Matura z biologii 2021, zadanie 2: Gradient protonowy i transport w mitochondrium – odpowiedzi i wyjaśnienie

W 2.1 elektrony trafiają na tlen, łańcuch jest na wewnętrznej błonie, protony pompowane do przestrzeni międzybłonowej wbrew gradientowi, gdzie pH jest niższe. W 2.2 ADP i Pi są substratami syntezy ATP, a w 2.3 etapy to glikoliza i reakcja pomostowa.

O czym jest zadanie 2?

Wstęp pokazuje, że w mitochondriach energia gradientu protonowego napędza nie tylko syntezę ATP, ale też przenoszenie niektórych substancji przez błonę wewnętrzną. Schemat dotyczy transportu pirogronianu i fosforanu nieorganicznego (Pi).

Pełny wstęp z rysunkami i tabelami: oficjalny arkusz CKE, strona 3 · zasady oceniania CKE.

Zadanie 2.1 (0–2 pkt)

Uzupełnij poniższe zdania tak, aby w poprawny sposób opisywały powstawanie gradientu protonowego w mitochondriach. W każdym nawiasie podkreśl właściwe określenie.
Elektrony pochodzące ze zredukowanych podczas cyklu Krebsa dinukleotydów – NADH oraz FADH2 – są przenoszone na cząsteczkę (dwutlenku węgla
tlenu) poprzez łańcuch przenośników elektronów związanych z (wewnętrzną
zewnętrzną) błoną mitochondrialną.
Energia uwolniona podczas przepływu elektronów przez łańcuch oddechowy jest wykorzystywana do transportu protonów, które przemieszczają się w kierunku ich (mniejszego
większego) stężenia do przestrzeni międzybłonowej mitochondrium, gdzie panuje (niższe
wyższe) pH niż w matriks mitochondrium.

Pokaż odpowiedź

Odpowiedź: tlenu; wewnętrzną; większego; niższe

Ostatnim akceptorem elektronów w łańcuchu oddechowym jest tlen, a przenośniki tego łańcucha są związane z wewnętrzną błoną mitochondrialną. Energia z przepływu elektronów jest zużywana do pompowania protonów z matriks do przestrzeni międzybłonowej, czyli wbrew gradientowi stężeń. Dlatego w przestrzeni międzybłonowej jest więcej protonów i panuje niższe pH niż w matriks.

Punktacja: 2 pkt za poprawne podkreślenie we wszystkich czterech nawiasach; 1 pkt, gdy bezbłędne wybory są tylko w jednym zdaniu; 0 pkt za błędy w obu zdaniach lub brak odpowiedzi.

Zadanie 2.2 (0–1 pkt)

Uzasadnij, że dla efektywnego zachodzenia procesów oddychania wewnątrzkomórkowego konieczny jest ciągły transport kwasu ortofosforowego (Pi) oraz ADP do wnętrza mitochondrium.

Pokaż odpowiedź

Odpowiedź: Ciągły dopływ Pi i ADP dostarcza substratów do syntezy ATP w mitochondrium, głównie w fosforylacji oksydacyjnej; bez tego synteza ATP zatrzymuje się.

ATP powstaje przez dołączenie reszty fosforanowej do ADP, a Pi jest źródłem tej reszty. W mitochondrium synteza ATP zachodzi dzięki gradientowi protonowemu i zużywa ADP oraz Pi. Jeśli te związki nie są dostarczane, spada tempo produkcji ATP.

Punktacja: 1 pkt za uzasadnienie odnoszące się do ADP i Pi jako substratów syntezy ATP w mitochondrium; 0 pkt za ogólnik o potrzebie energii bez wskazania substratów.

Zadanie 2.3 (0–1 pkt)

Uzupełnij tabelę – wpisz nazwy opisanych etapów oddychania komórkowego.
Opis etapu oddychania komórkowego | Nazwa etapu
Zachodzi w cytozolu komórki zwierzęcej, a jego produktem końcowym jest pirogronian. | 1.
Zachodzi w matriks mitochondrium, a pirogronian jest jego substratem. | 2.

Pokaż odpowiedź

Odpowiedź: 1. glikoliza; 2. reakcja pomostowa / oksydacyjna dekarboksylacja pirogronianu

Glikoliza zachodzi w cytozolu i prowadzi do powstania pirogronianu. Pirogronian jest następnie przekształcany w matriks mitochondrium w reakcji pomostowej, czyli oksydacyjnej dekarboksylacji pirogronianu.

Punktacja: 1 pkt za poprawne nazwy obu etapów; 0 pkt, gdy jedna nazwa jest błędna lub brak odpowiedzi.

Najczęstsze błędy w zadaniu 2

Uczeń myli kierunek transportu protonów i podaje, że protony wracają do matriks w czasie pompowania.
Uczeń uważa, że w przestrzeni międzybłonowej jest wyższe pH niż w matriks.
W 2.2 uczeń pisze tylko o potrzebie tlenu, nie wskazując ADP i Pi jako substratów syntezy ATP.

Źródło zadania: Centralna Komisja Egzaminacyjna, Matura z biologii 2021, poziom rozszerzony (w maju 2021). Wstęp CKE opracowała na podstawie: B. Alberts i inni, Podstawy biologii komórki, Warszawa 2007.. Odpowiedzi i wyjaśnienia: anotemy.