Zadanie 4.1. (0–1)AI
Uwalnianie przez organizmy energii cieplnej jest warunkiem ich przeżycia. Zwierzęta w hibernacji, noworodki niektórych gatunków (w tym – człowieka) i ssaki przystosowane do życia w niskich temperaturach wytwarzają ciepło dzięki tzw. białkom rozprzęgającym. Białka te występują licznie w błonie grzebieni mitochondriów komórek brunatnej tkanki tłuszczowej, gdzie tworzą kanały jonowe. Aktywne białka rozprzęgające transportują protony z przestrzeni międzybłonowej do macierzy mitochondrialnej, uwalniając jednocześnie energię gradientu protonowego w postaci ciepła. Skutkiem ubocznym jest zmniejszenie wydajności powstawania ATP z udziałem syntazy ATP. Komórki brunatnej tkanki tłuszczowej mają bardzo liczne mitochondria o dużych i licznych grzebieniach. Tkanka ta jest silnie unaczyniona.
Również niektóre rośliny mają zdolność wytwarzania dużej ilości ciepła. Przykładem może być skupnia cuchnąca (Symplocarpus foetidus), zapylana przez muchówki i kwitnąca od lutego do marca, kiedy leży jeszcze śnieg, a temperatura otoczenia jest jeszcze niska. Temperatura jej kwiatostanu osiąga ok. 20 °C. Mitochondria tej rośliny uwalniają dużo ciepła, co pozwala kwiatom wydzielać substancje zapachowe. W kwitnącej roślinie wysoka temperatura utrzymuje się ok. dwóch tygodni.
Na podstawie: J. Berg, J. Tymoczko, L. Stryer, Biochemia, Warszawa 2009; M. Jefimow, Fakultatywna termogeneza bezdrżeniowa w regulacji temperatury ciała zwierząt stałocieplnych, „Kosmos”, t. 56, 2007.
Wyjaśnij, odnosząc się do mechanizmu fosforylacji oksydacyjnej, dlaczego obecność aktywnego białka rozprzęgającego w błonie wewnętrznej mitochondrium komórek brunatnej tkanki tłuszczowej jest przyczyną zmniejszenia wydajności powstania ATP z udziałem syntazy ATP.
..............................
Sprawdź się
Odpowiedz samodzielnie i sprawdź wynik
2
Pokaż odpowiedź z arkuszaPorównaj swoją odpowiedź z kluczem
Schemat punktowania
1 p. – za poprawne wyjaśnienie, odnoszące się do wykorzystywania gradientu protonowego zarówno przez białko rozprzęgające, jak i syntazę ATP.
0 p. – za odpowiedź niespełniającą powyższych wymagań lub za brak odpowiedzi.
Przykładowe rozwiązania
- Białko rozprzęgające do wytwarzania ciepła wykorzystuje gradient protonowy, który jest także wykorzystywany przez syntazę ATP, a więc synteza ATP jest mniej wydajna.
- Ponieważ część protonów przepłynie przez kanały jonowe białek rozprzęgających, a nie przez kanał syntazy ATP.
Uwagi:
Alternatywna nazwa białka rozprzęgającego to termogenina.
Nie uznaje się odpowiedzi odnoszących się do całkowitego braku syntezy ATP.
Wyjaśnienie AI Rozwiń, aby przeczytać wyjaśnienie
Wytłumacz mi to
Potrzebujesz dodatkowego wyjaśnienia?
1
Zostanie wygenerowane zwięzłe wyjaśnienie zagadnień z pytania: mechanizmu i kontekstu biologicznego odpowiedzi, częstych błędów oraz powiązań z innymi tematami.
Komentarz CKE 22%
Do pogłębionej analizy wybrane zostały z tegorocznego arkusza egzaminacyjnego zadania tworzące wiązkę tematyczną zadania 4., złożoną z pięciu zadań (poleceń). Sprawdzały one wiadomości z różnych działów podstawy programowej i różne umiejętności maturzystów. Podstawę analizy tematu wiązki zadań stanowił nieznany wcześniej maturzystom materiał źródłowy, pochodzący z publikacji naukowych i dotyczący białek rozprzęgających łańcuch oddechowy i syntezę ATP.
Zadania tworzące wiązkę tematyczną odnosiły się do materiału źródłowego przedstawiającego problem uzyskiwania, magazynowania i przemian energii w komórce oraz jej wykorzystania przez organizmy. Do poprawnego rozwiązania zadań z tej wiązki niezbędne było rozumienie, że zgodnie z pierwszą zasadą termodynamiki (zasadą zachowania energii), energia nie może powstawać z niczego, ani nie ulega zniszczeniu, może natomiast być przenoszona między układami otwartymi lub przekształcać się z jednej postaci w inną. Zatem żaden organizm (także samożywny) nie może samodzielnie wytworzyć energii potrzebnej mu do życia, ale musi pobierać ją z otoczenia i przekształcać w postać jemu przydatną.
We wszystkich żywych komórkach łatwo dostępna energia pochodząca z rozkładu związków organicznych jest przejściowo gromadzona głównie w ATP (adenozynotrifosforanie) – ważnym związku chemicznym, z którego łatwo można ją odzyskać podczas hydrolizy wiązań łączących grupy
fosforanowe. Przemiany energetyczne w komórce zachodzą także w czasie reakcji oksydacyjno-redukcyjnych (redoks) stanowiących zasadniczą część oddychania komórkowego i fotosyntezy.
W komórce zwierzęcej głównym szlakiem metabolicznym ściśle sprzężonym z syntezą ATP jest transport elektronów w łańcuchu przenośników elektronów w błonie wewnętrznej mitochondrium. Zjawisko polega na tym, że kompleksy białkowe znajdujące się w wewnętrznej błonie mitochondrialnej wypompowują protony z macierzy mitochondrialnej, wytwarzając protonowy gradient elektrochemiczny, który napędza białko syntazę ATP, sprzęgając w ten sposób transport elektronów z produkcją ATP.
Rozproszenie energii protonowego gradientu elektrochemicznego, i uwolnienie jej w postaci ciepła, ogranicza możliwości wytwarzania ATP. Takie zjawisko występuje u niektórych organizmów mających w wewnętrznej błonie mitochondrialnej opisane w tekście źródłowym – białka rozprzęgające. Umożliwiają one kontrolowany przeciek protonów z przestrzeni międzybłonowej mitochondrium do matriks mitochondrialnego. Tym samym część protonów wraca do matriks mitochondrium poprzez białka rozprzęgające, co znacznie redukuje liczbę protonów przechodzących przez syntazę ATP, ograniczając produkcję ATP, a energia protonowego gradientu elektrochemicznego jest rozpraszana w postaci ciepła.
Takie całościowe zrozumienie przemian energii w komórce było podstawą prawidłowego rozwiązywania kolejnych zadań tworzących wiązkę. Z analizy odpowiedzi zdających wynika jednak, że maturzyści nie potrafili połączyć posiadanej wiedzy dotyczącej tego problemu z nowymi informacjami zawartymi w tekście źródłowym opisującym białka rozprzęgające.
W zadaniu 4.1. (poziom wykonania zadania – 22%) należało wyjaśnić, dlaczego obecność aktywnego białka rozprzęgającego w błonie wewnętrznej mitochondrium komórek brunatnej tkanki tłuszczowej jest przyczyną zmniejszenia wydajności powstawania ATP. Mimo szczegółowej informacji w tekście dotyczącej roli białka rozprzęgającego w błonie wewnętrznej mitochondrium i wskazówki w poleceniu, że w odpowiedzi należy odnieść się do mechanizmu fosforylacji oksydacyjnej, zdający nie potrafili powiązać nowych informacji zawartych w tekście źródłowym z posiadaną wiedzą dotyczącą przemian energii w komórce. Nie dostrzegali, że część protonów przepływa przez kanały jonowe białek rozprzęgających, a nie przez kanały syntazy ATP, i dlatego powstanie mniej ATP. Nie rozumieli, że jest to inny szlak przepływu protonów, w którym nie zachodzi fosforylacja, a energia gradientu protonowego jest rozpraszana w postaci ciepła.
Najczęstsze nieprawidłowe odpowiedzi sugerowały jednak, że zamiast ATP będzie powstawać energia cieplna albo też, że ATP wytworzone przez syntazę ATP jest wykorzystywane przez białko rozprzęgające do transportu protonów do matriks w celu wytwarzania ciepła (przykłady: 1., 2., 3.).
Przykład 1.
Przykład 2.
Przykład 3.
