Diagnostyczna matura z biologii, grudzień 2024, zadanie 15: PCR i mutacje w genie MECP2 – odpowiedzi i wyjaśnienie

Polimeraza z termofila jest potrzebna, bo zachowuje aktywność w wysokiej temperaturze PCR. W każdym cyklu przy 100% wydajności liczba cząsteczek DNA podwaja się. Zamiana G na A w czwartym kodonie nie zmienia peptydu, a delecja G powoduje przesunięcie ramki i skrócenie białka na Cys.

O czym jest zadanie 15?

Zadanie dotyczy namnażania DNA metodą PCR, w której kolejne zmiany temperatury pozwalają rozdzielić nici, przyłączyć startery i zsyntetyzować nowe cząsteczki. Opisano też amplifikację fragmentu ludzkiego genu MECP2 oraz dwa błędy powstałe w czwartym kodonie: zamianę jednego nukleotydu i utratę jednego G. W mieszaninie po reakcji mają znajdować się prawidłowy wariant oraz dwa warianty zmutowane.

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

Zadanie 15.1 (0–1 pkt)

0–1 Wyjaśnij, dlaczego do przeprowadzenia PCR wykorzystuje się enzym – polimerazę DNA – pochodzący z organizmu termofilnego.

Pokaż odpowiedź

Odpowiedź: Dlatego że polimeraza pochodząca z termofila jest odporna na wysoką temperaturę i nie traci aktywności po podgrzaniu do około 95°C.

W każdym cyklu PCR najpierw trzeba rozdzielić nici DNA w wysokiej temperaturze. Zwykła polimeraza uległaby wtedy denaturacji, a termostabilny enzym nadal może syntetyzować DNA po obniżeniu temperatury.

Punktacja: Punkt za powiązanie termostabilności lub odporności na wysoką temperaturę z etapem denaturacji PCR; samo stwierdzenie, że PCR wymaga polimerazy DNA, nie wystarcza.

Zadanie 15.2 (0–1 pkt)

0–1 Określ, ile razy zwiększa się liczba cząsteczek DNA w trakcie każdego cyklu PCR, jeśli wydajność reakcji jest równa 100%.

Pokaż odpowiedź

Odpowiedź: Dwa razy, czyli 2×.

W jednym cyklu każda nić macierzysta służy jako matryca do zbudowania nowej nici. Z jednej cząsteczki dwuniciowej powstają więc dwie cząsteczki potomne. Przy pełnej wydajności po n cyklach liczba cząsteczek wynosi 2^n.

Punktacja: Punkt za odpowiedź, że liczba cząsteczek podwaja się w każdym cyklu; nie uznaje się odpowiedzi „zwiększa się o 2” ani samego wzoru 2^n bez odniesienia do jednego cyklu.

Zadanie 15.3 (0–2 pkt)

0–1–2 Podaj sekwencje aminokwasowe kodowane przez przedstawiony fragment nici kodującej po zajściu opisanych mutacji. Sekwencje zapisz od końca aminowego do końca karboksylowego, posługując się trójliterowymi oznaczeniami aminokwasów.
1. substytucja G → A
2. delecja G

Pokaż odpowiedź

Odpowiedź: 1. Met-Val-Ala-Gly-Met-Leu-Gly 2. Met-Val-Ala-Gly-Cys

Czwarty kodon to GGG i koduje glicynę. Zamiana jego trzeciego nukleotydu G na A daje GGA, które także koduje glicynę, dlatego sekwencja peptydu się nie zmienia. Delecja jednego G przesuwa ramkę od czwartego kodonu: powstają GGA (Gly) i TGT (Cys), a następny kodon jest kodonem stop, więc peptyd kończy się na Cys.

Punktacja: 2 pkt za oba poprawne peptydy, 1 pkt za jeden; liczy się właściwa kolejność od końca aminowego do karboksylowego i oznaczenia trójliterowe lub pełne nazwy aminokwasów. Nie uznaje się zapisu samej sekwencji DNA ani błędnej kolejności.

Najczęstsze błędy w zadaniu 15

Uznanie, że zamiana G na A w czwartym kodonie zawsze zmienia aminokwas, mimo że GGG i GGA kodują glicynę.
Pominięcie przesunięcia ramki po delecji i próba zmiany tylko jednego kodonu bez skrócenia peptydu.
Odpowiedź, że w PCR liczba DNA rośnie o dwa, albo że polimeraza termofilna jest potrzebna, bo przyspiesza reakcję, a nie z powodu odporności na 95°C.

Źródło zadania: Centralna Komisja Egzaminacyjna, Diagnostyczna matura z biologii, grudzień 2024 (w grudniu 2024). Wstęp CKE opracowała na podstawie: GenBank sekwencja nr NM_004992.4. Odpowiedzi i wyjaśnienia: anotemy.