{"id":"biologia-2018-maj-matura-rozszerzona/zad/4.1","paper_id":"biologia-2018-maj-matura-rozszerzona","number":"4.1","points":1,"ptype":"open","subject":"biologia","category":"matura","year":2018,"month":"maj","level":"rozszerzona","text":"Zadanie 4.1. (0-1)\nWyjaśnij, odnosząc się do mechanizmu fosforylacji oksydacyjnej, dlaczego obecność\naktywnego białka rozprzęgającego w błonie wewnętrznej mitochondrium komórek\nbrunatnej tkanki tłuszczowej jest przyczyną zmniejszenia wydajności powstania ATP\nz udziałem syntazy ATP.","answer":null,"answer_text":"4.1. (0-1)\nWymagania ogólne\nWymagania szczegółowe\nV. Rozumowanie i argumentacja. Zdający\nobjaśnia […] informacje, […] wyjaśnia\nzależności przyczynowo-skutkowe […].\nI. Poznanie świata organizmów na różnych\npoziomach organizacji życia. Zdający\nopisuje […], przedstawia związki między\nstrukturą a funkcją na różnych poziomach\norganizacji życia […].\nIII. Metabolizm.\n3. Oddychanie wewnątrzkomórkowe.\nZdający:\n4) wyjaśnia zasadę działania łańcucha\noddechowego i mechanizm syntezy ATP.\nSchemat punktowania\n1 p. - za poprawne wyjaśnienie, odnoszące się do wykorzystywania gradientu protonowego\nzarówno przez białko rozprzęgające, jak i syntazę ATP.\n0 p. - za odpowiedź niespełniającą powyższych wymagań lub za brak odpowiedzi.\nPrzykładowe rozwiązania\n• Białko rozprzęgające do wytwarzania ciepła wykorzystuje gradient protonowy, który jest\ntakże wykorzystywany przez syntazę ATP, a więc synteza ATP jest mniej wydajna.\n• Ponieważ część protonów przepłynie przez kanały jonowe białek rozprzęgających, a nie\nprzez kanał syntazy ATP.\nUwagi:\nAlternatywna nazwa białka rozprzęgającego to termogenina.\nNie uznaje się odpowiedzi odnoszących się do całkowitego braku syntezy ATP.","solution":"## Poprawna odpowiedź\n\nAktywne białko rozprzęgające tworzy **alternatywny kanał protonowy** w błonie wewnętrznej mitochondrium. Protony powracają do macierzy przez ten kanał, **omijając syntazę ATP** - gradient protonowy (siła protonomotoryczna) zostaje rozproszony jako ciepło, więc syntaza ATP ma mniej protonów do „przepompowania\" i syntetyzuje mniej ATP.\n\n## Sposób 1 - Mechanizm chemiosmozy krok po kroku\n\n**Normalna fosforylacja oksydacyjna (bez białka rozprzęgającego):**\n\n1. Kompleksy łańcucha oddechowego (I, III, IV) pompują \\(\\ce{H+}\\) z macierzy do przestrzeni międzybłonowej mitochondrium\n2. Powstaje **gradient elektrochemiczny protonów** (różnica \\(\\ce{[H+]}\\) + różnica ładunku = *siła protonomotoryczna*)\n3. \\(\\ce{H+}\\) mogą powrócić do macierzy **wyłącznie przez syntazę ATP (kompleks V)**\n4. Przepływ protonów przez syntazę ATP napędza obrót domeny \\(F_o\\) → synteza ATP z ADP i \\(\\ce{P_i}\\)\n\n\\[\n\\ce{ADP + P_i ->[\\text{syntaza ATP}] ATP + H_2O}\n\\]\n\n**Co zmienia aktywne białko rozprzęgające:**\n\n5. Białko rozprzęgające otwiera **drugi kanał** dla \\(\\ce{H+}\\) w tej samej błonie wewnętrznej\n6. Protony masowo wracają do macierzy **z pominięciem syntazy ATP** - po linii najmniejszego oporu\n7. Gradient protonowy jest stale rozpraszany (jako ciepło, nie jako ATP)\n8. Syntaza ATP ma **mniejszy gradient do wykorzystania** → obrót \\(F_o\\) zwolniony → mniej ATP na jednostkę czasu\n\n**Wniosek:** Wydajność syntezy ATP spada, bo siła protonomotoryczna nie jest już sprzężona z syntazą ATP - jest „rozprzęgnięta\" przez alternatywny kanał.\n\n## Sposób 2 - Analogia hydrauliczna (inna perspektywa)\n\nWyobraź sobie zbiornik wody (przestrzeń międzybłonowa) oddzielony tamą od doliny (macierz). Woda (protony) może płynąć tylko przez **turbinę** (syntaza ATP), wytwarzając prąd (ATP).\n\n| Element układu | Bez białka | Z aktywnym białkiem |\n| Tama (błona wewn.) | szczelna | ma **dziurę** (kanał białka) |\n| Przepływ przez turbinę | max | zmniejszony |\n| Produkcja ATP | wysoka | **niska** |\n| Energia uwalniana jako | ATP | **ciepło** |\n\nBiałko rozprzęgające to właśnie ta „dziura\" w tamie - woda (protony) „przepływa na skróty\", nie kręcąc turbiny.\n\n**Dlaczego to wyjaśnienie jest biologicznie precyzyjne:** Gradient protonowy jest termodynamicznym źródłem energii dla syntazy ATP. Gdy zostaje rozproszony inną drogą, syntaza ATP traci substrat energetyczny - nie dlatego, że jest zepsuta, lecz że **nie ma gradientu do wykorzystania**.\n\n## Schemat oceniania CKE\n\n> **Zadanie 4.1 (0-1 pkt) - oficjalny schemat oceniania CKE:**\n> - **1 pkt** - za poprawne wyjasnienie odnoszace sie do wykorzystywania gradientu protonowego ZAROWNO przez bialko rozprzegajace, JAK I syntaze ATP.\n> - **0 pkt** - za odpowiedz niespelniajaca powyzszych wymagan lub za brak odpowiedzi.\n>\n> Alternatywna nazwa bialka rozprzegajacego: **termogenina**. **Nie uznaje sie** odpowiedzi o calkowitym braku syntezy ATP.\n\n## Wzory z karty CKE - czego MASZ użyć\n\n> 📖 **Karta wzorów CKE str. 4 - Hydroliza ATP:**\n> \\(\\ce{ATP + H_2O -> ADP + P_i + H+}\\)\n> W tym zadaniu synteza ATP jest reakcją odwrotną (endoergiczna, napędzana gradientem protonowym). Karta przypomina, że ATP/ADP/P_i to układ energetyczny komórki.\n\nW tym zadaniu **nie ma wzoru na gradient protonowy** wprost w karcie - wystarczy znajomość mechanizmu chemiosmozy (Mitchell, 1961). Karta wzorów służy tu pomocniczo do przypomnienia wzoru ATP.\n\n## Typowe pułapki i uwaga\n\n> ⚠️ **Uwaga:** Wielu uczniów pisze „białko rozprzęgające **rozkłada** ATP\" - **BŁĄD**. Białko nie rozkłada ATP; ono zapobiega jego syntezie, rozpraszając gradient.\n\n> ⚠️ **Uwaga:** Nie wystarczy napisać „protony nie trafiają do syntazy ATP\" - trzeba wskazać **DLACZEGO** (bo mają alternatywną drogę przez białko) i **JAKI JEST SKUTEK** (gradient maleje → syntaza produkuje mniej ATP).\n\n> ⚠️ **Uwaga:** Słowo **aktywne** w treści zadania jest kluczowe - nieaktywne białko rozprzęgające nie tworzy kanału i nie wpływa na gradient. Odpowiedź powinna uwzględniać, że efekt dotyczy białka w stanie aktywnym (otwartym).\n\n> ⚠️ **Uwaga:** Nie myl grzebieni z błoną zewnętrzną - białka rozprzęgające są w **błonie wewnętrznej** (błona grzebieni = fragment błony wewnętrznej), to tam działa gradient protonowy wykorzystywany przez syntazę ATP.","image":"img/biologia-2018-maj-matura-rozszerzona/zad-4.1.webp","solution_image":null,"topics":null,"page_from":5,"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":"

Zadanie 4.1. (0-1)
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.

","answer_text_html":"

4.1. (0-1)
Wymagania ogólne
Wymagania szczegółowe
V. Rozumowanie i argumentacja. Zdający
objaśnia […] informacje, […] wyjaśnia
zależności przyczynowo-skutkowe […].
I. Poznanie świata organizmów na różnych
poziomach organizacji życia. Zdający
opisuje […], przedstawia związki między
strukturą a funkcją na różnych poziomach
organizacji życia […].
III. Metabolizm.

\n
  1. Oddychanie wewnątrzkomórkowe.
\n

Zdający:

\n
  1. wyjaśnia zasadę działania łańcucha
\n

oddechowego i mechanizm syntezy ATP.
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.

","solutions":[{"source":"maturazai","label":"maturazai.pl (AI)","kind":"text","html":"

Poprawna odpowiedź

\n

Aktywne białko rozprzęgające tworzy alternatywny kanał protonowy w błonie wewnętrznej mitochondrium. Protony powracają do macierzy przez ten kanał, omijając syntazę ATP - gradient protonowy (siła protonomotoryczna) zostaje rozproszony jako ciepło, więc syntaza ATP ma mniej protonów do „przepompowania" i syntetyzuje mniej ATP.

\n

Sposób 1 - Mechanizm chemiosmozy krok po kroku

\n

Normalna fosforylacja oksydacyjna (bez białka rozprzęgającego):

\n
  1. Kompleksy łańcucha oddechowego (I, III, IV) pompują \\ceH+ z macierzy do przestrzeni międzybłonowej mitochondrium
  2. Powstaje gradient elektrochemiczny protonów (różnica \\ce[H+] + różnica ładunku = siła protonomotoryczna)
  3. \\ceH+ mogą powrócić do macierzy wyłącznie przez syntazę ATP (kompleks V)
  4. Przepływ protonów przez syntazę ATP napędza obrót domeny Fo → synteza ATP z ADP i \\cePi
\n
\\ceADP+Pi−>[syntaza ATP]ATP+H2O
\n

Co zmienia aktywne białko rozprzęgające:

\n
  1. Białko rozprzęgające otwiera drugi kanał dla \\ceH+ w tej samej błonie wewnętrznej
  2. Protony masowo wracają do macierzy z pominięciem syntazy ATP - po linii najmniejszego oporu
  3. Gradient protonowy jest stale rozpraszany (jako ciepło, nie jako ATP)
  4. Syntaza ATP ma mniejszy gradient do wykorzystania → obrót Fo zwolniony → mniej ATP na jednostkę czasu
\n

Wniosek: Wydajność syntezy ATP spada, bo siła protonomotoryczna nie jest już sprzężona z syntazą ATP - jest „rozprzęgnięta" przez alternatywny kanał.

\n

Sposób 2 - Analogia hydrauliczna (inna perspektywa)

\n

Wyobraź sobie zbiornik wody (przestrzeń międzybłonowa) oddzielony tamą od doliny (macierz). Woda (protony) może płynąć tylko przez turbinę (syntaza ATP), wytwarzając prąd (ATP).

\n

| Element układu | Bez białka | Z aktywnym białkiem |
| Tama (błona wewn.) | szczelna | ma dziurę (kanał białka) |
| Przepływ przez turbinę | max | zmniejszony |
| Produkcja ATP | wysoka | niska |
| Energia uwalniana jako | ATP | ciepło |

\n

Białko rozprzęgające to właśnie ta „dziura" w tamie - woda (protony) „przepływa na skróty", nie kręcąc turbiny.

\n

Dlaczego to wyjaśnienie jest biologicznie precyzyjne: Gradient protonowy jest termodynamicznym źródłem energii dla syntazy ATP. Gdy zostaje rozproszony inną drogą, syntaza ATP traci substrat energetyczny - nie dlatego, że jest zepsuta, lecz że nie ma gradientu do wykorzystania.

\n

Schemat oceniania CKE

\n
Zadanie 4.1 (0-1 pkt) - oficjalny schemat oceniania CKE:
- 1 pkt - za poprawne wyjasnienie odnoszace sie do wykorzystywania gradientu protonowego ZAROWNO przez bialko rozprzegajace, JAK I syntaze ATP.
- 0 pkt - za odpowiedz niespelniajaca powyzszych wymagan lub za brak odpowiedzi.

Alternatywna nazwa bialka rozprzegajacego: termogenina. Nie uznaje sie odpowiedzi o calkowitym braku syntezy ATP.
\n

Wzory z karty CKE - czego MASZ użyć

\n
📖 Karta wzorów CKE str. 4 - Hydroliza ATP:
\\ceATP+H2O−>ADP+Pi+H+
W tym zadaniu synteza ATP jest reakcją odwrotną (endoergiczna, napędzana gradientem protonowym). Karta przypomina, że ATP/ADP/P_i to układ energetyczny komórki.
\n

W tym zadaniu nie ma wzoru na gradient protonowy wprost w karcie - wystarczy znajomość mechanizmu chemiosmozy (Mitchell, 1961). Karta wzorów służy tu pomocniczo do przypomnienia wzoru ATP.

\n

Typowe pułapki i uwaga

\n
⚠️ Uwaga: Wielu uczniów pisze „białko rozprzęgające rozkłada ATP" - BŁĄD. Białko nie rozkłada ATP; ono zapobiega jego syntezie, rozpraszając gradient.
\n
⚠️ Uwaga: Nie wystarczy napisać „protony nie trafiają do syntazy ATP" - trzeba wskazać DLACZEGO (bo mają alternatywną drogę przez białko) i JAKI JEST SKUTEK (gradient maleje → syntaza produkuje mniej ATP).
\n
⚠️ Uwaga: Słowo aktywne w treści zadania jest kluczowe - nieaktywne białko rozprzęgające nie tworzy kanału i nie wpływa na gradient. Odpowiedź powinna uwzględniać, że efekt dotyczy białka w stanie aktywnym (otwartym).
\n
⚠️ Uwaga: Nie myl grzebieni z błoną zewnętrzną - białka rozprzęgające są w błonie wewnętrznej (błona grzebieni = fragment błony wewnętrznej), to tam działa gradient protonowy wykorzystywany przez syntazę ATP.
"}]}