Matura z biologii 2023, zadanie 13: PCR – etapy cyklu i startery – odpowiedzi i wyjaśnienie

Brakujące nukleotydy to dATP i dCTP. DNA rozdziela się przez wysoką temperaturę (lub helikazę), a starter jest konieczny, bo polimeraza DNA nie rozpoczyna syntezy od zera.

O czym jest zadanie 13?

Schemat przedstawia pierwszy cykl PCR: rozdzielenie nici DNA, przyłączenie starterów i syntezę nowej nici. Na rysunku pokazano tylko dGTP i dTTP, więc trzeba wskazać brakujące deoksyrybonukleotydy oraz wyjaśnić, jak rozdziela się DNA i po co są startery.

Pełny wstęp z rysunkami i tabelami: oficjalny arkusz CKE, strona 22 · zasady oceniania CKE.

Zadanie 13.1 (0–1 pkt)

Uzupełnij powyższy schemat – wpisz w wyznaczone miejsca (+ ..........) oznaczenia dwóch deoksyrybonukleotydów niezbędnych do syntezy DNA, brakujących na schemacie.

Pokaż odpowiedź

Odpowiedź: dATP i dCTP (kolejność dowolna; mogą być pełne nazwy).

W DNA występują cztery deoksyrybonukleotydy: dATP, dTTP, dGTP i dCTP. Na schemacie podano już dGTP i dTTP, więc brakuje dATP i dCTP. Muszą to być deoksyrybonukleotydy, a nie rybonukleotydy typu ATP lub CTP.

Punktacja: Punkt za wpisanie obu brakujących deoksyrybonukleotydów: dATP i dCTP. Brak punktu, jeśli brakuje jednego, podano ATP/CTP albo nie uzupełniono schematu.

Zadanie 13.2 (0–1 pkt)

Określ, w jaki sposób przeprowadza się rozdzielenie dwuniciowego DNA podczas pierwszego etapu każdego cyklu PCR.

Pokaż odpowiedź

Odpowiedź: Przez podgrzanie próbki do około 95 °C, czyli denaturację termiczną; dopuszczalne jest też użycie helikazy.

W pierwszym etapie PCR trzeba rozerwać wiązania wodorowe między dwiema niciami DNA. W klasycznym PCR osiąga się to przez wysoką temperaturę, zwykle około 95 °C. W wersji izotermicznej można użyć helikazy, która rozplątuje DNA.

Punktacja: Punkt za wskazanie wysokiej temperatury/podgrzania do ok. 95 °C albo użycia helikazy. Brak punktu za samo słowo „denaturacja” lub ogólne „zmiany temperatury” bez kierunku.

Zadanie 13.3 (0–1 pkt)

Wyjaśnij, dlaczego w cyklu PCR etap syntezy DNA musi być poprzedzony przyłączeniem starterów. W odpowiedzi uwzględnij właściwości polimerazy DNA.

Pokaż odpowiedź

Odpowiedź: Polimeraza DNA dołącza nukleotydy tylko do istniejącego już łańcucha, do wolnej grupy 3′-OH, więc potrzebny jest starter.

Polimeraza DNA nie potrafi rozpocząć syntezy nowej nici od zera. Może jedynie wydłużać istniejący fragment kwasu nukleinowego, dołączając kolejny nukleotyd do końca 3′-OH. Starter przyłączony do matrycy dostarcza taki wolny koniec i umożliwia rozpoczęcie syntezy.

Punktacja: Punkt za wyjaśnienie, że polimeraza potrzebuje istniejącego odcinka/końca 3′-OH do dołączania nukleotydów. Brak punktu, jeśli odpowiedź ogranicza się do specyficzności starterów lub powielania wybranego genu.

Najczęstsze błędy w zadaniu 13

Mylenie deoksyrybonukleotydów z rybonukleotydami, np. wpisanie ATP lub CTP zamiast dATP i dCTP.
W 13.2 podanie tylko „denaturacja” albo „zmiany temperatury” bez wskazania wysokiej temperatury.
W 13.3 wyjaśnianie roli starterów specyficznością reakcji, a nie tym, że polimeraza potrzebuje istniejącego końca 3′-OH.

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.