Diagnostyczna matura z biologii, grudzień 2024, zadanie 14: Bakteryjny transfer genów i produkcja insuliny – odpowiedzi i wyjaśnienie

14.1: transformacja – opis 2, transdukcja – opis 1, koniugacja – opis 3. 14.2: bakterie nie wycinają intronów, więc bez ich usunięcia eksony nie utworzą ciągłej sekwencji kodującej. 14.3: helikaza rozplątuje DNA i zrywa wiązania wodorowe, prymaza syntetyzuje startery RNA.

O czym jest zadanie 14?

Wstęp przypomina, że bakterie wymieniają materiał genetyczny na drodze transformacji, transdukcji i koniugacji, a człowiek wykorzystuje plazmidy bakteryjne do produkcji ludzkich białek, np. insuliny. Podkreślono, że gen insuliny musi być pozbawiony intronów, a plazmid replikuje się w wielu kopiach w komórce bakterii.

Pełny wstęp z rysunkami i tabelami: oficjalny arkusz CKE, strona 18 · zasady oceniania CKE.

Zadanie 14.1 (0–1 pkt)

Do każdego z rodzajów przepływu informacji genetycznej przyporządkuj jeden właściwy opis spośród podanych poniżej (1.–4.).
1. Zachodzi z udziałem wirusów, które stają się wektorami przenoszącymi DNA z jednej bakterii do drugiej.
2. Polega na pobieraniu przez komórki bakteryjne materiału genetycznego ze środowiska.
3. Jest to proces płciowy polegający na przekazaniu materiału genetycznego z komórki dawcy do komórki biorcy. Może zachodzić pomiędzy różnymi gatunkami bakterii.
4. Polega na przepisaniu informacji genetycznej z RNA na DNA, dzięki czemu dochodzi do integracji takiego materiału genetycznego z genomem bakterii.
transformacja – ……… transdukcja – ……… koniugacja – ………

Pokaż odpowiedź

Odpowiedź: transformacja – 2, transdukcja – 1, koniugacja – 3

Transformacja to pobranie wolnego DNA z podłoża, czyli opis 2. Transdukcja wymaga faga przenoszącego fragment DNA między bakteriami, czyli opis 1. Koniugacja polega na bezpośrednim kontakcie komórek i przekazaniu plazmidu od dawcy do biorcy, czyli opis 3. Opis 4 to odwrotna transkrypcja, nie żaden z tych trzech mechanizmów.

Punktacja: Punkt tylko wtedy, gdy wszystkie trzy przyporządkowania są poprawne; dwa lub jedno trafienie to 0 pkt.

Zadanie 14.2 (0–1 pkt)

Wyjaśnij, dlaczego przed wprowadzeniem ludzkiego genu kodującego insulinę do genomu bakterii usuwa się z tego genu sekwencje intronów. W odpowiedzi uwzględnij znaczenie wycinania intronów u człowieka oraz przebieg ekspresji informacji genetycznej u bakterii.

Pokaż odpowiedź

Odpowiedź: U człowieka introny wycina spliceosom, aby połączyć eksony w ciągłą sekwencję kodującą; bakterie nie mają takiego mechanizmu, więc introny zostałyby przepisane na mRNA i zaburzyły sekwencję aminokwasową insuliny.

U eukariontów gen jest najpierw przepisywany na pre-mRNA, a potranskrypcyjna obróbka usuwa introny i składa eksony, dzięki czemu powstaje prawidłowa matryca. U bakterii nie ma spliceosomu ani obróbki potranskrypcyjnej tego typu, więc ekspresja zachodzi bezpośrednio z powstającego mRNA – transkrypcja i translacja są sprzężone. Gdyby introny pozostały, rybosom odczytałby je jako fragmenty kodujące i białko miałoby zmienioną sekwencję. Dlatego introny usuwa się jeszcze przed wklonowaniem genu do plazmidu.

Punktacja: Punkt za odpowiedź, która łączy dwa elementy: brak mechanizmu wycinania intronów u bakterii oraz rolę wycięcia intronów u człowieka (połączenie eksonów w ciągłą sekwencję kodującą). Samo stwierdzenie „bakterie nie mają intronów” bez odniesienia do genu ludzkiego nie wystarcza.

Zadanie 14.3 (0–2 pkt)

Uzupełnij tabelę – dla każdego z enzymów określ jego funkcję w procesie replikacji plazmidowego DNA.
Enzym | Funkcja w procesie replikacji plazmidowego DNA
helikaza
prymaza

Pokaż odpowiedź

Odpowiedź: helikaza – rozplątuje podwójną helisę i rozrywa wiązania wodorowe między nićmi DNA; prymaza – syntetyzuje krótkie startery RNA potrzebne polimerazie DNA

Replikacja zaczyna się od rozdzielenia nici, co robi helikaza, przerywając wiązania wodorowe między komplementarnymi zasadami. Polimeraza DNA nie potrafi sama rozpocząć syntezy, więc prymaza dokłada krótki odcinek RNA, czyli starter. Od startera polimeraza wydłuża nową nić.

Punktacja: 2 pkt za poprawne funkcje obu enzymów, 1 pkt za jedną; ogólnik typu „bierze udział w replikacji” bez wskazania czynności nie jest punktowany.

Najczęstsze błędy w zadaniu 14

Mylenie transdukcji z transformacją – przypisanie wirusów do pobierania DNA ze środowiska.
Odpowiedź w 14.2 ograniczona do „bakterie nie mają intronów” bez wyjaśnienia, że brakuje im mechanizmu wycinania intronów genu eukariotycznego.
Zamiana funkcji helikazy i prymazy albo przypisanie prymazie syntezy DNA zamiast startera RNA.

Źródło zadania: Centralna Komisja Egzaminacyjna, Diagnostyczna matura z biologii, grudzień 2024 (w grudniu 2024). Wstęp CKE opracowała na podstawie: U. Kasprzykowska i B.M. Sobieszczańska, Plastyczność bakteryjnych genomów –. Odpowiedzi i wyjaśnienia: anotemy.