Matura z biologii 2021, zadanie 3: L-kanawanina: niebiałkowy aminokwas i jego toksyczność – odpowiedzi i wyjaśnienie

Zadanie łączy budowę chemiczną białek z ich funkcją: podmiana argininy na kanawaninę zmienia konformację enzymu i obniża jego aktywność. Symbioza z bakteriami dostarcza azot do syntezy kanawaniny, azot zawierają cytozyna i ATP, a detoksykacja pozwala chrząszczowi korzystać z pokarmu niedostępnego dla innych.

O czym jest zadanie 3?

Wstęp opisuje L-kanawaninę – aminokwas występujący w nasionach roślin bobowatych, gdzie magazynuje azot i chroni nasiona przed owadami. Ponieważ jest strukturalnie podobna do argininy, bywa wbudowywana do białek w jej miejsce, co psuje strukturę i funkcję białek. Wyjątkiem są larwy chrząszcza Caryedes brasiliensis, które potrafią tę substancję detoksyfikować.

Pełny wstęp z rysunkami i tabelami: oficjalny arkusz CKE, strona 4 · zasady oceniania CKE.

Zadanie 3.1 (0–1 pkt)

Wyjaśnij, dlaczego włączanie L-kanawaniny w miejsce argininy w czasie syntezy białek enzymatycznych prowadzi do powstawania enzymów o obniżonej aktywności katalitycznej.

Pokaż odpowiedź

Odpowiedź: Kanawanina oddziałuje z sąsiednimi aminokwasami inaczej niż arginina, więc łańcuch przyjmuje inną konformację – centrum aktywne lub allosteryczne ma niewłaściwy kształt i gorzej wiąże substrat.

Kanawanina i arginina mają odmienną budowę, więc wbudowanie kanawaniny zmienia oddziaływania w łańcuchu polipeptydowym, a w efekcie strukturę przestrzenną białka. Inny kształt centrum aktywnego oznacza mniejsze powinowactwo do substratu, a więc słabszą katalizę. To samo dotyczy miejsca allosterycznego, do którego nie przyłączy się aktywator.

Punktacja: Punkt za wyjaśnienie, że zmiana struktury przestrzennej (konformacji) prowadzi do zmiany centrum aktywnego albo allosterycznego i obniża zdolność wiązania substratu. Nie uznaje się odpowiedzi dotyczących wyłącznie struktury pierwszorzędowej.

Zadanie 3.2 (0–1 pkt)

Uzasadnij, że współżycie korzeni roślin bobowatych z bakteriami wiążącymi azot atmosferyczny ma znaczenie dla syntezy L-kanawaniny przez te rośliny.

Pokaż odpowiedź

Odpowiedź: Bakterie przekształcają azot atmosferyczny w formy dostępne dla rośliny i przekazują jej związki azotu, a azot jest potrzebny do syntezy kanawaniny.

Cząsteczka kanawaniny zawiera azot, którego roślina nie może pobrać bezpośrednio z powietrza. Symbiotyczne bakterie wiążą N2 i oddają roślinie zasymilowany azot, np. w postaci amoniaku. Ten azot może być wykorzystany do wytworzenia L-kanawaniny.

Punktacja: Punkt za wskazanie, że bakterie dostarczają roślinie związków azotu potrzebnych do syntezy kanawaniny. Nie uznaje się odpowiedzi, że bakterie przekazują azot atmosferyczny bezpośrednio do korzeni ani że wiążą go do azotanów.

Zadanie 3.3 (0–1 pkt)

Spośród wymienionych związków chemicznych wybierz i podkreśl nazwy tych zawierających atomy azotu.
cytozyna
celuloza
cholesterol
ATP
ryboza

Pokaż odpowiedź

Odpowiedź: cytozyna, ATP

Cytozyna jest zasadą azotową zawierającą grupy aminowe, a ATP ma azot w resztach zasadowych. Celuloza to polisacharyd, cholesterol to lipid, a ryboza to cukier – żaden z nich nie zawiera azotu.

Punktacja: Punkt tylko za podkreślenie obu nazw: cytozyna i ATP. Jedna nazwa lub dodatkowe błędne wybory nie dają punktu.

Zadanie 3.4 (0–1 pkt)

Wyjaśnij, jakie znaczenie adaptacyjne dla chrząszcza Caryedes brasiliensis ma zdolność do detoksykacji L-kanawaniny.

Pokaż odpowiedź

Odpowiedź: Dzięki temu larwy mogą odżywiać się nasionami zawierającymi kanawaninę, czyli pokarmem niedostępnym dla innych gatunków, i nie konkurują o niego; mogą też przetrwać, odżywiając się jednym rodzajem pokarmu.

Kanawanina jest toksyczna, więc większość owadów unika nasion, które ją zawierają. Detoksykacja daje temu chrząszczowi dostęp do bogatego w składniki odżywcze pokarmu bez konkurencji. Ponieważ larwy jedzą wyłącznie takie nasiona, umiejętność ta umożliwia im przejście rozwoju i przepoczwarczenie.

Punktacja: Punkt za wyjaśnienie nawiązujące do wykorzystania niedostępnego pokarmu, zmniejszenia konkurencji, lepszego wykorzystania wartości odżywczych albo przetrwania przy jednym źródle pokarmu. Nie uznaje się odpowiedzi o zjadaniu nasion różnych gatunków bobowatych.

Najczęstsze błędy w zadaniu 3

Uzasadnienie ogranicza się do zmiany kolejności aminokwasów (struktury pierwszorzędowej), bez odniesienia do kształtu centrum aktywnego.
Uczeń pisze, że bakterie wiążą azot do azotanów albo przekazują roślinie azot atmosferyczny wprost, zamiast związków azotu wytworzonych w symbiozie.
Przy wyborze związków zawierających azot uczeń zaznacza tylko cytozynę lub tylko ATP, albo dodaje rybozę czy cholesterol.

Źródło zadania: Centralna Komisja Egzaminacyjna, Matura z biologii 2021, poziom rozszerzony (w maju 2021). Wstęp CKE opracowała na podstawie: P. Staszek, A. Antosik, U. Krasuska, A. Gniazdowska, L-kanawanina – niebiałkowy aminokwas toksyczny. Odpowiedzi i wyjaśnienia: anotemy.