Matura z biologii 2019, zadanie 17: Regulacja operonu tryptofanowego u bakterii – odpowiedzi i wyjaśnienie

Operon tryptofanowy podlega regulacji negatywnej, a tryptofan działa jako korepresor. Przy nadmiarze tryptofanu aktywny represor blokuje transkrypcję, natomiast mutacja uniemożliwiająca aktywację represora powoduje stałą transkrypcję genów operonu.

O czym jest zadanie 17?

Zadanie dotyczy operonu tryptofanowego bakterii, czyli grupy genów odpowiedzialnych za syntezę tryptofanu wraz z sekwencjami regulacyjnymi. Wstęp opisuje promotor, operator oraz represor, który jest aktywowany przez tryptofan. Polecenia sprawdzają rozumienie regulacji negatywnej, działania operonu przy nadmiarze tryptofanu oraz skutków mutacji białka represorowego.

Pełny wstęp z rysunkami i tabelami: oficjalny arkusz CKE, strona 20 · zasady oceniania CKE.

Zadanie 17.1 (0–1 pkt)

Zaznacz poprawne dokończenie zdania – wybierz odpowiedź spośród A–B oraz odpowiedź spośród 1.–2.
Operon tryptofanowy podlega regulacji
A. pozytywnej, 1. induktora.
a cząsteczka tryptofanu pełni w nim funkcję
B. negatywnej, 2. korepresora.

Pokaż odpowiedź

Odpowiedź: B 2 – regulacja negatywna, tryptofan jest korepresorem.

Represor po związaniu tryptofanu przyłącza się do operatora i hamuje transkrypcję, więc regulacja jest negatywna. Tryptofan nie działa samodzielnie jako induktor, lecz zwiększa aktywność represora, dlatego jest korepresorem.

Punktacja: Punkt jest za zaznaczenie jednocześnie B i 2; nie ma punktu, jeśli wybrana jest tylko jedna poprawna odpowiedź lub którakolwiek jest błędna.

Zadanie 17.2 (0–1 pkt)

Opisz, korzystając z powyższego schematu, w jaki sposób będzie działać operon tryptofanowy w sytuacji, gdy komórka bakterii znajdzie się w środowisku, w którym ma dostęp do odpowiedniej ilości tryptofanu.

Pokaż odpowiedź

Odpowiedź: Tryptofan łączy się z represorem, aktywuje go, a aktywny represor przyłącza się do operatora i blokuje transkrypcję genów operonu.

Gdy tryptofanu jest dużo, cząsteczki tryptofanu wiążą się z białkiem represorowym. Powoduje to zmianę konformacji represora, dzięki czemu może on związać się z operatorem. Zablokowanie operatora uniemożliwia polimerazie RNA rozpoczęcie transkrypcji genów trpA–trpE.

Punktacja: Punkt jest za opis uwzględniający trzy etapy: związanie tryptofanu z represorem, przyłączenie aktywnego represora do operatora oraz zablokowanie transkrypcji lub przyłączenia polimerazy RNA; bez etapu związania represora z operatorem odpowiedź jest niepełna.

Zadanie 17.3 (0–1 pkt)

Na podstawie schematu określ, jak zmieni się funkcjonowanie operonu tryptofanowego na skutek mutacji w genie kodującym białko represorowe, której efektem jest uniemożliwienie przyłączenia się cząsteczki tryptofanu do tego białka.

Pokaż odpowiedź

Odpowiedź: Represor nie będzie aktywowany przez tryptofan, więc nie przyłączy się do operatora i operon będzie stale transkrybowany.

Mutacja uniemożliwia związanie tryptofanu z białkiem represorowym, więc represor pozostaje nieaktywny. Nie może związać się z operatorem i nie blokuje polimerazy RNA. W efekcie geny trpA–trpE są transkrybowane nawet przy obecności tryptofanu w środowisku.

Punktacja: Punkt jest za określenie skutku jako ciągłej transkrypcji lub stałej ekspresji genów operonu; nie wystarczy samo stwierdzenie, że tryptofan będzie nadal wytwarzany, bez odniesienia do działania operonu.

Najczęstsze błędy w zadaniu 17

Uczeń wybiera induktor zamiast korepresora, myląc rolę tryptofanu w operonie tryptofanowym.
W opisie nadmiaru tryptofanu uczeń pomija przyłączenie aktywnego represora do operatora i od razu pisze o zablokowaniu transkrypcji.
Przy mutacji represora uczeń pisze tylko, że tryptofan będzie produkowany, nie wyjaśniając, że operon jest stale transkrybowany.

Źródło zadania: Centralna Komisja Egzaminacyjna, Matura z biologii 2019, poziom rozszerzony (w maju 2019). Wstęp CKE opracowała na podstawie: E. Solomon, L. Berg, D. Martin, Biologia, Warszawa 2016.. Odpowiedzi i wyjaśnienia: anotemy.