{"id":"biologia-2023-maj-matura-rozszerzona/zad/1.4","paper_id":"biologia-2023-maj-matura-rozszerzona","number":"1.4","points":1,"ptype":"open","subject":"biologia","category":"matura","year":2023,"month":"maj","level":"rozszerzona","text":"Zadanie 1.4. (0-1)\nWykaż, że zmniejszenie aktywności kompleksu dehydrogenazy pirogronianowej\nprowadzi do wzrostu stężenia mleczanu w komórce mięśnia szkieletowego.\n1.2.\n0-1\n1.3.\n0-1\n1.4.\n0-1\nMBIP-R0_100","answer":null,"answer_text":"Zadanie 1.4. (0-1)\nWymaganie ogólne\nWymaganie szczegółowe\nIV. Rozumowanie i zastosowanie nabytej\nwiedzy do rozwiązywania problemów\nbiologicznych. Zdający:\n1) […] wyjaśnia związki przyczynowo-\n-skutkowe między procesami i zjawiskami\n[…].\nIII. Energia i metabolizm.\n5. Pozyskiwanie energii użytecznej\nbiologicznie. Zdający:\n5) porównuje drogi przemiany pirogronianu\nw fermentacji […] mleczanowej\ni w oddychaniu tlenowym.\nZasady oceniania\n1 pkt - za poprawne wykazanie, że zmniejszenie aktywności kompleksu dehydrogenazy\npirogronianowej prowadzi do wzrostu stężenia mleczanu w komórce, uwzględniające\npowstawanie pirogronianu (w glikolizie), który nie może być w całości utleniony\nw reakcji pomostowej, i przekształcanie ciągle powstającego pirogronianu (nadmiaru\npirogronianu) w mleczan.\n0 pkt - za odpowiedź niespełniającą wymagań na 1 pkt albo za brak odpowiedzi.\nPrzykładowe rozwiązania\nPowstający w glikolizie pirogronian jest przetwarzany przez kompleks dehydrogenazy\npirogronianowej do acetylo-CoA. Jeżeli ta reakcja jest ograniczona, to nadmiar\npirogronianu zostaje przekształcony w mleczan.\nOgraniczenie tlenowych przemian pirogronianu powoduje, że w komórce rośnie jego\nstężenie ze względu na stale zachodzącą glikolizę. Nadmiar pirogronianu w komórce\nzostaje zredukowany do mleczanu.\nOgraniczenie utleniania pirogronianu w reakcji pomostowej doprowadzi do wzrostu\nw cytozolu stężenia pirogronianu, który cały czas powstaje z glukozy. Duża część tego\npirogronianu zostanie skierowana na beztlenowy szlak metaboliczny, przekształcający\nten związek w mleczan.\nZmniejszenie aktywności dehydrogenazy pirogronianowej jest przyczyną zwiększonego\nstężenia pirogronianu w komórce. Część pirogronianu jest przekształcana w mleczan, co\nprowadzi do wzrostu stężenia mleczanu w komórce.\nProwadzi to do zmniejszenia wydajności reakcji pomostowej. Mniejsza ilość pirogronianu\nbędzie przekształcana do acetylo-CoA, co przełoży się na spadek intensywności\nzachodzenia cyklu Krebsa i łańcucha oddechowego. Aby uzyskać NAD+, niezbędny do\nzajścia glikolizy, na drodze której komórka może uzyskać ATP, powstający pirogronian\nbędzie redukowany do mleczanu - stężenie mleczanu w tej komórce wzrośnie.\nUwagi:\nNie uznaje się odpowiedzi odnoszących się do całkowitej utraty aktywności przez kompleks\ndehydrogenazy pirogronianowej, np. „Zahamowanie powstawania acetylo-CoA spowoduje\nredukcję pirogronianu do mleczanu”.\nNie uznaje się odpowiedzi odnoszących się wyłącznie do znaczenia adaptacyjnego\nfermentacji mleczanowej, np. „Zmniejszenie aktywności tego kompleksu powoduje\nzmniejszenie wydajności oddychania tlenowego. Dlatego mięsień pracujący w takich\nwarunkach pozyskuje energię także w sposób beztlenowy, czyli przeprowadzając\nfermentację mleczanową, której produktem jest mleczan”.","solution":"**Mechanizm wzrostu mleczanu** przy spadku aktywności kompleksu: 1. **Pirogronian gromadzi się** w komórce (nie jest przekształcany w acetylo-CoA → nie wchodzi do cyklu Krebsa). 2. **Glikoliza generuje NADH** (z NAD⁺) w każdym cyklu. Bez pracy łańcucha oddechowego (mniej acetylo-CoA → mniej cyklu Krebsa → mniej NADH dostarczanego do łańcucha) NADH **nie jest utleniany z powrotem** do NAD⁺. 3. Brak NAD⁺ **zatrzymałby glikolizę** (NAD⁺ jest niezbędny w glikolizie). 4. Komórka mięśniowa **regeneruje NAD⁺** przez **fermentację mleczanową**: - pirogronian + NADH → **mleczan** + NAD⁺ (katalizuje dehydrogenaza mleczanowa, LDH). 5. **Wynik**: pirogronian (zgromadzony) + NADH (zgromadzony) → przekształcane w **mleczan**. Stężenie mleczanu rośnie. To analogiczne do **bezsennego wysiłku mięśniowego** — gdy łańcuch oddechowy nie nadąża, fermentacja mleczanowa \"wybawia\" komórkę przed brakiem NAD⁺, ale za cenę gromadzenia mleczanu (kwasica mleczanowa).","image":"img/biologia-2023-maj-matura-rozszerzona/zad-1.4.webp","solution_image":null,"topics":"oddychanie tlenowe, dehydrogenaza pirogronianowa, glikoliza, cykl Krebsa, mleczan","page_from":5,"source":"ocr","answer_source":null,"answer_text_source":"ocr","solution_source":"maturaonline","text_source":"ocr","source_label":"Biologia · Matura · maj 2023 (rozszerzona)","subject_label":"Biologia","category_label":"Matura","text_html":"<p>Zadanie 1.4. (0-1)<br>Wykaż, że zmniejszenie aktywności kompleksu dehydrogenazy pirogronianowej<br>prowadzi do wzrostu stężenia mleczanu w komórce mięśnia szkieletowego.<br>1.2.<br>0-1<br>1.3.<br>0-1<br>1.4.<br>0-1<br>MBIP-R0_100</p>","answer_text_html":"<p>Zadanie 1.4. (0-1)<br>Wymaganie ogólne<br>Wymaganie szczegółowe<br>IV. Rozumowanie i zastosowanie nabytej<br>wiedzy do rozwiązywania problemów<br>biologicznych. Zdający:</p>\n<ol><li>[…] wyjaśnia związki przyczynowo-</li></ol>\n<p>-skutkowe między procesami i zjawiskami<br>[…].<br>III. Energia i metabolizm.</p>\n<ol><li>Pozyskiwanie energii użytecznej</li></ol>\n<p>biologicznie. Zdający:</p>\n<ol><li>porównuje drogi przemiany pirogronianu</li></ol>\n<p>w fermentacji […] mleczanowej<br>i w oddychaniu tlenowym.<br>Zasady oceniania<br>1 pkt - za poprawne wykazanie, że zmniejszenie aktywności kompleksu dehydrogenazy<br>pirogronianowej prowadzi do wzrostu stężenia mleczanu w komórce, uwzględniające<br>powstawanie pirogronianu (w glikolizie), który nie może być w całości utleniony<br>w reakcji pomostowej, i przekształcanie ciągle powstającego pirogronianu (nadmiaru<br>pirogronianu) w mleczan.<br>0 pkt - za odpowiedź niespełniającą wymagań na 1 pkt albo za brak odpowiedzi.<br>Przykładowe rozwiązania<br>Powstający w glikolizie pirogronian jest przetwarzany przez kompleks dehydrogenazy<br>pirogronianowej do acetylo-CoA. Jeżeli ta reakcja jest ograniczona, to nadmiar<br>pirogronianu zostaje przekształcony w mleczan.<br>Ograniczenie tlenowych przemian pirogronianu powoduje, że w komórce rośnie jego<br>stężenie ze względu na stale zachodzącą glikolizę. Nadmiar pirogronianu w komórce<br>zostaje zredukowany do mleczanu.<br>Ograniczenie utleniania pirogronianu w reakcji pomostowej doprowadzi do wzrostu<br>w cytozolu stężenia pirogronianu, który cały czas powstaje z glukozy. Duża część tego<br>pirogronianu zostanie skierowana na beztlenowy szlak metaboliczny, przekształcający<br>ten związek w mleczan.<br>Zmniejszenie aktywności dehydrogenazy pirogronianowej jest przyczyną zwiększonego<br>stężenia pirogronianu w komórce. Część pirogronianu jest przekształcana w mleczan, co<br>prowadzi do wzrostu stężenia mleczanu w komórce.<br>Prowadzi to do zmniejszenia wydajności reakcji pomostowej. Mniejsza ilość pirogronianu<br>będzie przekształcana do acetylo-CoA, co przełoży się na spadek intensywności<br>zachodzenia cyklu Krebsa i łańcucha oddechowego. Aby uzyskać NAD+, niezbędny do<br>zajścia glikolizy, na drodze której komórka może uzyskać ATP, powstający pirogronian<br>będzie redukowany do mleczanu - stężenie mleczanu w tej komórce wzrośnie.<br>Uwagi:<br>Nie uznaje się odpowiedzi odnoszących się do całkowitej utraty aktywności przez kompleks<br>dehydrogenazy pirogronianowej, np. „Zahamowanie powstawania acetylo-CoA spowoduje<br>redukcję pirogronianu do mleczanu”.<br>Nie uznaje się odpowiedzi odnoszących się wyłącznie do znaczenia adaptacyjnego<br>fermentacji mleczanowej, np. „Zmniejszenie aktywności tego kompleksu powoduje<br>zmniejszenie wydajności oddychania tlenowego. Dlatego mięsień pracujący w takich<br>warunkach pozyskuje energię także w sposób beztlenowy, czyli przeprowadzając<br>fermentację mleczanową, której produktem jest mleczan”.</p>","solutions":[{"source":"maturaonline","label":"matura-online.pl","kind":"text","html":"<p><strong>Mechanizm wzrostu mleczanu</strong> przy spadku aktywności kompleksu: 1. <strong>Pirogronian gromadzi się</strong> w komórce (nie jest przekształcany w acetylo-CoA → nie wchodzi do cyklu Krebsa). 2. <strong>Glikoliza generuje NADH</strong> (z NAD⁺) w każdym cyklu. Bez pracy łańcucha oddechowego (mniej acetylo-CoA → mniej cyklu Krebsa → mniej NADH dostarczanego do łańcucha) NADH <strong>nie jest utleniany z powrotem</strong> do NAD⁺. 3. Brak NAD⁺ <strong>zatrzymałby glikolizę</strong> (NAD⁺ jest niezbędny w glikolizie). 4. Komórka mięśniowa <strong>regeneruje NAD⁺</strong> przez <strong>fermentację mleczanową</strong>: - pirogronian + NADH → <strong>mleczan</strong> + NAD⁺ (katalizuje dehydrogenaza mleczanowa, LDH). 5. <strong>Wynik</strong>: pirogronian (zgromadzony) + NADH (zgromadzony) → przekształcane w <strong>mleczan</strong>. Stężenie mleczanu rośnie. To analogiczne do <strong>bezsennego wysiłku mięśniowego</strong> — gdy łańcuch oddechowy nie nadąża, fermentacja mleczanowa &quot;wybawia&quot; komórkę przed brakiem NAD⁺, ale za cenę gromadzenia mleczanu (kwasica mleczanowa).</p>"},{"source":"maturazai","label":"maturazai.pl (AI)","kind":"text","html":"<h4>Poprawna odpowiedź</h4>\n<p><strong>Gdy aktywność PDH spada, pirogronian (powstający stale w glikolizie) nie zostaje całkowicie utleniony w reakcji pomostowej. Jego nadmiar gromadzi się w cytozolu i - by zregenerować NAD⁺ potrzebny do dalszej glikolizy - zostaje zredukowany do mleczanu przez dehydrogenazę mleczanową (LDH). Stężenie mleczanu rośnie.</strong></p>\n<h4>Sposób 1 - Bilans pirogronianu i NAD⁺</h4>\n<p><strong>Krok 1: Glikoliza działa stale</strong><br>Komórka mięśnia szkieletowego stale prowadzi glikolizę: glukoza → 2 pirogronian + 2 NADH + 2 ATP. Glikoliza wymaga regeneracji NAD⁺ (bo NADH musi się utlenić, by enzym G3P-DH mógł działać dalej).</p>\n<p><strong>Krok 2: Co się dzieje, gdy PDH ma niską aktywność?</strong><br>Normalnie pirogronian → acetylo-CoA (przez PDH) → cykl Krebsa + łańcuch oddechowy → utlenianie NADH na NAD⁺.</p>\n<p>Gdy PDH działa wolno:</p>\n<ul><li>pirogronian NIE zostaje przekształcony w acetylo-CoA</li><li>pirogronian gromadzi się w cytozolu</li><li>ALE glikoliza dalej produkuje pirogronian (i NADH!)</li><li>NADH gromadzi się</li><li>glikoliza zatrzymałaby się bez NAD⁺</li></ul>\n<p><strong>Krok 3: Awaryjny szlak - dehydrogenaza mleczanowa</strong><br>Komórka uruchamia szlak beztlenowy:<br>\\[\\ce{pirogronian + NADH + H+ -&gt; mleczan + NAD+}\\]</p>\n<p>Dehydrogenaza mleczanowa (LDH) <strong>redukuje pirogronian do mleczanu</strong>, jednocześnie utleniając NADH do NAD⁺. NAD⁺ wraca do glikolizy.</p>\n<p><strong>Krok 4: Rezultat</strong><br>Pirogronian (nadmiar) → mleczan. <strong>Stężenie mleczanu rośnie.</strong> Glikoliza może działać dalej (NAD⁺ regenerowany). Komórka pozyskuje energię w sposób beztlenowy (fermentacja mleczanowa).</p>\n<h4>Sposób 2 - Analogia do tlenku węgla / niedotlenienia</h4>\n<p>Podobny efekt obserwujemy w warunkach:</p>\n<ul><li>intensywnego wysiłku (zapotrzebowanie ATP &gt; podaż O₂)</li><li>niedotlenienia (brak O₂ → łańcuch oddechowy stoi → NADH gromadzi się → PDH zahamowane)</li><li>niedoboru tiaminy (witaminy B₁) - PDH ma kofaktor TPP (pirofosforan tiaminy), bez niego enzym nie działa</li></ul>\n<p>We wszystkich tych przypadkach: <strong>wzrost mleczanu we krwi i mięśniach</strong>.</p>\n<h4>Schemat oceniania CKE</h4>\n<p><strong>1 pkt</strong> - za poprawne wykazanie, ze zmniejszenie aktywnosci kompleksu PDH prowadzi do wzrostu stezenia mleczanu, uwzgledniajace powstawanie pirogronianu w glikolizie (ktory nie moze byc w calosci utleniony w reakcji pomostowej) i przeksztalcanie ciagle powstajacego nadmiaru pirogronianu w mleczan.<br><strong>0 pkt</strong> - za odpowiedz niespelniajaca wymagan na 1 pkt albo za brak odpowiedzi.</p>\n<p><strong>Uwagi CKE:</strong> Nie uznaje sie odpowiedzi odnoszacych sie do calkowitej utraty aktywnosci przez kompleks PDH. Nie uznaje sie odpowiedzi odnoszacych sie wylacznie do znaczenia adaptacyjnego fermentacji mleczanowej.</p>\n<h4>Wzory z karty CKE</h4>\n<p>Karta wzorów BIO <strong>str. 4</strong> - kwasy organiczne - zawiera <strong>kwas mlekowy CH₃-CHOH-COOH</strong> (forma protonowa mleczanu) oraz <strong>kwas pirogronowy CH₃-CO-COOH</strong>. Zachodzi tu redukcja: pirogronian (CH₃-CO-COO⁻) → mleczan (CH₃-CHOH-COO⁻), z udziałem NADH/NAD⁺.</p>\n<p>Reakcja: \\(\\ce{CH3-CO-COO^- + NADH + H+ -&gt; CH3-CHOH-COO^- + NAD+}\\)</p>\n<h4>Typowe pułapki i uwaga</h4>\n<blockquote>⚠️ <strong>Uwaga:</strong> Najczęstszy błąd - pisanie &#x27;mięsień przechodzi na fermentację mleczanową, bo nie ma tlenu&#x27;. To NIE jest treść pytania! Pytanie pyta o WPŁYW SPADKU AKTYWNOŚCI PDH (nie braku O₂). Klucz wymaga uwzględnienia pirogronianu (nadmiaru) i jego redukcji do mleczanu.</blockquote>\n<blockquote>⚠️ <strong>Uwaga:</strong> Nie pisz, że PDH &#x27;całkowicie przestaje działać&#x27; - pytanie mówi o &#x27;zmniejszeniu aktywności&#x27;, nie zatrzymaniu. To różnica subtelna, ale klucz CKE ostro tu punktuje.</blockquote>\n<blockquote>⚠️ <strong>Uwaga:</strong> Pamiętaj o regeneracji NAD⁺ - to kluczowy punkt, dlaczego komórka MUSI redukować pirogronian. Bez NAD⁺ glikoliza zatrzyma się i komórka straci energię.</blockquote>"}]}