Zadanie 11
Matura z biologii, maj 2023, poziom rozszerzony
Wymaganie: V.4 — krew, hemoglobina, transport gazów.
V.6 — krążenie płodowe i łożysko.
Treść zadania
Na wykresie przedstawiono krzywe wiązania tlenu przez hemoglobinę: oczyszczoną hemoglobinę (bez 2,3-BPG) oraz hemoglobinę w erytrocytach (z 2,3-BPG). Na osi X – ciśnienie cząstkowe tlenu (pO₂) w mmHg, na osi Y – wysycenie cząstkowe hemoglobiny tlenem. Zaznaczono linie pionowe odpowiadające ciśnieniu cząstkowemu tlenu w tkankach (~20 mmHg) i w płucach (~100 mmHg).
Związek 2,3-BPG (2,3-bisfosfoglicerynian) występuje w erytrocytach i wpływa na powinowactwo hemoglobiny do tlenu.
Na podstawie: J.M. Berg i in., Biochemia, Warszawa 2007.
Zadanie 11.1. (0–2)
Oceń, czy poniższe stwierdzenia dotyczące wiązania tlenu przez hemoglobinę są prawdziwe. Zaznacz P, jeśli stwierdzenie jest prawdziwe, albo F – jeśli jest fałszywe.
| # | Stwierdzenie | P / F |
|---|---|---|
| 1. | Oczyszczona hemoglobina ma większe powinowactwo do tlenu niż hemoglobina w erytrocytach. | P / F |
| 2. | Przy ciśnieniu cząstkowym tlenu równym 100 mmHg oczyszczona hemoglobina wiąże o 8% więcej tlenu niż hemoglobina w erytrocytach. | P / F |
| 3. | Maksymalne możliwe wysycenie cząstkowe hemoglobiny tlenem zależy od związania hemoglobiny z 2,3-BPG. | P / F |
Zadanie 11.2. (0–1)
Wiązanie 2,3-BPG z hemoglobiną płodową jest znacznie słabsze niż z hemoglobiną dorosłego człowieka. U ciężarnych kobiet stężenie 2,3-BPG w erytrocytach jest o 30% wyższe niż u kobiet niebędących w ciąży.
Uzupełnij poniższe zdanie tak, aby w poprawny sposób przedstawiało wpływ 2,3-BPG na wiązanie tlenu przez hemoglobinę. W każdym nawiasie podkreśl właściwe określenie.
Podwyższone stężenie 2,3-BPG w erytrocytach ciężarnych kobiet jest przyczyną (obniżonego / podwyższonego) powinowactwa hemoglobiny matki do tlenu, co (ułatwia / utrudnia) dyfuzję tlenu z części macicznej łożyska do części płodowej łożyska.
Zadanie 11.3. (0–1)
Podaj przykład funkcji pełnionej przez hemoglobinę w erytrocytach, innej niż transportowanie tlenu.
Źródło: arkusz CKE MBIP-R0-100-2305. Otwórz oryginalny PDF
Rozwiązanie
11.1.
| # | Stwierdzenie | Ocena |
|---|---|---|
| 1 | Oczyszczona Hb ma większe powinowactwo do O₂ niż Hb w erytrocytach | P |
| 2 | Przy pO₂ = 100 mmHg oczyszczona Hb wiąże o 8% więcej O₂ niż Hb w erytrocytach | P |
| 3 | Maksymalne wysycenie cząstkowe Hb tlenem zależy od 2,3-BPG | F |
Uzasadnienia:
P — czarna krzywa (oczyszczona) leży wyżej i bardziej w lewo niż czerwona. Przy każdej wartości pO₂ wysycenie jest większe → większe powinowactwo do O₂. 2,3-BPG obniża powinowactwo (jest allosterycznym inhibitorem Hb).
P — z wykresu: przy 100 mmHg oczyszczona Hb ~98% (0,98), Hb w erytrocytach ~90% (0,90). Różnica = 8% (jak zaznaczone na wykresie).
F — maksymalne wysycenie obu krzywych dąży do 1,0 (100%) przy wysokim pO₂ (200+ mmHg). Wartość maksymalna jest TA SAMA. 2,3-BPG zmienia kształt krzywej (przesuwa w prawo), ale nie zmienia maksymalnego wysycenia.
11.2. Podwyższone 2,3-BPG u ciężarnych powoduje OBNIŻONE powinowactwo Hb matki do tlenu, co UŁATWIA dyfuzję O₂ z części macicznej łożyska do części płodowej łożyska.
Mechanizm:
- U matki: 30% wyższe 2,3-BPG → Hb matki łatwiej oddaje O₂ (niższe powinowactwo).
- HbF (hemoglobina płodowa) wiąże 2,3-BPG słabiej → niezakłócone powinowactwo → wysokie powinowactwo do O₂.
- W łożysku: matka oddaje O₂ łatwo (niskie powinowactwo) ← → płód chłonie O₂ łatwo (wysokie powinowactwo HbF) → efektywny transfer O₂ przez łożysko.
11.3. Inne funkcje hemoglobiny:
- Transport CO₂ — Hb wiąże CO₂ na grupach aminowych (karbaminohemoglobina) → ~20% transportu CO₂ z tkanek do płuc.
- Bufor pH krwi — Hb wiąże H⁺ (zwłaszcza po oddaniu O₂) → stabilizuje pH krwi (~7.4).
- Transport NO — Hb wiąże tlenek azotu (S-nitrozohemoglobina) → regulacja przepływu krwi w kapilarach.
Najczęstsza odpowiedź: transport CO₂ (lub buforowanie pH).
Pułapka 11.1.3 — błędne kojarzenie. 2,3-BPG zmienia powinowactwo (przy danym pO₂), ALE NIE maksymalne wysycenie (które zawsze dąży do 100%). Klucz: oś Y dla obu krzywych dochodzi do 1,0.
Pułapka 11.2 — odwrotny kierunek. Niskie powinowactwo = łatwe oddawanie. Wysokie powinowactwo = trudne oddawanie. Klucz: matka MUSI oddać O₂ płodowi → potrzeba NIŻSZEGO powinowactwa Hb matki.
Pułapka 11.3 — odpowiedź "transport CO₂" w pełni. Hemoglobina transportuje TYLKO ~20% CO₂ (~70% CO₂ jako jon wodorowęglanowy HCO₃⁻ w osoczu, ~10% rozpuszczony). Ale to wciąż istotna funkcja.
Strony arkusza CKE z trescia zadania
Klucz pojęciowy — hemoglobina
| Cecha | Hemoglobina dorosła (HbA) | Hemoglobina płodowa (HbF) |
|---|---|---|
| Skład | 2 α + 2 β | 2 α + 2 γ |
| Powinowactwo do O₂ | Niższe | Wyższe |
| Wiązanie 2,3-BPG | Silne (γ nie ma kieszeni dla BPG) | Słabe |
| Funkcja | Transport O₂ w organizmie dorosłym | Pobieranie O₂ od matki przez łożysko |
| Kiedy | Po urodzeniu (~6 mies. zastępuje HbF) | Płód + 6 miesięcy po urodzeniu |
Klucz pojęciowy — modyfikatory powinowactwa Hb
| Czynnik | Wpływ na powinowactwo Hb | Wpływ na krzywą |
|---|---|---|
| 2,3-BPG | Obniża | Przesunięcie w prawo |
| CO₂ (wysokie) | Obniża (efekt Bohra) | Przesunięcie w prawo |
| H⁺ (niskie pH, kwaśne) | Obniża | Przesunięcie w prawo |
| Wysoka T | Obniża | Przesunięcie w prawo |
| CO (tlenek węgla) | Podwyższa (200×) — toksyczne | Przesunięcie w lewo |
| NO (małe stęż.) | Modyfikuje | Złożone |
Efekt Bohra: w tkankach (wysokie CO₂, niskie pH) Hb oddaje O₂ ŁATWIEJ. W płucach (niskie CO₂, wysokie pH) Hb wiąże O₂ ŁATWIEJ. Inteligentny system!
Mechanizm: 2,3-BPG i krzywa wiązania O₂
2,3-BPG powstaje w glikolizie erytrocytów (boczna gałąź z 1,3-BPG przez mutazę).
2,3-BPG wiąże się z hemoglobiną w specyficznej kieszeni allosterycznej między łańcuchami β.
Stabilizacja formy T (tense): 2,3-BPG stabilizuje konformację o niższym powinowactwie do O₂.
Skutek: Hb z 2,3-BPG (w erytrocytach) łatwiej oddaje O₂ tkankom przy niższym pO₂. To fizjologicznie korzystne — tkanki potrzebują efektywnego dostarczenia O₂.
Bez 2,3-BPG (oczyszczona Hb) — pozostaje w formie R (relaxed) o wysokim powinowactwie → trudno oddaje O₂ → nieefektywne.
Mechanizm: krążenie łożyskowe i 2,3-BPG (11.2)
Matka wzbogaca krew w O₂ przez płuca → Hb matki (HbA) wysycona.
Krew matki dochodzi do łożyska (część maciczna, decydua). Tam stężenie 2,3-BPG wyższe o 30% niż u nieciężarnej.
Powinowactwo HbA matki OBNIŻA SIĘ dodatkowo z powodu wysokiego 2,3-BPG → matka łatwiej oddaje O₂ w łożysku.
HbF płodu wiąże 2,3-BPG słabo → wysokie powinowactwo do O₂ (NIE jest obniżone przez 2,3-BPG).
Gradient O₂ przez łożysko: O₂ przemieszcza się z matki (niskie powinowactwo, łatwo oddaje) do płodu (wysokie powinowactwo, chętnie chwyta).
Efekt: efektywny transfer O₂ do płodu mimo niższego pO₂ w łożysku (~30 mmHg) niż w płucach (~100 mmHg).
To podwójny mechanizm: 1) 2,3-BPG obniża Hb matki, 2) HbF jest naturalnie wyższego powinowactwa.
Inne funkcje hemoglobiny (11.3)
Transport CO₂: Hb wiąże CO₂ na N-końcowych grupach aminowych łańcuchów → karbaminohemoglobina (HbCO₂). Niesie ~20% CO₂ z tkanek do płuc.
Bufor pH: Hb wiąże H⁺ (po oddaniu O₂ deoksyhemoglobina jest dobrym akceptorem H⁺). Pomaga utrzymać pH krwi ~7.4.
Transport NO (tlenku azotu): Hb wiąże NO na cysteinie β93 (S-nitrozohemoglobina) → reguluje rozszerzanie naczyń w tkankach niedotlenionych.
Magazyn żelaza: Hb przechowuje ~70% żelaza w organizmie (jako Fe²⁺ w hemie).
Punktacja CKE
- 11.1. 2 pkt — wszystkie 3 P/F (P, P, F). 1 pkt za 2/3.
- 11.2. 1 pkt — obie odpowiedzi (obniżonego + ułatwia).
- 11.3. 1 pkt — wskazanie innej funkcji (transport CO₂ / buforowanie pH / NO).
- Suma: 4 pkt.
Po co to umieć
Hemoglobina — najlepiej zbadane białko w historii biochemii:
- Maxa Perutza (Nobel 1962) — pierwsza struktura krystaliczna białka.
- 4 łańcuchy (2α + 2β u dorosłego), 4 hemy z Fe²⁺ → 4 miejsca wiązania O₂.
- Allosteria = klasyczny przykład: wiązanie jednego O₂ ułatwia wiązanie kolejnych (cooperativity, krzywa sigmoidalna).
Anemia sierpowata (sickle cell):
- Mutacja Glu→Val w pozycji 6 łańcucha β (HbS).
- Pod niskim O₂ HbS polimeryzuje → erytrocyty deformują się (sierpowate) → blokują naczynia.
- Powszechna w Afryce (heterozygoty chronione przed malarią).
Hemoglobina płodowa (HbF) — produkowana w wątrobie płodu, zastępowana po porodzie przez HbA. Zwiększona ekspresja HbF u dorosłych = leczenie anemii sierpowatej (hydroksymocznik).
Doping krwi (EPO + autohemotransfuzja) — sportowcy zwiększają liczbę erytrocytów dla większej zdolności transportu O₂. Zakazane.
Wysokogórska aklimatyzacja:
- Po 1-2 tygodniach na wysokości >2500 m: wzrost EPO → więcej erytrocytów + Hb.
- Wzrost 2,3-BPG → łatwiejsze oddawanie O₂ tkankom.
- To fizjologiczna adaptacja do niskiego pO₂.
Transfuzje krwi — Hb to żywy klucz medycyny ratunkowej. Hb krwi przechowywana w bankach. Sztuczna Hb (hemoglobin-based oxygen carriers, HBOC) — eksperymentalne — wolny od grupy krwi zamiennik.
Rozumiesz, jak to rozwiązać?
Przećwicz podobne typy zadań w aplikacji
matury-online.pl ma tysiące zadań pogrupowanych po dziedzinach. Sprawdź, czy temat „fizjologia, hemoglobina, krzywa wiązania tlenu, 2,3-BPG, hemoglobina płodowa, ciąża" zrobisz samodzielnie.
Otwórz matury-online.pl