Matura z biologii 2023, zadanie 1: Reakcja pomostowa i dehydrogenaza pirogronianowa – odpowiedzi i wyjaśnienie

Transacetylację katalizuje E2, dehydrogenację E3, a dekarboksylację E1. Kompleks działa w macierzy mitochondrialnej; łączy glikolizę z cyklem Krebsa przez wytworzenie acetylo-CoA, a jego zmniejszona aktywność powoduje przekształcanie nadmiaru pirogronianu w mleczan.

O czym jest zadanie 1?

Zadanie dotyczy reakcji pomostowej w oddychaniu tlenowym, czyli przekształcania pirogronianu do acetylo-CoA przez kompleks dehydrogenazy pirogronianowej. Schemat pokazuje udział trzech enzymów E1, E2 i E3 w transacetylacji, dehydrogenacji i dekarboksylacji. Polecenia sprawdzają lokalizację kompleksu oraz związki między tym etapem, glikolizą, cyklem Krebsa i fermentacją mleczanową.

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 usuwa cząsteczkę CO2, więc odpowiada za dekarboksylację. E2 przenosi resztę acetylową na CoA, czyli przeprowadza transacetylację. E3 przenosi wodór na NAD+, co jest dehydrogenacją.

Punktacja: Punkt za poprawne przyporządkowanie wszystkich trzech enzymów; brak punktu, jeśli choć jedno przyporządkowanie jest błędne lub brak odpowiedzi.

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

Reakcja pomostowa zachodzi w macierzy mitochondrialnej, gdzie znajduje się kompleks dehydrogenazy pirogronianowej. Pirogronian jest transportowany z cytozolu do mitochondrium, a powstający acetylo-CoA wchodzi do cyklu Krebsa w macierzy.

Punktacja: Punkt za wybór B; inne odpowiedzi lub brak wyboru nie dają punktu.

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 z glikolizy w acetylo-CoA, który jest substratem cyklu Krebsa.

Glikoliza kończy się wytworzeniem pirogronianu, a cykl Krebsa przyjmuje acetylo-CoA. Bez dehydrogenazy pirogronianowej pirogronian nie przekształca się w acetylo-CoA, więc produkt glikolizy nie może wejść do cyklu Krebsa.

Punktacja: Punkt za wskazanie, że pirogronian z glikolizy jest przekształcany przez ten kompleks w acetylo-CoA, substrat cyklu Krebsa; egzaminator nie uzna odpowiedzi mówiącej tylko o reszcie acetylowej albo pomijającej oba związki.

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 w acetylo-CoA; jego nadmiar jest redukowany do mleczanu.

Glikoliza stale wytwarza pirogronian. Przy mniejszej aktywności dehydrogenazy pirogronianowej mniej pirogronianu wchodzi do reakcji pomostowej, więc część nadmiaru jest przekształcana w mleczan, aby odzyskać NAD+.

Punktacja: Punkt za wykazanie związku: ograniczone utlenianie pirogronianu prowadzi do przekształcania nadmiaru pirogronianu w mleczan; nie uznaje się odpowiedzi o całkowitym zahamowaniu kompleksu ani tylko o adaptacyjnym znaczeniu fermentacji.

Najczęstsze błędy w zadaniu 1

Uczniowie mylą enzymy E1, E2 i E3, np. przypisują dekarboksylację E2.
W 1.2 wybierają cytozol, bo glikoliza zachodzi w cytozolu, zamiast macierzy mitochondrialnej.
W 1.3 lub 1.4 podają ogólnik, że bez kompleksu nie ma oddychania tlenowego, nie wskazując pirogronianu i acetylo-CoA lub mleczanu.

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