Matura z biologii 2023, zadanie 12: Działanie toksyny botulinowej w synapsie nerwowo-mięśniowej – odpowiedzi i wyjaśnienie

Stwierdzenia: 1 – P, 2 – P, 3 – F. Białko ma strukturę IV-rzędową, bo składa się z dwóch łańcuchów polipeptydowych połączonych mostkiem disiarczkowym. Kolejność procesów w synapsie: 1, 4, 2, 3.

O czym jest zadanie 12?

Tekst opisuje złącze nerwowo-mięśniowe jako synapsę chemiczną, w której uwolnienie acetylocholiny wymaga połączenia pęcherzyków z błoną neuronu dzięki białkom SNARE. Toksyna botulinowa, wytwarzana przez beztlenowe Clostridium botulinum, wnika do neuronu i jej lekki łańcuch rozkłada białka SNARE, co blokuje przekaz pobudzenia i powoduje zwiotczenie mięśni. Schematy A i B pokazują prawidłowy przebieg oraz miejsce działania toksyny.

Pełny wstęp z rysunkami i tabelami: oficjalny arkusz CKE, strona 20 · zasady oceniania CKE.

Zadanie 12.1 (0–2 pkt)

Oceń, czy poniższe stwierdzenia dotyczące działania toksyny botulinowej są prawdziwe. Zaznacz P, jeśli stwierdzenie jest prawdziwe, albo F – jeśli jest fałszywe.
1. W procesie porażania mięśni przez toksynę botulinową dochodzi do przemieszczenia jej łańcucha lekkiego do cytozolu neuronu.
2. Po związaniu się z receptorem w szczelinie synaptycznej toksyna botulinowa wnika do neuronu na drodze endocytozy.
3. Toksyna botulinowa po przedostaniu się do szczeliny synaptycznej blokuje receptory acetylocholiny w błonie komórki mięśniowej.

Pokaż odpowiedź

Odpowiedź: 1 – P, 2 – P, 3 – F

Łańcuch lekki musi znaleźć się w cytozolu neuronu, aby rozłożyć białka SNARE – to wynika z tekstu. Do wnętrza neuronu toksyna wchodzi przez endocytozę po przyłączeniu do receptora błonowego. Toksyna nie działa na receptory acetylocholiny w błonie mięśniowej – działa wewnątrz neuronu, blokując uwalnianie przekaźnika.

Punktacja: Punkt za poprawną ocenę wszystkich trzech stwierdzeń; przy dwóch poprawnych jest 1 pkt. Błędne zaznaczenie przy stwierdzeniu 3 (uznanie, że toksyna blokuje receptory mięśniowe) obniża wynik.

Zadanie 12.2 (0–1 pkt)

Na podstawie przedstawionych w tekście informacji określ najwyższą rzędowość struktury białka – toksyny botulinowej. Odpowiedź uzasadnij, odwołując się do jednej cechy budowy tego białka.

Pokaż odpowiedź

Odpowiedź: Struktura IV-rzędowa, ponieważ toksyna zbudowana jest z dwóch łańcuchów polipeptydowych (lekkiego i ciężkiego) połączonych mostkiem disiarczkowym.

Tekst mówi, że aktywna toksyna składa się z łańcucha lekkiego i ciężkiego połączonych mostkiem disiarczkowym. Dwa odrębne łańcuchy polipeptydowe tworzące jeden funkcjonalny kompleks to definicja struktury IV-rzędowej. Sama obecność mostka disiarczkowego nie wystarcza, bo może on występować też w strukturze III-rzędowej.

Punktacja: Punkt za podanie struktury IV-rzędowej i uzasadnienie odwołujące się do dwóch łańcuchów polipeptydowych toksyny. Nie uznaje się uzasadnienia opartego wyłącznie na definicji lub tylko na moście disiarczkowym.

Zadanie 12.3 (0–1 pkt)

Uzupełnij tabelę – uporządkuj w odpowiedniej kolejności procesy fizjologiczne zachodzące w synapsie nerwowo-mięśniowej u zdrowego człowieka. Wpisz numery 2.–4. w odpowiednie miejsca tabeli.
Dotarcie impulsu nerwowego do synapsy nerwowo-mięśniowej i utworzenie kompleksu fuzyjnego przez białka transbłonowe (SNARE). – 1
Depolaryzacja błony komórkowej komórki mięśniowej i powstanie potencjału czynnościowego. – ?
Fuzja pęcherzyków synaptycznych z błoną presynaptyczną i uwolnienie acetylocholiny do szczeliny synaptycznej. – ?
Wiązanie się acetylocholiny z mięśniowym receptorem błonowym. – ?

Pokaż odpowiedź

Odpowiedź: Depolaryzacja komórki mięśniowej – 4; fuzja pęcherzyków i uwolnienie acetylocholiny – 2; wiązanie acetylocholiny z receptorem – 3.

Po dotarciu impulsu i utworzeniu kompleksu SNARE (1) pęcherzyki łączą się z błoną i uwalniają acetylocholinę (2). Neurotransmiter wiąże się z receptorem w błonie mięśniowej (3), co wywołuje depolaryzację i potencjał czynnościowy mięśnia (4).

Punktacja: Punkt tylko za pełną, poprawną kolejność wszystkich trzech numerów; częściowo błędna kolejność nie daje punktu.

Najczęstsze błędy w zadaniu 12

Uznanie, że toksyna botulinowa blokuje receptory acetylocholiny w błonie mięśniowej, zamiast dostrzec jej działanie wewnątrz neuronu na białka SNARE.
Określenie struktury białka jako III-rzędowej lub uzasadnianie IV-rzędowości wyłącznie obecnością mostka disiarczkowego.
Błędna kolejność procesów w synapsie, np. stawianie depolaryzacji mięśnia przed uwolnieniem acetylocholiny.

Źródło zadania: Centralna Komisja Egzaminacyjna, Matura z biologii 2023, poziom rozszerzony (w maju 2023). Wstęp CKE opracowała na podstawie: P. Čapek, T.J. Dickerson, Sensing the Deadliest Toxin: Technologies for. Odpowiedzi i wyjaśnienia: anotemy.