Zadanie 2 — rozwiązanie, matura biologii maj 2024, PR

Treść zadania

Zadanie 2. (0–2)

Do komórek zainfekowanych przez retrowirusy, których materiał genetyczny stanowi jednoniciowy RNA, jest wprowadzany enzym – odwrotna transkryptaza.

Na poniższym schemacie przedstawiono model strukturalny odwrotnej transkryptazy ludzkiego wirusa niedoboru odporności (HIV) z krótkim fragmentem kompleksu RNA-DNA. Odwrotna transkryptaza HIV składa się z dwóch podjednostek: p66 i p51, oznaczonych na schemacie – odpowiednio – kolorem czerwonym i pomarańczowym. Podjednostka p66 zawiera obszary wykazujące dwie różne aktywności wobec kwasów nukleinowych: polimerazy oraz rybonukleazy.

Na podstawie: pdb101.rcsb.org

Uzupełnij tabelę – wpisz w puste komórki właściwe informacje.

Obszar odwrotnej transkryptazy HIV	Funkcja w procesie przepisywania wirusowego RNA na DNA
o aktywności polimerazy
o aktywności rybonukleazy

Model strukturalny odwrotnej transkryptazy HIV z podjednostkami p66 i p51, fragmentem kompleksu RNA-DNA oraz zaznaczonymi obszarami o aktywności polimerazy i rybonukleazy. — Na podstawie: arkusz CKE MBIP-R0-100-2405 Oryginalny PDF CKE, str. 5

Źródło: arkusz CKE MBIP-R0-100-2405. Otwórz oryginalny PDF

Rozwiązanie

Obszar	Funkcja
Polimeraza	Syntezuje nić DNA na matrycy RNA (a potem na matrycy DNA — w drugim etapie). Wbudowuje deoksyrybonukleotydy zgodnie z zasadą komplementarności (na matrycy RNA: naprzeciw A — T, naprzeciw U — A, naprzeciw G — C, naprzeciw C — G).
Rybonukleaza (RNase H)	Degraduje (tnie) nić RNA w hybrydzie RNA-DNA. Usuwa matrycę RNA po tym, jak polimeraza zsyntezowała pierwszą nić DNA → zostaje jednoniciowy DNA gotowy do syntezy drugiej nici.

Pełny mechanizm (sekwencja):

Polimeraza czyta RNA → tworzy nić DNA → powstaje hybryda RNA-DNA.
RNase H degraduje RNA → zostaje pojedyncza nić DNA.
Polimeraza ponownie — używa tej nici DNA jako matrycy → syntezuje drugą nić DNA → powstaje dwuniciowy DNA.
Dwuniciowy DNA wirusa integruje się z genomem komórki gospodarza (przez integrazę).

Punktacja: 2 pkt — dwie komórki poprawnie, 1 pkt — jedna. Zasady oceniania nie uznają odpowiedzi zbyt ogólnych („odwrotna transkrypcja”, „przepisywanie RNA na DNA”, „synteza łańcucha polinukleotydowego”) ani określenia funkcji rybonukleazy jako „oddzielania RNA od DNA” (denaturacji kompleksu).

Typowy błąd / pułapka

Pułapka — pomylenie polimerazy z rybonukleazą. Polimeraza = syntezuje (buduje DNA). Rybonukleaza = rozkłada (tnie RNA). Klucz: nazwa "polimer-aza" → tworzenie polimeru. "Rybo-nukle-aza" → trawienie kwasu rybonukleinowego (RNA).

Pułapka — pominięcie typu matrycy. Polimeraza odwrotnej transkryptazy używa najpierw RNA jako matrycy (RNA → DNA), a potem DNA jako matrycy (DNA → drugą nić DNA). To wyjątek od reguły "DNA → RNA" w klasycznym dogmacie centralnym.

Pułapka — rola RNase H. To NIE jest enzym syntezy. Tnie TYLKO nić RNA w hybrydzie RNA-DNA (nie tnie czystego RNA wirionu, nie tnie DNA).

Strona arkusza CKE z trescia zadania

Zadanie 2 - odwrotna transkryptaza HIV — Strona 5 arkusza CKE 2024 PR biologia - zadanie 2 (model 3D odwrotnej transkryptazy HIV). Na podstawie: CKE 2024 / pdb101.rcsb.org Oryginalny PDF CKE, str. 5

Klucz pojęciowy — retrowirusy

Element	Funkcja
Retrowirus	Wirus z materiałem genetycznym RNA (np. HIV, HTLV)
Odwrotna transkryptaza	Enzym przepisujący RNA → DNA
Polimeraza (część odwrotnej transkr.)	Syntezuje DNA (najpierw na matrycy RNA, potem na matrycy DNA)
RNase H (rybonukleaza H)	Degraduje RNA w hybrydzie RNA-DNA
Integraza	Wbudowuje wirusowy DNA do genomu gospodarza
Prowirus	DNA wirusa wbudowany do chromosomu człowieka

Mechanizm: odwrotna transkrypcja krok po kroku

Wniknięcie: HIV wprowadza do komórki RNA + odwrotną transkryptazę + integrazę.

Synteza pierwszej nici DNA: polimeraza używa RNA wirusa jako matrycy → buduje nić DNA komplementarną do RNA. Powstaje hybryda RNA-DNA.

Degradacja RNA: RNase H tnie nić RNA hybrydy → zostaje pojedyncza nić DNA.

Synteza drugiej nici DNA: polimeraza używa nici DNA jako matrycy → buduje drugą nić DNA. Powstaje dwuniciowy DNA (dsDNA).

Integracja: integraza wbudowuje dsDNA do chromosomu człowieka → prowirus. Genom gospodarza zostaje zmieniony permanentnie.

Dlaczego enzym ma dwa centra aktywne?

Polimeraza i rybonukleaza działają sekwencyjnie:

Polimeraza tworzy hybrydę.
RNase H ją “rozplątuje” usuwając RNA.
Bez RNase H — RNA “blokowałby” matrycę dla drugiej nici DNA.

Oba obszary należą do podjednostki p66 jednego enzymu (informacja z tekstu zadania).

Punktacja CKE

2. 2 pkt — obie funkcje poprawne (polimeraza + rybonukleaza).
1 pkt — jedna z funkcji poprawna.

Po co to umieć

Odwrotna transkryptaza to klucz do:

Leczenia HIV — inhibitory odwrotnej transkryptazy (NRTI, NNRTI) to jedna z podstawowych grup leków antyretrowirusowych; pierwszym takim lekiem była azydotymidyna (AZT).
Klonowania genów — cDNA powstaje z mRNA przez odwrotną transkryptazę. Pozwala otrzymać gen bez intronów (same eksony), co ułatwia jego ekspresję w bakteriach.
RT-PCR — metody wykrywania RNA (np. RNA wirusa SARS-CoV-2: odwrotna transkrypcja → DNA → powielanie w PCR).
Retrotranspozonów — ruchomych elementów genomu, które przemieszczają się z udziałem odwrotnej transkrypcji.

HIV infekuje limfocyty T CD4+ (pomocnicze) → wyniszczenie układu odpornościowego → AIDS (zespół nabytego niedoboru odporności). Leczenie antyretrowirusowe hamuje namnażanie wirusa i znacznie wydłuża życie zakażonych.