Matura z biologii 2023 (formuła 2015), zadanie 1: Oddychanie tlenowe: dehydrogenaza pirogronianowa – odpowiedzi i wyjaśnienie

1.1: transacetylacja – E2, dehydrogenacja – E3, dekarboksylacja – E1; 1.2: B, macierz mitochondrialna; 1.3: kompleks wytwarza acetylo-CoA z pirogronianu, łącząc glikolizę z cyklem Krebsa; 1.4: ograniczenie kompleksu powoduje nagromadzenie pirogronianu i wzrost produkcji mleczanu.

O czym jest zadanie 1?

Wstęp opisuje reakcję pomostową w oddychaniu tlenowym, czyli oksydacyjną dekarboksylację pirogronianu do acetylo-CoA. Pokazuje, że katalizuje ją kompleks dehydrogenazy pirogronianowej złożony z enzymów E1, E2 i E3, oraz podaje sumaryczne substraty i produkty tej przemiany.

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

Zadanie 1.1 (0–1 pkt)

Uzupełnij tabelę – do każdego wymienionego typu reakcji zachodzącej podczas przekształcania pirogronianu do acetylo-CoA przyporządkuj odpowiednie oznaczenie enzymu (E1, E2 albo E3), który tę reakcję przeprowadza.
Typ reakcji Oznaczenie enzymu (E1 / E2 / E3)
transacetylacja
dehydrogenacja
dekarboksylacja

Pokaż odpowiedź

Odpowiedź: transacetylacja – E2; dehydrogenacja – E3; dekarboksylacja – E1

E1 odłącza CO2 od pirogronianu, więc odpowiada za dekarboksylację. E2 przenosi resztę acetylową na CoA-SH, czyli przeprowadza transacetylację. E3 katalizuje dehydrogenację: substrat oddaje wodór/elektrony, a NAD+ ulega redukcji do NADH.

Punktacja: Punkt przyznaje się za poprawne przyporządkowanie wszystkich trzech typów reakcji do właściwych enzymów; brak jednego lub mylenie E1/E2/E3 daje 0 pkt.

Zadanie 1.2 (0–1 pkt)

W której części komórki eukariotycznej znajduje się aktywny kompleks dehydrogenazy pirogronianowej? Zaznacz właściwą odpowiedź spośród podanych.
A. cytozol
B. macierz mitochondrialna
C. zewnętrzna błona mitochondrium
D. wewnętrzna błona mitochondrium
E. przestrzeń międzybłonowa w mitochondrium

Pokaż odpowiedź

Odpowiedź: B. macierz mitochondrialna

Kompleks dehydrogenazy pirogronianowej działa w macierzy mitochondrialnej, gdzie pirogronian jest przekształcany do acetylo-CoA przed wejściem do cyklu Krebsa. Cytozol jest miejscem glikolizy, a błony mitochondrialne pełnią inne funkcje.

Punktacja: Punkt za wybór odpowiedzi B; inne odpowiedzi nie są punktowane.

Zadanie 1.3 (0–1 pkt)

Wykaż, że funkcjonowanie kompleksu dehydrogenazy pirogronianowej jest konieczne do połączenia szlaku glikolizy z cyklem Krebsa.

Pokaż odpowiedź

Odpowiedź: Kompleks przekształca pirogronian, produkt glikolizy, w acetylo-CoA, który jest substratem cyklu Krebsa. Bez tego pirogronian nie byłby bezpośrednio włączany do cyklu Krebsa.

Glikoliza kończy się na pirogronianie, a cykl Krebsa przyjmuje acetylo-CoA. Kompleks dehydrogenazy pirogronianowej przekształca pirogronian w acetylo-CoA, więc bez niego produkt glikolizy nie zostaje włączony do cyklu Krebsa.

Punktacja: Punkt tylko wtedy, gdy odpowiedź wiąże pirogronian z glikolizy z acetylo-CoA jako substratem cyklu Krebsa; nie wystarczy ogólne stwierdzenie, że reakcja pomostowa łączy etapy.

Zadanie 1.4 (0–1 pkt)

Wykaż, że zmniejszenie aktywności kompleksu dehydrogenazy pirogronianowej prowadzi do wzrostu stężenia mleczanu w komórce mięśnia szkieletowego.

Pokaż odpowiedź

Odpowiedź: Gdy kompleks działa słabiej, pirogronian z glikolizy nie jest w pełni przekształcany do acetylo-CoA i gromadzi się. Nadmiar pirogronianu może być redukowany do mleczanu, więc stężenie mleczanu rośnie.

Gdy kompleks działa słabiej, pirogronian z glikolizy nie jest w pełni przekształcany do acetylo-CoA i gromadzi się. Nadmiar pirogronianu może być redukowany do mleczanu, szczególnie w mięśniu szkieletowym, więc stężenie mleczanu rośnie.

Punktacja: Punkt za wykazanie, że ograniczone utlenianie pirogronianu powoduje nagromadzenie pirogronianu i przekształcanie jego nadmiaru w mleczan; odpowiedzi o całkowitym zaniku aktywności lub tylko o adaptacyjnym znaczeniu fermentacji nie są uznawane.

Najczęstsze błędy w zadaniu 1

Mylenie enzymów E1, E2 i E3 oraz przypisywanie dehydrogenacji niewłaściwemu enzymowi.
Wskazywanie cytozolu zamiast macierzy mitochondrialnej jako miejsca działania kompleksu dehydrogenazy pirogronianowej.
W 1.3 pomijanie acetylo-CoA lub mówienie tylko o „reszcie acetylowej”, a w 1.4 traktowanie sytuacji jako całkowitej utraty aktywności kompleksu.

Źródło zadania: Centralna Komisja Egzaminacyjna, Matura z biologii 2023, poziom rozszerzony (formuła 2015) (w maju 2023). Wstęp CKE opracowała na podstawie: B. Alberts i in., Podstawy biologii komórki, Warszawa 2016.. Odpowiedzi i wyjaśnienia: anotemy.