Zadanie 14. (0–1)

To zadanie sprawdza rozumienie, czym w metabolizmie jest „przenośnik” – cząsteczka, która wiąże i przekazuje dalej pewien element: elektrony wraz z protonami (przenośniki wodoru: NAD⁺/NADH, NADP⁺/NADPH, FAD/FADH₂) albo grupę fosforanową i związaną z nią energię (ATP/ADP). Klucz do rozwiązania jest prosty: patrzymy, w jakiej formie – utlenionej czy zredukowanej, „naładowanej” czy „rozładowanej” – związek wchodzi do danej reakcji jako substrat.

Redukcja to przyłączenie elektronów (najczęściej razem z protonami, czyli formalnie atomów wodoru) do cząsteczki. Żeby ktoś mógł zostać zredukowany, ktoś inny musi się utlenić, a więc oddać wodór – tę rolę pełni NADH, który przekazuje 2 elektrony i proton, sam przechodząc w NAD⁺. Dlatego w reakcji redukcji uczestniczy forma zredukowana przenośnika, a nie NAD⁺. Dopuszczenie w kluczu również ATP wynika stąd, że wiele reakcji redukcyjnych w komórce jest endoergiczna i sprzężona z hydrolizą ATP (np. redukcja 1,3-bisfosfoglicerynianu do aldehydu 3-fosfoglicerynowego w cyklu Calvina wymaga i NADPH, i ATP).

Fosforylacja to przyłączenie reszty fosforanowej. Jeśli myślimy o fosforylacji substratu (np. glukozy przez heksokinazę), dawcą grupy fosforanowej jest ATP, które przechodzi w ADP. Jeśli natomiast myślimy o fosforylacji samego ADP – substratowej, oksydacyjnej czy fotofosforylacji – to substratem jest ADP, a produktem ATP. Oba spojrzenia są poprawne i dlatego klucz akceptuje 1, 2 lub oba. Dehydrogenacja to odwodorowanie, czyli utlenienie substratu przez odłączenie 2H; akceptorem tych wodorów jest utleniona forma przenośnika, czyli NAD⁺ (w niektórych reakcjach FAD), który zamienia się w NADH + H⁺. Stąd C – 3.

Najczęstszy błąd to zamiana ról NAD⁺ i NADH – uczniowie kojarzą „NADH z redukcją”, ale nie precyzują, że NADH jest czynnikiem redukującym, więc sam jest wtedy substratem oddającym wodór, a nie produktem. Drugi typowy błąd to wpisanie NAD⁺ przy redukcji, bo „NAD⁺ się redukuje” – trzeba pamiętać, że pytanie dotyczy redukcji innego związku, a nie przenośnika. Trzeci błąd: wpisywanie tylko ATP przy fosforylacji bez rozważenia ADP, co akurat tu nie jest karane, ale świadczy o mechanicznym kojarzeniu. Warto też uważać na zapis: poprawnie pisze się NAD⁺ i NADH + H⁺, choć na maturze zwykle tolerowany jest skrót NAD.

Zagadnienie łączy się z niemal całym działem metabolizmu. W glikolizie masz obie te reakcje obok siebie: fosforylację glukozy i fruktozo-6-fosforanu kosztem ATP (faza inwestycji), dehydrogenację aldehydu 3-fosfoglicerynowego z redukcją NAD⁺ oraz fosforylację substratową ADP. W oddychaniu tlenowym NADH i FADH₂ z cyklu Krebsa dostarczają elektronów do łańcucha oddechowego, gdzie ich energia buduje gradient protonowy napędzający syntazę ATP (fosforylacja oksydacyjna) – tu widać, że przenośnik wodoru i przenośnik energii to dwa ogniwa tego samego łańcucha. W fermentacji NADH oddaje wodór na pirogronian lub aldehyd octowy, regenerując NAD⁺ – bez tego glikoliza by stanęła, co dobrze pokazuje, że przenośniki działają cyklicznie i występują w komórce w niewielkich ilościach. W fotosyntezie analogicznie: faza zależna od światła produkuje NADPH i ATP, a cykl Calvina je zużywa. Przy okazji warto pamiętać, że NADH kieruje się głównie do procesów katabolicznych i produkcji ATP, a NADPH – do biosyntez (anabolizmu), co jest częstym elementem zadań porównawczych.