Zadanie 1 — rozwiązanie, matura biologii maj 2025, PR

Treść zadania

Rybonukleaza A (RNAza A) jest enzymem zbudowanym z pojedynczego łańcucha polipeptydowego, składającego się ze 124 reszt aminokwasowych i stabilizowanego czterema mostkami disiarczkowymi.

Podczas doświadczenia rybonukleazę poddano najpierw działaniu β-merkaptoetanolu, a następnie — działaniu mocznika. β-merkaptoetanol redukuje — w warunkowo — znane mostki disiarczkowe, a mocznik zaburza oddziaływania niekowalencyjne, m.in. zrywa wiązania wodorowe.

Na poniższym rysunku przedstawiono efekt denaturacji uzyskany podczas doświadczenia z rybonukleazą zmienia strukturę przestrzenną i staje się nieaktywna. Następnie usunięto z roztworu najpierw mocznik, a potem β-merkaptoetanol. Enzym uległ spontanicznej zwijaniu i odzyskał aktywność katalityczną.

Numerami oznaczono kolejne reszty aminokwasowe w łańcuchu polipeptydowym. Kolorami zaznaczono pary reszt aminokwasowych tworzących mostki disiarczkowe w niezdenaturowanym białku.

Na rysunku w arkuszu CKE — schemat zwijania/rozwijania łańcucha rybonukleazy z zaznaczonymi mostkami -S-S- (26-84, 40-95, 58-110, 65-72) oraz strzałkami: denaturacja → renaturacja → 1 - 124.

Na podstawie: J.L. Tymoczko i in., Biochemia. Krótki kurs, Warszawa 2013.

Zadanie 1.1. (0-1)

Oceń, czy poniższe stwierdzenia dotyczące przedstawionego doświadczenia są prawdziwe. Zaznacz P, jeśli stwierdzenie jest prawdziwe, albo F — jeśli jest fałszywe.


1.	Do opisanej, powyżej utraty aktywności enzymatycznej rybonukleazy dochodzi na skutek zniszczenia jej struktury pierwszorzędowej.	P	F
2.	Denaturacja rybonukleazy powoduje jej dezaktywację, a renaturacja przywraca jej aktywność katalityczną.	P	F

Zadanie 1.2. (0-1)

Rozstrzygnij, czy mostki disiarczkowe widoczne na schemacie stabilizują strukturę trzeciorzędową, czy — strukturę czwartorzędową rybonukleazy. Odpowiedź uzasadnij.

Źródło: arkusz CKE MBIP-R0-100-2505. Otwórz oryginalny PDF

Rozwiązanie

1.1. — FP

F — denaturacja niszczy struktury II, III (oddziaływania niekowalencyjne, mostki -S-S-), NIE strukturę pierwszorzędową (sekwencja aa pozostaje).
P — denaturacja zwija/rozplata białko → traci aktywność katalityczną. Renaturacja odtwarza strukturę 3D → przywraca aktywność.

1.2. — strukturę trzeciorzędową. Uzasadnienie: rybonukleaza A to białko monomeryczne (jeden łańcuch polipeptydowy o 124 aa). Mostki disiarczkowe łączą reszty cysteinowe w obrębie tego samego łańcucha → stabilizują przestrzenne zwijanie pojedynczego łańcucha = struktura trzeciorzędowa. Struktura IV-rzędowa to złożenie wielu podjednostek (np. hemoglobina = 4 łańcuchy) — tu nie występuje.

Typowy błąd / pułapka

Pułapka 1.1a — struktura I-rzędowa = sekwencja aminokwasów (kowalencyjne wiązania peptydowe). Denaturacja NIE niszczy struktury I-rzędowej. Niszczy strukturę II (helisa α / kartka β), III (zwijanie 3D) i IV (kompozycja podjednostek).

Pułapka 1.2 — pomylenie III z IV-rzędową. III = jeden łańcuch zwinięty w 3D. IV = wiele łańcuchów (oligomery). Mostki S-S wewnątrz jednego łańcucha = III-rzędowa. Mostki S-S między łańcuchami (np. insulina, IgG) = IV-rzędowa.

Strona arkusza CKE z trescia zadania

Zadanie 1 - rybonukleaza, mostki disiarczkowe — Strona 3 arkusza CKE 2025 PR biologia - zadanie 1 (denaturacja rybonukleazy). Na podstawie: CKE 2025 Oryginalny PDF CKE, str. 3

Klucz pojęciowy — struktury białka

Poziom	Charakterystyka	Oddziaływania
I — pierwszorzędowa	Sekwencja aminokwasów	Wiązania peptydowe (kowalencyjne)
II — drugorzędowa	Helisa α, kartka β	Wiązania wodorowe (między C=O i N-H)
III — trzeciorzędowa	Zwijanie 3D jednego łańcucha	Wodorowe, jonowe, hydrofobowe, mostki -S-S-
IV — czwartorzędowa	Złożenie wielu podjednostek	Te same co III + między podjednostkami

Denaturacja = zniszczenie struktur II-IV. Struktura I (sekwencja) pozostaje — wiązania peptydowe są kowalencyjne, trudne do zerwania reduktorem/mocznikiem.

Analiza zadania 1.1

Zdanie 1: “cykl aktywności wynika ze zniszczenia struktury I-rzędowej” → FAŁSZ.

Denaturacja nie zmienia sekwencji aminokwasów (struktura I). Niszczy wiązania niekowalencyjne (mostki H, wodorowe, jonowe) oraz mostki -S-S-. Sekwencja aa pozostaje niezmienna — dlatego renaturacja jest możliwa.

Zdanie 2: “denaturacja = dezaktywacja, renaturacja = przywrócenie aktywności” → PRAWDA.

Białko aktywne katalitycznie tylko w prawidłowo zwiniętej strukturze 3D (centrum aktywne wymaga określonej geometrii). Denaturacja rozplata strukturę → enzym traci aktywność. Renaturacja odtwarza 3D → aktywność wraca.

Analiza zadania 1.2 — III czy IV-rzędowa?

Liczba łańcuchów: rybonukleaza A = JEDEN polipeptyd (124 aa). To białko monomeryczne.

Lokalizacja mostków -S-S-: 4 mostki łączą cysteiny w obrębie tego samego łańcucha (między aa 26-84, 40-95, 58-110, 65-72). Schemat pokazuje to wyraźnie — wszystkie mostki wewnątrz jednego łańcucha.

Wniosek: mostki stabilizują przestrzenne zwijanie pojedynczego łańcucha → struktura III-rzędowa.

Struktura IV-rzędowa wymaga wielu podjednostek (np. hemoglobina = 2α + 2β = 4 łańcuchy). Tu mamy tylko jeden łańcuch → IV-rzędowa nie występuje.

Punktacja CKE

1.1. 1 pkt — dwie poprawne oceny (FP).
1.2. 1 pkt — poprawne rozstrzygnięcie + uzasadnienie odnoszące się do monomerycznej struktury rybonukleazy.

Po co to umieć

Eksperyment Anfinsena (1961, Nobel 1972) — rybonukleaza A jest klasycznym modelem samoorganizacji białka. Po denaturacji + renaturacji odzyskuje aktywność, co dowodzi, że sekwencja aminokwasów (struktura I) wystarcza do określenia struktury 3D. To fundament współczesnej biochemii białek (AlphaFold opiera się na tej zasadzie).

Klucz: struktura → funkcja. Bez 3D zwijania białko nie działa.