Matura z biologii 2018, zadanie 14: Metotreksat, kwas foliowy i cykl komórkowy – odpowiedzi i wyjaśnienie

MTX działa kompetycyjnie i praktycznie nieodwracalnie, bo bardzo silnie wiąże centrum aktywne enzymu; dlatego duża dawka kwasu foliowego nie znosi efektu. Blokuje syntezę zasad potrzebnych do replikacji DNA w fazie S, a przez hamowanie podziałów limfocytów B zmniejsza wytwarzanie przeciwciał.

O czym jest zadanie 14?

Wstęp opisuje kwas foliowy jako koenzym potrzebny do syntezy zasad azotowych, a metotreksat jako jego silnego antagonistę blokującego redukcję kwasu foliowego. MTX działa na komórki dzielące się, dlatego stosuje się go w chemioterapii, ale uszkadza też prawidłowe tkanki o szybkich podziałach, np. szpik kostny.

Pełny wstęp z rysunkami i tabelami: oficjalny arkusz CKE, strona 16 · zasady oceniania CKE.

Zadanie 14.1 (0–1 pkt)

Zaznacz właściwe dokończenie zdania wybrane spośród A–B oraz jego poprawne uzasadnienie wybrane spośród 1.–3.
Po podaniu MTX zachodzi inhibicja
A. kompetycyjna,
B. niekompetycyjna,
ponieważ
1. metotreksat, podobnie jak kwas foliowy, pełni funkcję koenzymu w reakcjach redukcji grup jednowęglowych.
2. metotreksat wiąże się z centrum aktywnym enzymu odpowiedzialnego za reakcję redukcji kwasu foliowego.
3. metotreksat zmienia kształt centrum aktywnego enzymu katalizującego redukcję kwasu foliowego, co jest przyczyną wypierania cząsteczek tego kwasu.

Pokaż odpowiedź

Odpowiedź: A2.

MTX zajmuje centrum aktywne tego samego enzymu, z którym normalnie wiąże się kwas foliowy, więc jest inhibitorem kompetycyjnym. Uzasadnieniem jest więc to, że MTX wiąże się z centrum aktywnym enzymu odpowiedzialnego za redukcję kwasu foliowego. Nie zmienia kształtu centrum aktywnego i nie działa jak koenzym.

Punktacja: Punkt przyznaje się tylko za wybór A i uzasadnienia 2. Inne kombinacje, np. A z uzasadnieniem 1 lub 3 albo B, są niepunktowane.

Zadanie 14.2 (0–1 pkt)

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.

Pokaż odpowiedź

Odpowiedź: Nie można; MTX ma około 10 000 razy większe powinowactwo do centrum aktywnego enzymu niż kwas foliowy, więc nawet wysoka dawka kwasu foliowego nie wyprze go skutecznie.

Jest to inhibicja kompetycyjna, którą teoretycznie można osłabić przez zwiększenie stężenia substratu. Jednak przewaga powinowactwa MTX jest tak ogromna, że w organizmie nie da się osiągnąć stężenia kwasu foliowego wystarczającego do skutecznego współzawodnictwa. Dlatego efekt blokady jest praktycznie nieodwracalny.

Punktacja: Punkt wymaga odpowiedzi „nie” oraz odwołania się do bardzo silnego wiązania MTX z centrum aktywnym. Nie uznaje się stwierdzeń, że MTX nie da się odłączyć od enzymu, bo to błędnie przedstawia inhibicję kompetycyjną.

Zadanie 14.3 (0–1 pkt)

Wyjaśnij, dlaczego metotreksat jest najbardziej toksyczny dla dzielących się komórek w fazie S cyklu komórkowego. W odpowiedzi uwzględnij rolę kwasu foliowego w procesie zachodzącym w tej fazie.

Pokaż odpowiedź

Odpowiedź: W fazie S zachodzi replikacja DNA, do której potrzebne są zasady purynowe i pirymidynowe. MTX blokuje redukcję kwasu foliowego, a więc hamuje syntezę tych zasad, co uniemożliwia prawidłową replikację DNA.

Kwas foliowy jest koenzymem w przenoszeniu grup jednowęglowych podczas syntezy zasad azotowych. W fazie S komórka intensywnie wykorzystuje te zasady do kopiowania DNA. Zablokowanie redukcji kwasu foliowego przez MTX prowadzi do niedoboru zasad i zatrzymania replikacji.

Punktacja: Punkt jest za powiązanie blokady kwasu foliowego z niedoborem zasad azotowych potrzebnych do syntezy lub replikacji DNA. Nie wystarczy samo stwierdzenie, że MTX hamuje podziały komórek.

Zadanie 14.4 (0–1 pkt)

Podaj, dlaczego jednym ze skutków ubocznych stosowania małych dawek metotreksatu jest zahamowanie wytwarzania przeciwciał w organizmie. W odpowiedzi odnieś się do komórek układu odpornościowego.

Pokaż odpowiedź

Odpowiedź: MTX hamuje podziały komórek, z których powstają limfocyty B i plazmocyty, dlatego powstaje mniej komórek produkujących przeciwciała.

Przeciwciała wytwarzają plazmocyty różnicujące się z limfocytów B, a ich linia komórkowa wymaga podziałów, m.in. w szpiku kostnym. Metotreksat działa na komórki dzielące się, więc ogranicza namnażanie prekursorów limfocytów B. W efekcie spada liczba komórek zdolnych do produkcji przeciwciał.

Punktacja: Punkt jest za wskazanie zahamowania podziałów linii komórek produkujących przeciwciała, np. limfocytów B, plazmocytów lub ich prekursorów w szpiku. Zbyt ogólne „hamuje komórki układu odpornościowego” nie wystarcza.

Najczęstsze błędy w zadaniu 14

Wybór inhibicji niekompetycyjnej, bo uczeń myli sam fakt zajmowania centrum aktywnego z mechanismem niekompetycyjnym.
Twierdzenie, że duża dawka kwasu foliowego odwróci blokadę, bez uwzględnienia ogromnej przewagi powinowactwa MTX.
Odpowiedź w 14.3 lub 14.4 ograniczona do „MTX hamuje podziały komórek”, bez powiązania z syntezą DNA albo z limfocytami B i przeciwciałami.

Źródło zadania: Centralna Komisja Egzaminacyjna, Matura z biologii 2018, poziom rozszerzony (w maju 2018). Wstęp CKE opracowała na podstawie: J. Berg, J. Tymoczko, L. Stryer, Biochemia, Warszawa 2009.. Odpowiedzi i wyjaśnienia: anotemy.