{"id":"biologia-2018-maj-matura-rozszerzona/zad/19.1","paper_id":"biologia-2018-maj-matura-rozszerzona","number":"19.1","points":1,"ptype":"open","subject":"biologia","category":"matura","year":2018,"month":"maj","level":"rozszerzona","text":"Zadanie 19.1. (0-1)\nWyjaśnij, dlaczego gen kodujący cekropinę A wprowadza się do genomu bakterii\nRhodococcus rhodnii w postaci cDNA otrzymanego w wyniku odwrotnej transkrypcji\nna matrycy eukariotycznego mRNA.","answer":null,"answer_text":"19.1. (0-1)\nWymagania ogólne\nWymagania szczegółowe\nV. Rozumowanie i argumentacja. Zdający\nobjaśnia i komentuje informacje, […]\nzwiązane z omawianymi zagadnieniami\nbiologicznymi, dobierając racjonalne\nargumenty […].\nIV. Poszukiwanie, wykorzystanie\ni tworzenie informacji. Zdający odczytuje\n[…] informacje pozyskane\nz różnorodnych źródeł […].\nVI. Genetyka i biotechnologia.\n3. Informacja genetyczna i jej ekspresja.\nZdający:\n3) przedstawia proces potranskrypcyjnej\nobróbki RNA u organizmów\neukariotycznych,\n5) porównuje strukturę genomu\nprokariotycznego i eukariotycznego.\n8. Biotechnologia molekularna, inżynieria\ngenetyczna i medycyna molekularna.\nZdający:\n2) przedstawia istotę procedur inżynierii\ngenetycznej (izolacji i wprowadzania\nobcego genu do organizmu).\nSchemat punktowania\n1 p. - za poprawne wyjaśnienie, odnoszące się do braku możliwości wycinania intronów\nz mRNA w komórkach bakterii.\n0 p. - za odpowiedź niespełniającą powyższych wymagań lub za brak odpowiedzi.\nPrzykładowe rozwiązania\nBakterie nie mają możliwości usuwania intronów, dlatego wprowadzenie do ich genomu\ncDNA, który nie zawiera intronów, umożliwia syntezę cekropiny.\ncDNA nie zawiera intronów, co umożliwia syntezę cekropiny A, ponieważ bakterie\nnie mają możliwości przeprowadzania splicingu.\nUwaga:\nNie uznaje się odpowiedzi odnoszących się tylko do braku intronów u bakterii.","solution":"## Poprawna odpowiedź\n\nGen eukariotyczny (ćmy) zawiera **introny**, których bakterie nie potrafią wyciąć - brakuje im aparatu splicingowego (spliceosomów). cDNA powstaje na matrycy **dojrzałego mRNA (po splicingu)**, więc zawiera **wyłącznie eksony** i jest bezpośrednio translowalne przez bakteryjne rybosomy.\n\n## Sposób 1 - Mechanizm biologiczny krok po kroku\n\n**Krok 1 - Budowa genu eukariotycznego**\nGen kodujący cekropinę A pochodzi od ćmy (*Lepidoptera*) - organizmu eukariotycznego. Geny eukariotyczne mają strukturę mozaikową: zawierają **eksony** (sekwencje kodujące) i **introny** (sekwencje niekodujące wbudowane pomiędzy eksonami).\n\n**Krok 2 - Co dzieje się w komórce eukariotycznej z pre-mRNA**\nW jądrze komórkowym eukariotycznej komórki ćmy:\n1. DNA → **pre-mRNA** (transkrypcja pierwotna, zawiera eksony + introny)\n2. **Splicing** - introny są wycinane przez **spliceosom** (kompleks rybonukleoproteinowy charakterystyczny dla eukariontów)\n3. Eksony są łączone → **dojrzałe mRNA** (tylko eksony)\n4. Dojrzałe mRNA eksportowane do cytoplazmy → translacja\n\n**Krok 3 - Dlaczego bakteria nie może ekspresjonować genu eukariotycznego wprost**\n*Rhodococcus rhodnii* to **prokariont** - nie posiada:\n- spliceosomu\n- mechanizmu splicingu pre-mRNA\n\nGdyby do genomu bakterii wstawiono bezpośrednio genomowy DNA ćmy (z intronami), bakteryjne rybosomy próbowałyby tłumaczyć sekwencję zawierającą introny → **nieprawidłowe białko** lub brak białka.\n\n**Krok 4 - Rola cDNA**\ncDNA (complementary DNA) powstaje przez **odwrotną transkrypcję** (katalizowaną przez odwrotną transkryptazę) na matrycy **dojrzałego mRNA**:\n\n\\[\\text{dojrzałe mRNA (tylko eksony)} \\xrightarrow{\\text{odwrotna transkryptaza}} \\text{cDNA (tylko eksony)}\\]\n\ncDNA to liniowa kopia sekwencji kodującej - **nie zawiera intronów**. Po wprowadzeniu do genomu bakterii:\n\n\\[\\text{cDNA} \\xrightarrow{\\text{bakteryjna polimeraza RNA}} \\text{mRNA (ciągłe, bez intronów)} \\xrightarrow{\\text{bakteryjne rybosomy}} \\text{cekropina A}\\]\n\nBakteria może poprawnie przeprowadzić translację, bo nie musi usuwać żadnych sekwencji niekodujących.\n\n## Sposób 2 - Argumentacja przez kontrast: prokariont vs. eukariont\n\n| Cecha | Eukariont (ćma) | Prokariont (*R. rhodnii*) |\n| Introny w genach | ✅ TAK | ✅ TAK (ale nieliczne, innego typu) |\n| Spliceosom | ✅ TAK | ❌ BRAK |\n| Sprzężenie transkrypcji i translacji | NIE (jądro ↔ cytoplazma) | TAK (jednoczesne) |\n| Może przetworzyć eukariotyczny pre-mRNA | TAK | **NIE** |\n\n**Wniosek z tabeli:** Skoro *R. rhodnii* nie ma spliceosomu, musimy dostarczyć mu gen **już po splicingu** - czyli cDNA (odpowiednik dojrzałego mRNA w formie DNA stabilnej, możliwej do wstawienia do genomu).\n\n## Sposób 3 - Wnioskowanie przez cel biotechnologiczny\n\n**Cel:** Chcemy, żeby bakteria *R. rhodnii* produkowała funkcjonalną cekropinę A.\n\n**Warunek konieczny produkcji:** bakteria musi przetłumaczyć mRNA → białko.\n\n**Warunek konieczny translacji w bakterii:** mRNA musi być **ciągłą sekwencją kodującą** (brak intronów).\n\n**Jedyna droga do uzyskania genu bez intronów:** skopiowanie **dojrzałego mRNA** (które już przeszło splicing w komórkach ćmy) do formy DNA (cDNA) za pomocą odwrotnej transkryptazy.\n\n**Dlaczego nie sekwencjonujemy i nie syntetyzujemy genu de novo?** Technicznie możliwe, ale metoda cDNA jest szybsza i gwarantuje uzyskanie dokładnej sekwencji kodującej.\n\n## Schemat oceniania CKE\n\n> **Zadanie 19.1 (0-1 pkt) - oficjalny schemat oceniania CKE:**\n> - **1 pkt** - za poprawne wyjasnienie odnoszace sie do braku mozliwosci wycinania intronow z mRNA w komorkach bakterii (brak splicingu) - dlatego stosuje sie cDNA bez intronow.\n> - **0 pkt** - za odpowiedz niespelniajaca powyzszych wymagan lub za brak odpowiedzi.\n>\n> **Nie uznaje sie** odpowiedzi odnoszacych sie tylko do braku intronow u bakterii.\n\n## Wzory z karty CKE - czego MASZ użyć\n\nW tym zadaniu **nie korzystamy bezpośrednio z karty wzorów** - wystarczy znajomość:\n- budowy genu eukariotycznego (eksony + introny)\n- mechanizmu splicingu i roli spliceosomów\n- definicji cDNA i odwrotnej transkryptazy\n\n> 📖 **Kontekst z karty wzorów CKE str. 5 - Kod genetyczny:**\n> Tabela kodów genetycznych (64 kodony) jest pomocna przy zrozumieniu, że sekwencja mRNA musi być **ciągłą sekwencją kodującą** - każdy tryplet = aminokwas. Introny wstawione między eksonami rozbiją ramkę odczytu lub wprowadzą sygnały STOP, uniemożliwiając syntezę poprawnego białka.\n\n## Typowe pułapki i uwaga\n\n> ⚠️ **Uwaga:** Najczęstszy błąd - pisanie tylko „cDNA nie zawiera intronów\" bez wyjaśnienia **DLACZEGO to ma znaczenie dla bakterii**. Klucz CKE wymaga wskazania, że bakteria **nie posiada spliceosomu / mechanizmu wycinania intronów**.\n\n> ⚠️ **Uwaga:** Nie myl cDNA z genem syntetycznym. cDNA to kopia **konkretnego dojrzałego mRNA** (sekwencja naturalna), synteza de novo to projektowanie sekwencji od zera. Oba sposoby eliminują introny, ale w kontekście tego zadania chodzi o cDNA z odwrotnej transkrypcji.\n\n> ⚠️ **Uwaga:** Nie pisz, że „bakterie nie mają RNA-polimerazy do transkrypcji genów eukariotycznych\" - to błąd. Bakterie mają RNA-polimerazę, problem leży wyłącznie na etapie **obróbki pre-mRNA** (brak splicingu), nie transkrypcji.","image":"img/biologia-2018-maj-matura-rozszerzona/zad-19.1.webp","solution_image":null,"topics":null,"page_from":23,"source":"ocr","answer_source":null,"answer_text_source":"ocr","solution_source":"maturazai","text_source":"ocr","source_label":"Biologia · Matura · maj 2018 (rozszerzona)","subject_label":"Biologia","category_label":"Matura","text_html":"<p>Zadanie 19.1. (0-1)<br>Wyjaśnij, dlaczego gen kodujący cekropinę A wprowadza się do genomu bakterii<br>Rhodococcus rhodnii w postaci cDNA otrzymanego w wyniku odwrotnej transkrypcji<br>na matrycy eukariotycznego mRNA.</p>","answer_text_html":"<p>19.1. (0-1)<br>Wymagania ogólne<br>Wymagania szczegółowe<br>V. Rozumowanie i argumentacja. Zdający<br>objaśnia i komentuje informacje, […]<br>związane z omawianymi zagadnieniami<br>biologicznymi, dobierając racjonalne<br>argumenty […].<br>IV. Poszukiwanie, wykorzystanie<br>i tworzenie informacji. Zdający odczytuje<br>[…] informacje pozyskane<br>z różnorodnych źródeł […].<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</li></ol>\n<p>obróbki RNA u organizmów<br>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.<br>Zdający:</p>\n<ol><li>przedstawia istotę procedur inżynierii</li></ol>\n<p>genetycznej (izolacji i wprowadzania<br>obcego genu do organizmu).<br>Schemat punktowania<br>1 p. - za poprawne wyjaśnienie, odnoszące się do braku możliwości wycinania intronów<br>z mRNA w komórkach bakterii.<br>0 p. - za odpowiedź niespełniającą powyższych wymagań lub za brak odpowiedzi.<br>Przykładowe rozwiązania<br>Bakterie nie mają możliwości usuwania intronów, dlatego wprowadzenie do ich genomu<br>cDNA, który nie zawiera intronów, umożliwia syntezę cekropiny.<br>cDNA nie zawiera intronów, co umożliwia syntezę cekropiny A, ponieważ bakterie<br>nie mają możliwości przeprowadzania splicingu.<br>Uwaga:<br>Nie uznaje się odpowiedzi odnoszących się tylko do braku intronów u bakterii.</p>","solutions":[{"source":"maturazai","label":"maturazai.pl (AI)","kind":"text","html":"<h4>Poprawna odpowiedź</h4>\n<p>Gen eukariotyczny (ćmy) zawiera <strong>introny</strong>, których bakterie nie potrafią wyciąć - brakuje im aparatu splicingowego (spliceosomów). cDNA powstaje na matrycy <strong>dojrzałego mRNA (po splicingu)</strong>, więc zawiera <strong>wyłącznie eksony</strong> i jest bezpośrednio translowalne przez bakteryjne rybosomy.</p>\n<h4>Sposób 1 - Mechanizm biologiczny krok po kroku</h4>\n<p><strong>Krok 1 - Budowa genu eukariotycznego</strong><br>Gen kodujący cekropinę A pochodzi od ćmy (<em>Lepidoptera</em>) - organizmu eukariotycznego. Geny eukariotyczne mają strukturę mozaikową: zawierają <strong>eksony</strong> (sekwencje kodujące) i <strong>introny</strong> (sekwencje niekodujące wbudowane pomiędzy eksonami).</p>\n<p><strong>Krok 2 - Co dzieje się w komórce eukariotycznej z pre-mRNA</strong><br>W jądrze komórkowym eukariotycznej komórki ćmy:</p>\n<ol><li>DNA → <strong>pre-mRNA</strong> (transkrypcja pierwotna, zawiera eksony + introny)</li><li><strong>Splicing</strong> - introny są wycinane przez <strong>spliceosom</strong> (kompleks rybonukleoproteinowy charakterystyczny dla eukariontów)</li><li>Eksony są łączone → <strong>dojrzałe mRNA</strong> (tylko eksony)</li><li>Dojrzałe mRNA eksportowane do cytoplazmy → translacja</li></ol>\n<p><strong>Krok 3 - Dlaczego bakteria nie może ekspresjonować genu eukariotycznego wprost</strong><br><em>Rhodococcus rhodnii</em> to <strong>prokariont</strong> - nie posiada:</p>\n<ul><li>spliceosomu</li><li>mechanizmu splicingu pre-mRNA</li></ul>\n<p>Gdyby do genomu bakterii wstawiono bezpośrednio genomowy DNA ćmy (z intronami), bakteryjne rybosomy próbowałyby tłumaczyć sekwencję zawierającą introny → <strong>nieprawidłowe białko</strong> lub brak białka.</p>\n<p><strong>Krok 4 - Rola cDNA</strong><br>cDNA (complementary DNA) powstaje przez <strong>odwrotną transkrypcję</strong> (katalizowaną przez odwrotną transkryptazę) na matrycy <strong>dojrzałego mRNA</strong>:</p>\n<div class=\"math-block\"><math xmlns=\"http://www.w3.org/1998/Math/MathML\" display=\"block\"><mrow><mtext>dojrzałe&#x000A0;mRNA&#x000A0;(tylko&#x000A0;eksony)</mtext><mover><mstyle scriptlevel=\"0\"><mo>&#x2192;</mo></mstyle><mpadded width=\"+0.833em\" lspace=\"0.556em\" voffset=\"-.2em\" height=\"-.2em\"><mrow><mtext>odwrotna&#x000A0;transkryptaza</mtext></mrow><mspace depth=\".25em\" /></mpadded></mover><mtext>cDNA&#x000A0;(tylko&#x000A0;eksony)</mtext></mrow></math></div>\n<p>cDNA to liniowa kopia sekwencji kodującej - <strong>nie zawiera intronów</strong>. Po wprowadzeniu do genomu bakterii:</p>\n<div class=\"math-block\"><math xmlns=\"http://www.w3.org/1998/Math/MathML\" display=\"block\"><mrow><mtext>cDNA</mtext><mover><mstyle scriptlevel=\"0\"><mo>&#x2192;</mo></mstyle><mpadded width=\"+0.833em\" lspace=\"0.556em\" voffset=\"-.2em\" height=\"-.2em\"><mrow><mtext>bakteryjna&#x000A0;polimeraza&#x000A0;RNA</mtext></mrow><mspace depth=\".25em\" /></mpadded></mover><mtext>mRNA&#x000A0;(ciągłe,&#x000A0;bez&#x000A0;intronów)</mtext><mover><mstyle scriptlevel=\"0\"><mo>&#x2192;</mo></mstyle><mpadded width=\"+0.833em\" lspace=\"0.556em\" voffset=\"-.2em\" height=\"-.2em\"><mrow><mtext>bakteryjne&#x000A0;rybosomy</mtext></mrow><mspace depth=\".25em\" /></mpadded></mover><mtext>cekropina&#x000A0;A</mtext></mrow></math></div>\n<p>Bakteria może poprawnie przeprowadzić translację, bo nie musi usuwać żadnych sekwencji niekodujących.</p>\n<h4>Sposób 2 - Argumentacja przez kontrast: prokariont vs. eukariont</h4>\n<p>| Cecha | Eukariont (ćma) | Prokariont (<em>R. rhodnii</em>) |<br>| Introny w genach | ✅ TAK | ✅ TAK (ale nieliczne, innego typu) |<br>| Spliceosom | ✅ TAK | ❌ BRAK |<br>| Sprzężenie transkrypcji i translacji | NIE (jądro ↔ cytoplazma) | TAK (jednoczesne) |<br>| Może przetworzyć eukariotyczny pre-mRNA | TAK | <strong>NIE</strong> |</p>\n<p><strong>Wniosek z tabeli:</strong> Skoro <em>R. rhodnii</em> nie ma spliceosomu, musimy dostarczyć mu gen <strong>już po splicingu</strong> - czyli cDNA (odpowiednik dojrzałego mRNA w formie DNA stabilnej, możliwej do wstawienia do genomu).</p>\n<h4>Sposób 3 - Wnioskowanie przez cel biotechnologiczny</h4>\n<p><strong>Cel:</strong> Chcemy, żeby bakteria <em>R. rhodnii</em> produkowała funkcjonalną cekropinę A.</p>\n<p><strong>Warunek konieczny produkcji:</strong> bakteria musi przetłumaczyć mRNA → białko.</p>\n<p><strong>Warunek konieczny translacji w bakterii:</strong> mRNA musi być <strong>ciągłą sekwencją kodującą</strong> (brak intronów).</p>\n<p><strong>Jedyna droga do uzyskania genu bez intronów:</strong> skopiowanie <strong>dojrzałego mRNA</strong> (które już przeszło splicing w komórkach ćmy) do formy DNA (cDNA) za pomocą odwrotnej transkryptazy.</p>\n<p><strong>Dlaczego nie sekwencjonujemy i nie syntetyzujemy genu de novo?</strong> Technicznie możliwe, ale metoda cDNA jest szybsza i gwarantuje uzyskanie dokładnej sekwencji kodującej.</p>\n<h4>Schemat oceniania CKE</h4>\n<blockquote><strong>Zadanie 19.1 (0-1 pkt) - oficjalny schemat oceniania CKE:</strong><br>- <strong>1 pkt</strong> - za poprawne wyjasnienie odnoszace sie do braku mozliwosci wycinania intronow z mRNA w komorkach bakterii (brak splicingu) - dlatego stosuje sie cDNA bez intronow.<br>- <strong>0 pkt</strong> - za odpowiedz niespelniajaca powyzszych wymagan lub za brak odpowiedzi.<br><br><strong>Nie uznaje sie</strong> odpowiedzi odnoszacych sie tylko do braku intronow u bakterii.</blockquote>\n<h4>Wzory z karty CKE - czego MASZ użyć</h4>\n<p>W tym zadaniu <strong>nie korzystamy bezpośrednio z karty wzorów</strong> - wystarczy znajomość:</p>\n<ul><li>budowy genu eukariotycznego (eksony + introny)</li><li>mechanizmu splicingu i roli spliceosomów</li><li>definicji cDNA i odwrotnej transkryptazy</li></ul>\n<blockquote>📖 <strong>Kontekst z karty wzorów CKE str. 5 - Kod genetyczny:</strong><br>Tabela kodów genetycznych (64 kodony) jest pomocna przy zrozumieniu, że sekwencja mRNA musi być <strong>ciągłą sekwencją kodującą</strong> - każdy tryplet = aminokwas. Introny wstawione między eksonami rozbiją ramkę odczytu lub wprowadzą sygnały STOP, uniemożliwiając syntezę poprawnego białka.</blockquote>\n<h4>Typowe pułapki i uwaga</h4>\n<blockquote>⚠️ <strong>Uwaga:</strong> Najczęstszy błąd - pisanie tylko „cDNA nie zawiera intronów&quot; bez wyjaśnienia <strong>DLACZEGO to ma znaczenie dla bakterii</strong>. Klucz CKE wymaga wskazania, że bakteria <strong>nie posiada spliceosomu / mechanizmu wycinania intronów</strong>.</blockquote>\n<blockquote>⚠️ <strong>Uwaga:</strong> Nie myl cDNA z genem syntetycznym. cDNA to kopia <strong>konkretnego dojrzałego mRNA</strong> (sekwencja naturalna), synteza de novo to projektowanie sekwencji od zera. Oba sposoby eliminują introny, ale w kontekście tego zadania chodzi o cDNA z odwrotnej transkrypcji.</blockquote>\n<blockquote>⚠️ <strong>Uwaga:</strong> Nie pisz, że „bakterie nie mają RNA-polimerazy do transkrypcji genów eukariotycznych&quot; - to błąd. Bakterie mają RNA-polimerazę, problem leży wyłącznie na etapie <strong>obróbki pre-mRNA</strong> (brak splicingu), nie transkrypcji.</blockquote>"}]}