Zadanie 11
Matura z biologii, maj 2023, poziom rozszerzony
Wymaganie: XI. Funkcjonowanie zwierząt. 2. […] 3) Wymiana gazowa i krążenie. Zdający: h) opisuje wymianę gazową w tkankach i płucach, uwzględniając powinowactwo hemoglobiny do tlenu […]; k) przedstawia rolę krwi w transporcie gazów oddechowych.
Treść zadania
Krzywa wiązania tlenu przedstawia wysycenie cząstkowe hemoglobiny w zależności od ciśnienia cząstkowego tlenu. Wysyceniem cząstkowym nazywa się stosunek liczby miejsc zawierających związany tlen do całkowitej liczby miejsc zdolnych do wiązania tlenu w cząsteczkach hemoglobiny.
Na wiązanie tlenu przez hemoglobinę wpływają różne czynniki, m.in. stężenie 2,3-bisfosfoglicerynianu (2,3-BPG) w erytrocytach.
Na wykresie przedstawiono dwie krzywe wiązania tlenu: czarna krzywa — ludzka hemoglobina oczyszczona (wyizolowana z erytrocytów, brak 2,3-BPG), czerwona krzywa — ludzka hemoglobina znajdująca się w erytrocytach (2,3-BPG obecny). Na osi X (pO₂ [mmHg], 0–200) zaznaczono typowe wartości ciśnienia cząstkowego tlenu w płucach (100 mmHg) oraz w tkankach innych narządów (20 mmHg); oś Y — wysycenie cząstkowe hemoglobiny (0,0–1,0).
Odczyt z wykresu: przy 100 mmHg obie krzywe są blisko wartości 1,0 (ok. 0,97–0,98). Przy 20 mmHg wysycenie hemoglobiny oczyszczonej wynosi ok. 0,9 — na wykresie zaznaczono, że między płucami a tkankami spada ono o 8%; wysycenie hemoglobiny w erytrocytach wynosi ok. 0,31 — zaznaczono spadek o 66%.
Na podstawie: J.M. Berg i in., Biochemia, Warszawa 2009.
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 | F |
| 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).
F — przy 100 mmHg (płuca) obie krzywe mają wysycenie bliskie 1,0 (ok. 0,97–0,98), więc różnica jest znikoma. Zaznaczone na wykresie 8% to spadek wysycenia oczyszczonej hemoglobiny między płucami (100 mmHg) a tkankami (20 mmHg), a nie różnica między dwiema krzywymi.
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).
- Bufor krwi — Hb wiąże nadmiar H⁺ (zwłaszcza po oddaniu O₂) → przeciwdziała zakwaszeniu krwi.
- Transport protonów (H⁺).
Zasady oceniania nie uznają odpowiedzi o magazynowaniu lub transporcie żelaza (pełnią je ferrytyna i transferyna).
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 11.1.2 — błędne odczytanie oznaczenia „8%” na wykresie. To spadek wysycenia hemoglobiny oczyszczonej między płucami a tkankami; przy 100 mmHg obie krzywe są prawie na tym samym poziomie.
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 „magazynowanie” lub „transport żelaza”. Zasady oceniania jej nie uznają — te funkcje pełnią inne białka: ferrytyna i transferyna. Poprawne są np. transport CO₂, transport H⁺, rola buforowa.
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 | Silniejsze | Znacznie słabsze (informacja z zadania 11.2) |
| 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 |
| Efekt Bohra: w tkankach (wysokie CO₂, niskie pH) Hb oddaje O₂ łatwiej. W płucach (niskie CO₂, wyższe pH) Hb wiąże O₂ łatwiej. |
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) — powinowactwo do O₂ jest wysokie → przy pO₂ typowym dla tkanek Hb oddaje niewiele tlenu (na wykresie wysycenie spada tylko o 8%, a w erytrocytach — o 66%).
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 niż w płucach.
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. Większość CO₂ jest jednak transportowana w osoczu w postaci jonów wodorowęglanowych.
Bufor: Hb wiąże H⁺ (po oddaniu O₂ deoksyhemoglobina jest dobrym akceptorem H⁺) → przeciwdziała zakwaszeniu krwi.
Uwaga: magazynowanie i transport żelaza nie są funkcjami hemoglobiny — zasady oceniania wskazują, że pełnią je ferrytyna i transferyna.
Punktacja CKE
- 11.1. 2 pkt — wszystkie 3 P/F (P, F, F). 1 pkt za 2/3.
- 11.2. 1 pkt — obie odpowiedzi (obniżonego + ułatwia).
- 11.3. 1 pkt — wskazanie innej funkcji (transport CO₂ / transport H⁺ / rola buforowa).
- Suma: 4 pkt.
Po co to umieć
Hemoglobina:
- Jej strukturę przestrzenną badał Max Perutz (Nagroda Nobla z chemii 1962, razem z Johnem Kendrew, który ustalił strukturę mioglobiny).
- 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) — po urodzeniu stopniowo zastępowana przez HbA. Lek hydroksymocznik zwiększa wytwarzanie HbF i jest stosowany w leczeniu niedokrwistości sierpowatej.
Aklimatyzacja do dużych wysokości: wzrasta wytwarzanie erytropoetyny (więcej erytrocytów) i stężenie 2,3-BPG (łatwiejsze oddawanie O₂ tkankom).
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, bisfosfoglicerynian, hemoglobina płodowa, ciąża” zrobisz samodzielnie.
Otwórz matury-online.pl