{"id":"biologia-2016-maj-matura-rozszerzona/zad/17.1","paper_id":"biologia-2016-maj-matura-rozszerzona","number":"17.1","points":1,"ptype":"open","subject":"biologia","category":"matura","year":2016,"month":"maj","level":"rozszerzona","text":"Zadanie 17.1. (0-1)\nWyjaśnij, dlaczego do genomu modyfikowanych bakterii nie wprowadza się odcinka\nDNA z genem ludzkiej insuliny, tylko cDNA wytworzone na podstawie mRNA\ntranskrybowanego z tego genu.\nMBI_1R","answer":null,"answer_text":"17.1. (0-1)\nWymagania ogólne\nWymagania szczegółowe\nV. Rozumowanie i argumentacja.\nZdający […] formułuje i przedstawia\nopinie związane z omawianymi\nzagadnieniami biologicznymi, dobierając\nracjonalne argumenty.\nI. Poznanie świata organizmów na różnych\npoziomach organizacji życia.\nZdający […] wyjaśnia procesy i zjawiska\nbiologiczne.\nVI. Genetyka i biotechnologia.\n3. Informacja genetyczna i jej ekspresja.\nZdający:\n3) przedstawia proces potranskrypcyjnej obróbki\nRNA u organizmów eukariotycznych\n5) porównuje strukturę genomu\nprokariotycznego i eukariotycznego.\n8. Biotechnologia molekularna, inżynieria\ngenetyczna i medycyna molekularna. Zdający:\n2) przedstawia istotę procedur inżynierii\ngenetycznej (izolacji i wprowadzania obcego\ngenu do organizmu).\nSchemat punktowania\n1 p. - za poprawne wyjaśnienie, odnoszące się do braku intronów w cDNA i niemożności ich\nusuwania w komórkach bakterii lub braku mechanizmów ich wycinania.\n0 p. - za odpowiedź, która nie spełnia powyższych wymagań, lub za brak odpowiedzi.\nPrzykładowe rozwiązania\n• cDNA wytworzone na bazie mRNA nie zawiera intronów, których bakterie nie potrafią\nusuwać.\n• Bakterie nie mają możliwości obróbki potranskrypcyjnej, dlatego w wyniku wprowadzenia\nDNA z genem ludzkiej insuliny do ich genomu powstałoby białko, które różniłoby się\nod insuliny.","solution":"## Poprawna odpowiedź\n\nGen ludzkiej insuliny zawiera **introny** (niekodujące sekwencje), których bakterie **nie potrafią wyciąć** - nie mają aparatu splicingowego. cDNA wytworzone na matrycy dojrzałego mRNA zawiera **wyłącznie sekwencje eksonowe** i może być bezpośrednio odczytane przez rybosom bakteryjny.\n\n## Sposób 1 - Mechanizm biologiczny: introny vs. splicing\n\n**Krok 1 - Struktura genu eukariotycznego:**\nGen insuliny u człowieka zbudowany jest z **eksonów** (sekwencje kodujące) przeplatanych **intronami** (sekwencje niekodujące). Bezpośredni produkt transkrypcji to pre-mRNA (pierwotny transkrypt), zawierający oba typy sekwencji.\n\n**Krok 2 - Splicing w komórkach eukariotycznych:**\nW komórkach ludzkich (eukariotycznych) zachodzi **splicing** - wycinanie intronów i łączenie eksonów przez kompleks zwany **spliceosom**. Produktem jest dojrzałe mRNA (mRNA = tylko eksony), które następnie jest translowane na białko.\n\n**Krok 3 - Brak spliceosomów u bakterii:**\n*Escherichia coli*, jak wszystkie prokarionty, **nie posiada spliceosomów**. Gdyby do genomu bakterii wprowadzono genomowy DNA z intronem, bakteria odczytywałaby go \"na wprost\" - transkrybowała pre-mRNA, ale **nie potrafiła wyciąć intronów**. Rybosom translowałby fałszywą sekwencję, produkując nieprawidłowe, nieaktywne białko (lub żadne).\n\n**Krok 4 - Dlaczego cDNA rozwiązuje problem:**\ncDNA (*complementary DNA*) syntezowane jest przez odwrotną transkryptazę na matrycy **dojrzałego mRNA** (już bez intronów). Zatem cDNA = wierny zapis sekwencji tylko eksonów. Po wprowadzeniu do bakterii → transkrypcja → mRNA → translacja → **prawidłowa insulina**.\n\n**Wniosek:**\n> **Bakterie nie mają spliceosomów → nie usuwają intronów → gen z intronami dałby błędne białko → cDNA (bez intronów) rozwiązuje ten problem.**\n\n## Sposób 2 - Porównanie: co się dzieje z każdym wariantem DNA\n\n| | Genomowy DNA z genem insuliny | cDNA z dojrzałego mRNA |\n| Zawiera introny? | ✅ TAK | ❌ NIE (usunięte podczas dojrzewania mRNA) |\n| Wymaga spliceosomów? | ✅ TAK | ❌ NIE |\n| Bakteria ma spliceosom? | ❌ NIE | - |\n| Produkt translacji w bakterii | Błędne / nieaktywne białko | **Prawidłowa insulina** |\n\nWnioskowanie przez kontrast pokazuje, że **jedynym** wariantem dającym poprawny produkt jest cDNA - gdyż omija wymaganie aparatu splicingowego, którego bakteria nie posiada.\n\n## Sposób 3 - Ścieżka przez definicję cDNA\n\ncDNA, z definicji, to **odwrotna transkrypcja dojrzałego mRNA**:\n\n\\[\n\\text{dojrzałe mRNA (bez intronów)} \\xrightarrow{\\text{odwrotna transkryptaza}} \\text{cDNA (bez intronów)}\n\\]\n\nDojrzałe mRNA powstaje PO splicingu - w komórce eukariotycznej. Skoro mRNA jest już \"obrobione\" (introny wycięte, eksony złączone), to cDNA jest **wierną kopią tylko sekwencji kodujących**.\n\nDlaczego mRNA z trzustki? Bo komórki β wysp Langerhansa wyspecjalizowały się w produkcji insuliny - zawierają dojrzałe mRNA insuliny w dużej ilości, co ułatwia izolację matrycy.\n\nPodsumowanie drogi:\n1. Komórki trzustki → izolacja dojrzałego mRNA insuliny\n2. mRNA → cDNA (odwrotna transkryptaza)\n3. cDNA (bez intronów) → wprowadzenie do genomu *E. coli*\n4. *E. coli* transkrybuje → transluje → **insulina ludzka** ✅\n\n## Schemat oceniania CKE\n\n> **1 pkt** - za wyjasnienie odnoszace sie do **braku intronow w cDNA** i niemoznosci ich usuwania w komorkach bakterii (brak mechanizmow obrobki potranskrypcyjnej / wycinania intronow).\n>\n> **0 pkt** - odpowiedz niespelniajaca wymagan lub brak odpowiedzi.\n\n## Wzory z karty CKE\n\nW tym zadaniu **nie korzystamy bezpośrednio z karty wzorów** - wystarczy znajomość mechanizmów ekspresji genów eukariotycznych (intron/ekson, splicing, odwrotna transkryptaza).\n\nPomocniczo można przypomnieć sobie tabelę kodu genetycznego (karta str. 5) jako kontekst translacji - ale rozwiązanie tego zadania opiera się na definicjach pojęć, a nie na wzorach.\n\n## Typowe pułapki i uwagi\n\n> ⚠️ **Uwaga:** Sama odpowiedź \"gen ma introny\" to za mało na 1 pkt - **trzeba połączyć** to z brakiem spliceosomów u bakterii. Klucz wymaga pełnego wyjaśnienia przyczynowo-skutkowego.\n\n> ⚠️ **Uwaga:** Nie pisz \"bakterie nie mają jądra komórkowego\" jako powód - to nie jest wyjaśnienie braku splicingu. Splicing odbywa się w jądrze u eukariontów, ale kluczem jest **brak spliceosomu**, nie brak jądra per se.\n\n> ⚠️ **Uwaga:** Nie mylić cDNA z plazmidowym DNA - cDNA to produkt odwrotnej transkrypcji, natomiast plazmid to wektor (narzędzie), do którego cDNA się wstawia. To dwa różne pojęcia.\n\n> ⚠️ **Uwaga:** Nie pisz \"mRNA jest bardziej stabilne\" - to nie jest powód wyboru cDNA. Stabilność mRNA jest wręcz jego wadą (ulega szybkiej degradacji). Wybieramy cDNA właśnie dlatego, że DNA jest stabilne i nie zawiera intronów.","image":"img/biologia-2016-maj-matura-rozszerzona/zad-17.1.webp","solution_image":null,"topics":null,"page_from":16,"source":"ocr","answer_source":null,"answer_text_source":"ocr","solution_source":"maturazai","text_source":"ocr","source_label":"Biologia · Matura · maj 2016 (rozszerzona)","subject_label":"Biologia","category_label":"Matura","text_html":"<p>Zadanie 17.1. (0-1)<br>Wyjaśnij, dlaczego do genomu modyfikowanych bakterii nie wprowadza się odcinka<br>DNA z genem ludzkiej insuliny, tylko cDNA wytworzone na podstawie mRNA<br>transkrybowanego z tego genu.<br>MBI_1R</p>","answer_text_html":"<p>17.1. (0-1)<br>Wymagania ogólne<br>Wymagania szczegółowe<br>V. Rozumowanie i argumentacja.<br>Zdający […] formułuje i przedstawia<br>opinie związane z omawianymi<br>zagadnieniami biologicznymi, dobierając<br>racjonalne argumenty.<br>I. Poznanie świata organizmów na różnych<br>poziomach organizacji życia.<br>Zdający […] wyjaśnia procesy i zjawiska<br>biologiczne.<br>VI. Genetyka i biotechnologia.</p>\n<ol><li>Informacja genetyczna i jej ekspresja.</li></ol>\n<p>Zdający:</p>\n<ol><li>przedstawia proces potranskrypcyjnej obróbki</li></ol>\n<p>RNA u organizmów eukariotycznych</p>\n<ol><li>porównuje strukturę genomu</li></ol>\n<p>prokariotycznego i eukariotycznego.</p>\n<ol><li>Biotechnologia molekularna, inżynieria</li></ol>\n<p>genetyczna i medycyna molekularna. Zdający:</p>\n<ol><li>przedstawia istotę procedur inżynierii</li></ol>\n<p>genetycznej (izolacji i wprowadzania obcego<br>genu do organizmu).<br>Schemat punktowania<br>1 p. - za poprawne wyjaśnienie, odnoszące się do braku intronów w cDNA i niemożności ich<br>usuwania w komórkach bakterii lub braku mechanizmów ich wycinania.<br>0 p. - za odpowiedź, która nie spełnia powyższych wymagań, lub za brak odpowiedzi.<br>Przykładowe rozwiązania<br>• cDNA wytworzone na bazie mRNA nie zawiera intronów, których bakterie nie potrafią<br>usuwać.<br>• Bakterie nie mają możliwości obróbki potranskrypcyjnej, dlatego w wyniku wprowadzenia<br>DNA z genem ludzkiej insuliny do ich genomu powstałoby białko, które różniłoby się<br>od insuliny.</p>","solutions":[{"source":"maturazai","label":"maturazai.pl (AI)","kind":"text","html":"<h4>Poprawna odpowiedź</h4>\n<p>Gen ludzkiej insuliny zawiera <strong>introny</strong> (niekodujące sekwencje), których bakterie <strong>nie potrafią wyciąć</strong> - nie mają aparatu splicingowego. cDNA wytworzone na matrycy dojrzałego mRNA zawiera <strong>wyłącznie sekwencje eksonowe</strong> i może być bezpośrednio odczytane przez rybosom bakteryjny.</p>\n<h4>Sposób 1 - Mechanizm biologiczny: introny vs. splicing</h4>\n<p><strong>Krok 1 - Struktura genu eukariotycznego:</strong><br>Gen insuliny u człowieka zbudowany jest z <strong>eksonów</strong> (sekwencje kodujące) przeplatanych <strong>intronami</strong> (sekwencje niekodujące). Bezpośredni produkt transkrypcji to pre-mRNA (pierwotny transkrypt), zawierający oba typy sekwencji.</p>\n<p><strong>Krok 2 - Splicing w komórkach eukariotycznych:</strong><br>W komórkach ludzkich (eukariotycznych) zachodzi <strong>splicing</strong> - wycinanie intronów i łączenie eksonów przez kompleks zwany <strong>spliceosom</strong>. Produktem jest dojrzałe mRNA (mRNA = tylko eksony), które następnie jest translowane na białko.</p>\n<p><strong>Krok 3 - Brak spliceosomów u bakterii:</strong><br><em>Escherichia coli</em>, jak wszystkie prokarionty, <strong>nie posiada spliceosomów</strong>. Gdyby do genomu bakterii wprowadzono genomowy DNA z intronem, bakteria odczytywałaby go &quot;na wprost&quot; - transkrybowała pre-mRNA, ale <strong>nie potrafiła wyciąć intronów</strong>. Rybosom translowałby fałszywą sekwencję, produkując nieprawidłowe, nieaktywne białko (lub żadne).</p>\n<p><strong>Krok 4 - Dlaczego cDNA rozwiązuje problem:</strong><br>cDNA (<em>complementary DNA</em>) syntezowane jest przez odwrotną transkryptazę na matrycy <strong>dojrzałego mRNA</strong> (już bez intronów). Zatem cDNA = wierny zapis sekwencji tylko eksonów. Po wprowadzeniu do bakterii → transkrypcja → mRNA → translacja → <strong>prawidłowa insulina</strong>.</p>\n<p><strong>Wniosek:</strong></p>\n<blockquote><strong>Bakterie nie mają spliceosomów → nie usuwają intronów → gen z intronami dałby błędne białko → cDNA (bez intronów) rozwiązuje ten problem.</strong></blockquote>\n<h4>Sposób 2 - Porównanie: co się dzieje z każdym wariantem DNA</h4>\n<p>| | Genomowy DNA z genem insuliny | cDNA z dojrzałego mRNA |<br>| Zawiera introny? | ✅ TAK | ❌ NIE (usunięte podczas dojrzewania mRNA) |<br>| Wymaga spliceosomów? | ✅ TAK | ❌ NIE |<br>| Bakteria ma spliceosom? | ❌ NIE | - |<br>| Produkt translacji w bakterii | Błędne / nieaktywne białko | <strong>Prawidłowa insulina</strong> |</p>\n<p>Wnioskowanie przez kontrast pokazuje, że <strong>jedynym</strong> wariantem dającym poprawny produkt jest cDNA - gdyż omija wymaganie aparatu splicingowego, którego bakteria nie posiada.</p>\n<h4>Sposób 3 - Ścieżka przez definicję cDNA</h4>\n<p>cDNA, z definicji, to <strong>odwrotna transkrypcja dojrzałego mRNA</strong>:</p>\n<p>\\[<br>\\text{dojrzałe mRNA (bez intronów)} \\xrightarrow{\\text{odwrotna transkryptaza}} \\text{cDNA (bez intronów)}<br>\\]</p>\n<p>Dojrzałe mRNA powstaje PO splicingu - w komórce eukariotycznej. Skoro mRNA jest już &quot;obrobione&quot; (introny wycięte, eksony złączone), to cDNA jest <strong>wierną kopią tylko sekwencji kodujących</strong>.</p>\n<p>Dlaczego mRNA z trzustki? Bo komórki β wysp Langerhansa wyspecjalizowały się w produkcji insuliny - zawierają dojrzałe mRNA insuliny w dużej ilości, co ułatwia izolację matrycy.</p>\n<p>Podsumowanie drogi:</p>\n<ol><li>Komórki trzustki → izolacja dojrzałego mRNA insuliny</li><li>mRNA → cDNA (odwrotna transkryptaza)</li><li>cDNA (bez intronów) → wprowadzenie do genomu <em>E. coli</em></li><li><em>E. coli</em> transkrybuje → transluje → <strong>insulina ludzka</strong> ✅</li></ol>\n<h4>Schemat oceniania CKE</h4>\n<blockquote><strong>1 pkt</strong> - za wyjasnienie odnoszace sie do <strong>braku intronow w cDNA</strong> i niemoznosci ich usuwania w komorkach bakterii (brak mechanizmow obrobki potranskrypcyjnej / wycinania intronow).<br><br><strong>0 pkt</strong> - odpowiedz niespelniajaca wymagan lub brak odpowiedzi.</blockquote>\n<h4>Wzory z karty CKE</h4>\n<p>W tym zadaniu <strong>nie korzystamy bezpośrednio z karty wzorów</strong> - wystarczy znajomość mechanizmów ekspresji genów eukariotycznych (intron/ekson, splicing, odwrotna transkryptaza).</p>\n<p>Pomocniczo można przypomnieć sobie tabelę kodu genetycznego (karta str. 5) jako kontekst translacji - ale rozwiązanie tego zadania opiera się na definicjach pojęć, a nie na wzorach.</p>\n<h4>Typowe pułapki i uwagi</h4>\n<blockquote>⚠️ <strong>Uwaga:</strong> Sama odpowiedź &quot;gen ma introny&quot; to za mało na 1 pkt - <strong>trzeba połączyć</strong> to z brakiem spliceosomów u bakterii. Klucz wymaga pełnego wyjaśnienia przyczynowo-skutkowego.</blockquote>\n<blockquote>⚠️ <strong>Uwaga:</strong> Nie pisz &quot;bakterie nie mają jądra komórkowego&quot; jako powód - to nie jest wyjaśnienie braku splicingu. Splicing odbywa się w jądrze u eukariontów, ale kluczem jest <strong>brak spliceosomu</strong>, nie brak jądra per se.</blockquote>\n<blockquote>⚠️ <strong>Uwaga:</strong> Nie mylić cDNA z plazmidowym DNA - cDNA to produkt odwrotnej transkrypcji, natomiast plazmid to wektor (narzędzie), do którego cDNA się wstawia. To dwa różne pojęcia.</blockquote>\n<blockquote>⚠️ <strong>Uwaga:</strong> Nie pisz &quot;mRNA jest bardziej stabilne&quot; - to nie jest powód wyboru cDNA. Stabilność mRNA jest wręcz jego wadą (ulega szybkiej degradacji). Wybieramy cDNA właśnie dlatego, że DNA jest stabilne i nie zawiera intronów.</blockquote>"}]}