Zadanie 2
Matura z biologii, maj 2024, poziom rozszerzony
Wymaganie: III.6 — biologia wirusów, retrowirusy.
III.3 — odwrotna transkrypcja, dogmat centralny biologii.
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 |
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 (A-T, G-C; w pierwszym etapie A-U z RNA → T w DNA). |
| 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).
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
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.
Dwa centra w jednym enzymie = efektywne sprzężenie aktywności + szybkość katalizy. To architektoniczny zysk ewolucyjny.
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 pierwsza linia terapii antyretrowirusowej. Np. azydotymidyna (AZT) — pierwszy lek anty-HIV (1987).
- Klonowania genów — cDNA powstaje z mRNA przez odwrotną transkryptazę. Pozwala otrzymać gen bez intronów (sam egzon), wygodny do ekspresji w bakteriach.
- RT-PCR — najczulsza metoda detekcji RNA (np. SARS-CoV-2 = RNA → odwrotna transkrypcja → DNA → PCR amplifikacja).
- Retrotranspozonów — “skaczące geny” w naszym genomie używają tej samej enzymatyki (ok. 17% ludzkiego DNA to retroelementy).
HIV infekuje limfocyty T CD4+ (pomocnicze) → wyniszczenie układu odpornościowego → AIDS (zespół nabytego niedoboru odporności). Bez leczenia śmierć w ~10 lat. Z HAART (highly active antiretroviral therapy) → praktycznie normalna długość życia.
Rozumiesz, jak to rozwiązać?
Przećwicz podobne typy zadań w aplikacji
matury-online.pl ma tysiące zadań pogrupowanych po dziedzinach. Sprawdź, czy temat „wirusologia, HIV, odwrotna transkryptaza, retrowirusy, biologia molekularna" zrobisz samodzielnie.
Otwórz matury-online.pl