Zadanie 5.4. (0-1)
Określ, która grupa organizmów - psychrofile czy termofile - stanowi źródło
polimeraz DNA wykorzystywanych do PCR. Odpowiedź uzasadnij.
Zadanie 5.4. (0-1)
Wymaganie ogólne
Wymagania szczegółowe
IV. Rozumowanie i zastosowanie nabytej
wiedzy do rozwiązywania problemów
biologicznych. Zdający:
-skutkowe między procesami i zjawiskami
[…].
I. Chemizm życia.
fizycznych i chemicznych na białko
(zjawisko […] denaturacji) […].
III. Energia i metabolizm.
-chemicznych (temperatury […]) na
przebieg katalizy enzymatycznej […].
XV. Biotechnologia. Podstawy inżynierii
genetycznej. Zdający:
w inżynierii genetycznej ([…] metoda PCR).
Zasady oceniania
1 pkt - za wybór grupy termofili wraz z prawidłowym uzasadnieniem, odnoszącym się do
termostabilności ich enzymów LUB do wysokiej temperatury podczas PCR.
0 pkt - za odpowiedź niespełniającą wymagań na 1 pkt albo za brak odpowiedzi.
Przykładowe rozwiązania
Termofile, ponieważ ich białka są stabilne w wysokich temperaturach - polimeraza Taq
nie ulega denaturacji nawet w 90 °C, a więc w temperaturze denaturacji DNA stosowanej
podczas PCR.
Termofile, dlatego że ich białka enzymatyczne są niewrażliwe na wysokie temperatury.
Termofile, bo podczas etapu denaturacji w PCR jest wysoka temperatura.
Termofile, bo poszczególne etapy cyklu PCR zachodzą w wysokich temperaturach.
Termofile. Uzasadnienie: PCR wykorzystuje cykliczne podnoszenie temperatury do ~95°C (denaturacja DNA). Polimeraza musi pozostać aktywna mimo tej temperatury. Polimerazy psychrofili / mezofili (np. E. coli) denaturują się w 50-60°C → nieużyteczne dla PCR. Polimerazy termofili (np. Taq z Thermus aquaticus — gorące źródła Yellowstone) są termostabilne — nie tracą funkcji w 95°C. Dlatego do PCR używa się polimeraz z termofili.
"},{"source":"maturazai","label":"maturazai.pl (AI)","kind":"text","html":"Termofile.
\nUzasadnienie: Białka termofili (w tym polimeraza DNA) są stabilne w wysokich temperaturach - np. polimeraza Taq (z Thermus aquaticus) nie ulega denaturacji nawet w 95°C, czyli w temperaturze denaturacji DNA stosowanej podczas etapu denaturacji w cyklu PCR. Polimerazy psychrofili zdenaturowałyby się w wysokiej temperaturze PCR i nie mogłyby działać.
\nKrok 1: Co to jest PCR?
PCR (Polymerase Chain Reaction, łańcuchowa reakcja polimerazy) to in vitro powielanie fragmentu DNA. Cykl składa się z 3 etapów:
Cykl powtarzany 25-35 razy → liczba kopii DNA rośnie wykładniczo.
\nKrok 2: Wymagania wobec polimerazy.
W każdym cyklu PCR polimeraza musi przetrwać:
Polimerazy zwykłych bakterii (np. E. coli) DENATURUJĄ SIĘ w 95°C - straciłyby aktywność po pierwszym cyklu. Trzeba by je dodawać po każdym cyklu (nieekonomiczne).
\nKrok 3: Termofile.
Termofile żyją w temperaturach 50-122°C - ich białka są przystosowane do tych warunków. Polimeraza Taq z Thermus aquaticus (bakterii z gorących źródeł Yellowstone) jest stabilna do ~95°C - przeżywa wszystkie cykle PCR.
→ Termofile = źródło polimeraz dla PCR. Jedna dawka polimerazy wystarczy na wszystkie 30 cykli.
\nPsychrofile rosną w temperaturach poniżej 20°C - ich enzymy są przystosowane do niskich temperatur i denaturują się powyżej ~30°C (zbyt elastyczna struktura, zoptymalizowana do zimnej elastyczności). Polimeraza psychrofila zdenaturowałaby się natychmiast w fazie denaturacji PCR (95°C) i nie mogłaby polimeryzować w 72°C.
\nDodatkowo, polimerazy psychrofili pracują wolniej w niskich temperaturach optymalnych dla PCR - reakcja byłaby zbyt powolna.
\n📋 Oficjalny schemat oceniania CKE (Zasady oceniania rozwiązań zadań), zadanie 5.4:\n
- 1 pkt - za wybór grupy termofili wraz z prawidłowym uzasadnieniem, odnoszącym się do termostabilności ich enzymów LUB do wysokiej temperatury podczas PCR.
- 0 pkt - za odpowiedź niespełniającą wymagań na 1 pkt albo za brak odpowiedzi.
Karta wzorów BIO nie zawiera schematu PCR - to wiedza z biotechnologii, podstawa programowa. Karta wzorów może być pomocna w kontekście struktury DNA (str. 4-5: kod genetyczny, struktura nukleotydów) - denaturacja w PCR to rozdzielenie nici DNA, a synteza w elongacji to polimeryzacja w kierunku 5'→3'.
\n⚠️ Uwaga: Bezpieczna odpowiedź MUSI mieć: (1) wybór termofili + (2) uzasadnienie dlaczego odnoszące się do termostabilności enzymów LUB wysokich temperatur PCR. Sam wybór bez uzasadnienia = 0 pkt.\n
⚠️ Uwaga: Klasyczny przykład polimerazy z termofili: Taq polimeraza z Thermus aquaticus (gorące źródła Yellowstone, USA). Inne: Pfu z Pyrococcus furiosus (z większą wiernością - tzw. proofreading).\n
⚠️ Uwaga: Nie myl: termofile = TERMO-stabilne białka. Psychrofile = stabilne tylko w zimnie, denaturują w cieple. PCR wymaga termostabilności (95°C), więc TERMOFILE.\n
⚠️ Uwaga: Cala technologia PCR (1985, Kary Mullis, Nobel 1993) opiera się na termostabilnych polimerazach z termofili - bez nich PCR byłby nieekonomiczny."}]}