Matura z biologii 2020, zadanie 1: Płynność dwuwarstwy lipidowej błony komórkowej – odpowiedzi i wyjaśnienie

Najmniej prawdopodobny jest ruch cząsteczki między warstwami dwuwarstwy (odpowiedź A). Przy wzroście temperatury płynność błony się zwiększa, a organizm przeciwdziała temu, zwiększając udział fosfolipidów z dłuższymi łańcuchami i mniejszą liczbą wiązań podwójnych. Płynność w błonach komórek zwierzęcych obniża też cholesterol (lub sfingomielina).

O czym jest zadanie 1?

Wstęp przypomina, że błonę tworzy dwuwarstwa fosfolipidów, która jest półpłynna, bo cząsteczki lipidów stale się w niej przemieszczają. Płynność zależy od budowy fosfolipidów (krótkie i nienasycone łańcuchy ją zwiększają) oraz od temperatury, której wzrost również ją podnosi. Organizmy jednokomórkowe modyfikują skład fosfolipidowy błon, aby przy zmianach temperatury utrzymać w miarę stałą płynność błony.

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

Zadanie 1.1 (0–1 pkt)

Polecenie dotyczy wyboru spośród czterech ruchów cząsteczki fosfolipidu pokazanych na schemacie (A–D) tego, który w obrębie dwuwarstwy lipidowej błony komórkowej jest najmniej prawdopodobny. Pełna treść: arkusz CKE, s. 2.

Pokaż odpowiedź

Odpowiedź: A, czyli przejście cząsteczki z jednej warstwy dwuwarstwy do drugiej (flip-flop).

Główki polarne są silnie związane z wodą, a wnętrze dwuwarstwy jest hydrofobowe. Aby cząsteczka przeszła na drugą stronę, jej polarna główka musiałaby przejść przez ten hydrofobowy rdzeń, co wymaga dużo energii i zwykle zachodzi tylko przy udziale specjalnych białek. Ruchy w płaszczyźnie błony, obroty i zginanie łańcuchów zachodzą natomiast stale i łatwo.

Punktacja: Punkt za wskazanie litery A; odpowiedzi wskazujące ruchy boczne, obroty lub zginanie łańcuchów są błędne.

Zadanie 1.2 (0–1 pkt)

Uzupełnij poniższe zdania tak, aby zawierały one informacje prawdziwe. W każdym nawiasie podkreśl właściwe określenie.
Gdy temperatura środowiska wzrasta, to płynność błony komórkowej organizmu jednokomórkowego (się zmniejsza / się zwiększa). Temu zjawisku przeciwdziała zmiana składu błony komórkowej, która polega na (zmniejszeniu / zwiększeniu) udziału cząsteczek o dłuższych łańcuchach węglowodorowych z mniejszą liczbą wiązań podwójnych.

Pokaż odpowiedź

Odpowiedź: się zwiększa; zwiększeniu

Wzrost temperatury zawsze podnosi płynność, bo cząsteczki lipidów poruszają się szybciej, więc pierwszy wybór to „się zwiększa”. Organizm chce ten efekt zrównoważyć, czyli usztywnić błonę. Dłuższe łańcuchy i mniej wiązań podwójnych (czyli mniej nienasyconych fosfolipidów) upakowują się ciaśniej i obniżają płynność, dlatego udział takich cząsteczek musi wzrosnąć.

Punktacja: Punkt tylko wtedy, gdy podkreślono oba właściwe określenia: „się zwiększa” i „zwiększeniu”; jedno poprawne, drugie błędne oznacza zero punktów.

Zadanie 1.3 (0–1 pkt)

Podaj nazwę lipidu występującego w błonie komórkowej zwierząt, innego niż fosfatydylocholina, którego cząsteczki zmniejszają płynność dwuwarstwy lipidowej.

Pokaż odpowiedź

Odpowiedź: Cholesterol (akceptowane też: sfingomielina, estry cholesterolu, sfingolipidy).

Cholesterol jest lipidem typowym dla błon komórek zwierzęcych. Jego sztywne pierścienie steroidowe wciskają się między łańcuchy fosfolipidów i ograniczają ich ruch, przez co dwuwarstwa staje się mniej płynna. W niskich temperaturach działa jednak odwrotnie – zapobiega zbytniemu usztywnieniu błony.

Punktacja: Punkt za podanie konkretnej nazwy lipidu błonowego zwierząt, który zmniejsza płynność; odpowiedzi ogólne typu „tłuszcze”, „fosfolipidy” lub podanie fosfatydylocholiny są błędne.

Najczęstsze błędy w zadaniu 1

Uczniowie wskazują ruch boczny lub obrót cząsteczki jako najmniej prawdopodobny, myląc go z przejściem między warstwami.
Przy wzroście temperatury zaznaczają „się zmniejsza”, zapominając, że ciepło zwiększa ruch cząsteczek i płynność.
W zadaniu 1.3 podają zbyt ogólną odpowiedź („tłuszcze”, „lipidy”) albo wymieniają fosfolipidy zamiast cholesterolu.

Źródło zadania: Centralna Komisja Egzaminacyjna, Matura z biologii 2020, poziom rozszerzony (w maju 2020). Wstęp CKE opracowała na podstawie: Biologia. Jedność i różnorodność, praca zbiorowa, Warszawa 2008.; http://www.biologydiscussion.com/cell-membrane/quick-notes-on-cell-membrane/38360. Odpowiedzi i wyjaśnienia: anotemy.