaga więc współpracy obu genomów.

Punktacja: Punkt za uzasadnienie odwołujące się do schematu, czyli do faktu, że część podjednostek syntazy ATP koduje DNA jądrowy, a nie mitochondrialny. Nie uznaje się ogólnej definicji organelli półautonomicznych bez odniesienia do syntazy ATP.

Zadanie 2.2 (0–1 pkt)

Zaznacz wśród wymienionych elementów budowy mitochondrium ten, w którym występuje aktywna syntaza ATP.
A. błona zewnętrzna
B. przestrzeń międzybłonowa
C. błona wewnętrzna
D. matriks (macierz)

Pokaż odpowiedź

Odpowiedź: C. błona wewnętrzna

Fosforylacja oksydacyjna odbywa się na łańcuchu oddechowym i syntazie ATP, które są wbudowane w błonę wewnętrzną. To ona jest nieprzepuszczalna dla protonów, co pozwala wytworzyć gradient i wykorzystać go do syntezy ATP. Matriks to miejsce reakcji cyklu Krebsa, a nie syntezy ATP przez syntazę.

Punktacja: Punkt tylko za wskazanie błony wewnętrznej (C). Każda inna odpowiedź lub jej brak to zero punktów.

Zadanie 2.3 (0–1 pkt)

Uzupełnij poniższe zdania tak, aby zawierały one informacje prawdziwe. Podkreśl w każdym nawiasie właściwe określenie.
Przez kanał utworzony z podjednostek syntazy ATP (elektrony / protony) powracają do (matriks / przestrzeni międzybłonowej). Ich przepływ przez kanał syntazy ATP sprawia, że możliwe jest przyłączenie reszty fosforanowej do (ATP / ADP).

Pokaż odpowiedź

Odpowiedź: protony; matriks; ADP

Łańcuch oddechowy przenosi protony z matriks do przestrzeni międzybłonowej, tworząc gradient. Protony wracają do matriks przez kanał syntazy ATP, a uwolniona w ten sposób energia obraca część enzymu. To napędza przyłączenie reszty fosforanowej do ADP, czyli powstanie ATP.

Punktacja: Punkt za podkreślenie wszystkich trzech właściwych określeń: protony, matriks, ADP. Pomyłka w choćby jednym z nich oznacza brak punktu.

Najczęstsze błędy w zadaniu 2

Podawanie samej definicji organelli półautonomicznych bez odniesienia do schematu i syntazy ATP w zadaniu 2.1.
Wskazywanie matriks lub przestrzeni międzybłonowej jako miejsca działania syntazy ATP, bo uczeń myli miejsce cyklu Krebsa z błoną wewnętrzną.
Odwracanie kierunku przepływu protonów lub podkreślanie ATP zamiast ADP przy reszcie fosforanowej.

Źródło zadania: Centralna Komisja Egzaminacyjna, Matura z biologii 2016, poziom rozszerzony (w maju 2016). Wstęp CKE opracowała na podstawie: A.C. Giese, Fizjologia komórki, Warszawa 1985.. Odpowiedzi i wyjaśnienia: anotemy.