Zadanie 5.3. (0–1)AI
Wiele bakterii to ekstremofile – organizmy żyjące w ekstremalnych warunkach środowiskowych. Skrajne wartości określonych czynników fizycznych i chemicznych są warunkiem koniecznym do prawidłowego zajścia procesów metabolicznych u ekstremofili. W zależności od wartości optymalnej temperatury wzrostu wyróżnia się wśród ekstremofili:
- psychrofile – organizmy, które nie rosną w temperaturze powyżej 20 °C, a optymalne warunki do ich rozwoju stwarza temperatura poniżej 15 °C. Psychrofile wykształciły wiele adaptacji do niskich wartości temperatury, wśród których można wyróżnić mechanizmy chroniące przed nadmiernym zmniejszeniem płynności ich błon komórkowych;
- termofile – organizmy, których optymalna temperatura wzrostu wynosi ponad 50 °C. Maksymalna temperatura umożliwiająca życie wynosi 122 °C. Wysoka temperatura powoduje wzrost płynności błony komórkowej oraz destabilizuje strukturę białek i kwasów nukleinowych termofili. Z tego powodu w białkach termofili znajdują się liczne mostki disiarczkowe, a cząsteczki rRNA i tRNA mają wysoką zawartość par zasad GC.
Enzymy wytwarzane przez ekstremofile są wykorzystywane w biotechnologii.
Na podstawie: A. Zabłotni, A. Dziadosz, Ekstremofile – mikroorganizmy z przeszłością i z przyszłością, „Postępy Mikrobiologii” 52(4), 2013.
Wykaż, że stabilność cząsteczek rRNA i tRNA bakterii termofilnych zwiększa się wraz ze wzrostem zawartości w ich cząsteczkach par zasad GC kosztem zawartości par zasad AU.
Sprawdź się
Odpowiedz samodzielnie i sprawdź wynik
2
Pokaż odpowiedź z arkuszaPorównaj swoją odpowiedź z kluczem
Zasady oceniania
1 pkt – za poprawne wykazanie, że stabilność cząsteczek rRNA i tRNA bakterii termofilnych zwiększa się wraz ze wzrostem zawartości w ich cząsteczkach par zasad GC kosztem zawartości par zasad AU, odnoszące się do większej liczby wiązań wodorowych w parze GC niż w parze AU, ORAZ do większej energii koniecznej do ich zerwania.
0 pkt – za odpowiedź niespełniającą wymagań na 1 pkt albo za brak odpowiedzi.
Przykładowe rozwiązania
- Pary GC mają więcej wiązań wodorowych niż pary AU, co zwiększa stabilność takiej cząsteczki RNA, bo zerwanie wiązania wymaga dostarczenia energii.
- W parach AU są tylko dwa oddziaływania wodorowe, a w parach GC – trzy, dlatego do denaturacji RNA zawierającego większy udział par GC potrzeba więcej energii.
- Wraz ze wzrostem udziału par zasad GC rośnie w cząsteczce liczba oddziaływań wodorowych, stabilizujących cząsteczkę, a do zerwania większej liczby tych wiązań potrzeba więcej energii.
Uwagi:
Uznaje się odpowiedzi odnoszące się do siły oddziaływania zamiast do energii potrzebnej do zerwania wiązań. Nie uznaje się odpowiedzi odnoszących się do „podwójnych” lub „potrójnych” wiązań wodorowych. Nie uznaje się odpowiedzi, w których pomylono uracyl występujący w RNA z tyminą występującą w DNA, np. „W parze AT występują dwa wiązania wodorowe, do których zerwania trzeba mniejszej ilości energii niż w przypadku trzech wiązań wodorowych”. Nie uznaje się odpowiedzi, w których pomylono cytozynę (zasada azotowa) z cysteiną (aminokwas).
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 11%
Zadanie 5.3. to najtrudniejsze zadanie z wiązki składającej się z pięciu poleceń, które dotyczyły ekstrermofili. To zadanie wymagało od zdających skonstruowania złożonej odpowiedzi wykazującej związek między wzrostem zawartości par zasad GC kosztem AU a wzrostem stabilności cząsteczek rRNA i tRNA bakterii termofilnych. Zadanie zostało omówione szczegółowo w rozdziale Problem „pod lupą”.
W zadaniu 5.3. (poziom wykonania – 11%) zdający mieli wykazać, czyli udowodnić tezę, że stabilność cząstek rRNA i tRNA bakterii termofilnych zwiększa się wraz ze wzrostem zawartości w ich cząsteczkach par zasad GC kosztem zawartości par zasad AU. Zadanie wymagało posiadania przez maturzystów wiedzy na temat budowy kwasów nukleinowych oraz rodzaju wiązań występujących w tych cząsteczkach. Kluczowe było zauważenie, że cząsteczki RNA często zawierają odcinki sekwencji nukleotydowej, które mogą tworzyć pary zasad z komplementarnymi sekwencjami znajdującymi się w innych rejonach tej samej cząsteczki. Te oddziaływania pozwalają cząsteczkom RNA m.in. na zwijanie się w określone struktury przestrzenne. Poprawne rozwiązanie zadania wymagało:
• po pierwsze – zauważenia, że między parą zasad CG występują trzy wiązania wodorowe, a między parą zasad AU – tylko dwa wiązania wodorowe, a większa zawartość par zasad CG kosztem AU zwiększa całkowitą liczbę wiązań wodorowych w cząsteczkach rRNA i tRNA bakterii termofilnych
• po drugie – wskazania, że prowadzi to do wzrostu energii potrzebnej do zaburzenia struktury tych cząsteczek, tzn. ich większej stabilności
• po trzecie – powiązania wskazanych informacji w relację przyczyna-skutek.
Poniżej przedstawiono przykład poprawnej realizacji zadania.
Stabilność cząsteczek rRNA i tRNA zwiększa się wraz ze wzrostem zawartości w ich cząsteczkach par zasad GC, ponieważ pomiędzy G i C tworzą się 3 wiązania wodorowe, a pomiędzy zasadami A i U tworzą się 2 wiązania wodorowe. Większa liczba takich wiązań w cząsteczkach bardziej je stabilizuje, gdyż więcej energii trzeba dostarczyć, aby je rozerwać.
To rozwiązanie obrazuje wymagany zgodnie z poleceniem spójny schemat połączenia przyczynowo-skutkowego: większa liczba odziaływań wodorowych w cząsteczkach oznacza więcej energii wymaganej do ich zerwania, co zwiększa stabilność cząsteczek rRNA i tRNA.
Jednakże większość zdających, podejmując próbę udowodnienia wzrostu stabilności cząsteczek rRNA i tRNA, podawała jedynie fakty dotyczące większej liczby wiązań wodorowych w parze GC niż w parze AU, np.
Pary GC mają między sobą 3 wiązania wodorowe w przeciwieństwie do par AU, które między sobą są połączone dwoma wiązaniami wodorowymi. A to właśnie wiązania wodorowe stabilizują cząsteczki rRNA i tRNA bakterii termofilnych.
Na podstawie powyższej odpowiedzi nadal nie wiadomo, dlaczego większa liczba oddziaływań wodorowych w cząsteczkach rRNA i tRNA zwiększa ich stabilność.
Część niepełnych odpowiedzi nie uwzględniała rodzaju wiązań występujących w parach GC i AU, np.
Stabilność cząsteczek rRNA i tRNA bakterii termofilnych zwiększa się wraz ze wzrostem w ich cząsteczkach par zasad GC, które są połączone 3 wiązaniami, a pary AU tylko dwoma wiązaniami. Większa ilość wiązań stabilizuje cząsteczkę bardziej, niż gdy jest ich mniejsza ilość, ponieważ większa siła jest potrzebna do ich rozerwania.
Często spotykanym błędem w rozwiązaniu tego zadania było także stosowanie do opisu wiązań występujących w parach GC i AU pojęć „wiązania podwójne”, „wiązania potrójne”, które odnoszą się do kowalencyjnych wiązań wielokrotnych występujących między atomami węgla, np.
W związku z tym, że w parach GC, pomiędzy „G” a „C” występują potrójne wiązania wodorowe, a w przypadku par AU podwójne wiązania wodorowe, to wzrost zawartości par zasad GC poskutkuje większą stabilnością rRNA i tRNA bakterii termofilnych, z uwagi na fakt, że wiązania potrójne są trudniejsze do rozerwania niż wiązania podwójne.