Zadanie 17
Matura z biologii, maj 2024, poziom rozszerzony
Wymaganie: III.4 — kwasy nukleinowe (tRNA, mRNA), translacja.
III.5 — synteza białka.
Treść zadania
Zadanie 17.
Na poniższym schemacie przedstawiono budowę przestrzenną cząsteczki tRNA. Na schemacie oznaczono koniec 5', koniec 3', ramię akceptorowe (zaznaczone kolorem niebieskim w górnej części cząsteczki) oraz antykodon (zaznaczony kolorem pomarańczowym w dolnej części cząsteczki).
Na podstawie: pdb101.rcsb.org
Zadanie 17.1. (0–1)
Dokończ zdanie. Zaznacz odpowiedź A albo B oraz odpowiedź 1. albo 2.
Cząsteczki tRNA są zbudowane
A. z jednej nici,
B. z dwóch nici,
a w budowie przestrzennej tRNA komplementarne odcinki nici są położone
1. w przeciwnej orientacji.
2. w tej samej orientacji.
Zadanie 17.2. (0–2)
Określ funkcję pełnioną przez ramię akceptorowe oraz funkcję pełnioną przez antykodon cząsteczki tRNA.
Ramię akceptorowe: ........................................................................................................
Antykodon: ......................................................................................................................
Źródło: arkusz CKE MBIP-R0-100-2405. Otwórz oryginalny PDF
Rozwiązanie
17.1. A1 — cząsteczki tRNA zbudowane są z jednej nici, a komplementarne odcinki nici położone są w przeciwnej orientacji.
Uzasadnienie:
- Jedna nić: tRNA to pojedyncza cząsteczka RNA o długości ~76 nukleotydów, która sama na siebie się zwija (zawija się), tworząc obszary dwuniciowe (przez wewnętrzne parowanie zasad).
- Przeciwna orientacja: w obszarach dwuniciowych ("łodygach" liścia koniczyny) jedna część nici biegnie 5'→3', a komplementarna część 3'→5' — antyrównolegle. To analog do dwuniciowego DNA.
Struktura 2D = liść koniczyny (cloverleaf): 4 ramiona (akceptorowe + D-pętla + antykodon + TψC). Struktura 3D = litera L — bardziej zwarta, optymalna do interakcji z rybosomem.
17.2.
Ramię akceptorowe: przyłącza odpowiedni aminokwas (na końcu 3' — sekwencja CCA-3'). Aminokwas jest przyłączany kowalencyjnie do grupy 2'/3'-OH końcowej adenozyny przez enzym aminoacylo-tRNA-syntetazę (każdy z 20 aminokwasów ma swój własny enzym, rozpoznający konkretny tRNA). Tak załadowany tRNA = aminoacylo-tRNA, gotowy do udziału w translacji.
Antykodon: rozpoznaje kodon mRNA podczas translacji w rybosomie. Trzy nukleotydy w pętli antykodonowej są komplementarne i antyrównoległe do trzech nukleotydów kodonu mRNA. Wiązanie kodon-antykodon (wodorowe) zapewnia precyzję translacji — dopasowanie aminokwasu do odpowiedniego kodonu.
Razem: antykodon decyduje, gdzie tRNA usiądzie na mRNA; ramię akceptorowe decyduje, który aminokwas zostanie dodany do białka.
Pułapka 17.1 — odpowiedź "B" (dwóch nici). Klucz: tRNA to pojedyncza cząsteczka. Wygląd dwuniciowy w schemacie powstaje z samo-zawijania się jednej nici, nie z dwóch osobnych.
Pułapka 17.1 — odpowiedź "2" (tej samej orientacji). Klucz: zawsze gdy są komplementarne odcinki, są antyrównoległe (w DNA i RNA). To prawo fizyczne wiązań wodorowych między A-U / G-C.
Pułapka 17.2 — opis funkcji "transport" zamiast "rozpoznawanie/przyłączanie". Klucz: tRNA jest adaptorem — antykodon rozpoznaje kodon, ramię wiąże aminokwas. Sam transport jest skutkiem, nie funkcją.
Strona arkusza CKE z trescia zadania
Klucz pojęciowy — struktury tRNA
| Element | Funkcja |
|---|---|
| Ramię akceptorowe | Wiązanie aminokwasu (3’ koniec, CCA-3’) |
| Pętla antykodonowa | Rozpoznawanie kodonu mRNA |
| Pętla D | Stabilizacja 3D, kontakty z aminoacylo-tRNA syntetazą |
| Pętla TψC | Stabilizacja, kontakt z rybosomem |
| Pętla zmienna | Różna długość między tRNA, dodatkowa identyfikacja |
Klucz pojęciowy — translacja
| Element | Funkcja |
|---|---|
| mRNA | Matryca kodonowa — niesie informację z DNA do rybosomu |
| tRNA | Adaptor — przekłada kodon na aminokwas |
| Rybosom | Maszyna katalityczna — łączy aminokwasy peptydowo |
| Aminoacylo-tRNA syntetaza | Enzym ładujący tRNA odpowiednim aminokwasem |
| GTP | Energia dla każdego kroku translacji |
Mechanizm: samo-zawijanie tRNA
Jedna nić tRNA (~76 nt) wytworzona w transkrypcji z genu tRNA.
Wewnętrzne parowanie zasad: niektóre fragmenty nici są komplementarne do innych. Parują się przez wiązania wodorowe (A-U, G-C, plus parowanie zmodyfikowane np. G-U).
Komplementarne odcinki — antyrównoległe: jedna część nici biegnie 5’→3’, druga 3’→5’. To konieczność strukturalna wiązań wodorowych między zasadami.
Powstają 4 “łodygi” (helikalne dwuniciowe odcinki) + 4 “pętle” (jednoniciowe) → struktura liścia koniczyny (2D).
Dalsze fałdowanie 3D: liść koniczyny składa się w kształt L — pętle D i TψC stykają się, antykodon w jednym końcu, ramię akceptorowe w drugim.
Mechanizm: funkcje końców tRNA
Ramię akceptorowe (3’ koniec)
Sekwencja 3’: zawsze CCA-3’ (ostatnie 3 nukleotydy każdego tRNA) — konserwowane uniwersalnie.
Aminoacylo-tRNA syntetaza rozpoznaje konkretny tRNA (~20 enzymów na 20 aa).
Aktywacja: aminokwas + ATP → aminoacylo-AMP + PPi (zużycie energii).
Przyłączenie: aminoacylo-AMP + tRNA → aminoacylo-tRNA (aminokwas przy CCA-3’ wiązaniem estrowym) + AMP.
Gotowy aminoacylo-tRNA wnosi swój aminokwas do rybosomu.
Antykodon (środkowa pętla)
3 nukleotydy w specyficznej pozycji w pętli antykodonowej.
Rozpoznawanie kodonu: antykodon paruje się z kodonem mRNA antyrównolegle (5’-3’ antykodonu vs 3’-5’ kodonu).
Przykład: aminokwas Met = kodon 5’-AUG-3’ = antykodon 3’-UAC-5’ (komplementarny + antyrównoległy).
Reguła wobblingu: trzecia pozycja antykodonu może parować się z różnymi zasadami (degeneracja kodu genetycznego — 64 kodony, 20 aa + STOP).
Punktacja CKE
- 17.1. 1 pkt — A1 (oba wybory poprawne).
- 17.2. 2 pkt — obie funkcje poprawnie opisane (po 1 pkt).
- Suma: 3 pkt.
Po co to umieć
tRNA to kluczowy element translacji — bez niego DNA byłoby tylko ciągiem liter bez znaczenia biologicznego.
~40-60 różnych tRNA w komórce (mniej niż 61 kodonów, dzięki wobblingowi).
Suppressor tRNA — mutacje w antykodonie pozwalające tRNA czytać kodon STOP jako aminokwas. Wykorzystywane w inżynierii genetycznej do wprowadzania nienaturalnych aminokwasów w określone miejsca białka (technologia stop codon suppression). Powstają białka z syntetycznymi grupami (fluorofory, “click chemistry tags”, krzyżujące fotochemicznie).
Mutacje tRNA: choroby mitochondrialne (mt-tRNA mutations) — MELAS, MERRF, deafness DEAFA1. Ponieważ tRNA jest niezbędny do całej translacji, mutacje są zwykle ciężkie i wielonarządowe.
Antybiotyki + tRNA: niektóre antybiotyki działają na bakteryjne tRNA (puromycyna, mocna analogia do aminoacylo-tRNA → wbudowuje się do białka, ale powoduje przedwczesne terminowanie). Streptomycyna zaburza wiązanie tRNA-mRNA w bakteryjnym rybosomie.
Origin of life: tRNA = jedna z najstarszych cząsteczek. RNA World (świat RNA) hipoteza: tRNA + rRNA + rybozymy istniały przed białkami i DNA. Współczesne tRNA = molekularne “skamieliny” tej epoki.
Rozumiesz, jak to rozwiązać?
Przećwicz podobne typy zadań w aplikacji
matury-online.pl ma tysiące zadań pogrupowanych po dziedzinach. Sprawdź, czy temat „biologia molekularna, tRNA, translacja, antykodon, ramię akceptorowe, struktura RNA" zrobisz samodzielnie.
Otwórz matury-online.pl