m Matura-Online.pl Rozwiązania zadań maturalnych
MBIP-R0-100-2505 Otwarte krótkie 3 pkt Trudność: ★★★★☆

Zadanie 14

Matura z biologii, maj 2025, poziom rozszerzony

Wymaganie:

III.6 — inżynieria genetyczna, wektory, organizmy transgeniczne (GMO).

Treść zadania

Na poniższym schemacie przedstawiono w uproszczeniu sposób metody otrzymywania roślin transgenicznych. W tej metodzie wykorzystuje się bakterie Agrobacterium tumefaciens, mogące infekować rośliny. Podczas infekcji fragment plazmidu bakterii, tzw. T-DNA, wraz do komórki roślinnej i integruje się z jej chromosomem. Symbolami E1 i E2 oznaczono dwa różne enzymy wykorzystywane podczas otrzymywania rośliny transgenicznej.

Schemat: Agrobacterium tumefaciens z plazmidem i T-DNA → E1 (enzym tnie plazmid + obcy DNA) → zrekombinowany plazmid → E2 (enzym łączy) → zrekombinowana komórka bakteryjna z plazmidem → infekcja komórki roślinnej → wbudowane T-DNA z transgenem do chromosomu → hodowla komórek in vitro → transgeniczna roślina.

Na podstawie: G.J. Tortora i in., Microbiology: An Introduction, Harlow 2021.

Zadanie 14.1. (0-2)

Uzupełnij tabelę — zapisz nazwy enzymów oznaczonych na powyższym schemacie symbolami E1 i E2. Określ funkcję każdego z tych enzymów w otrzymywaniu zrekombinowanego plazmidu.

Enzym Nazwa enzymu (helikaza, ligaza, restryktaza) Funkcja enzymu
E1
E2

Zadanie 14.2. (0-1)

Wykaż, że w przedstawionej metodzie otrzymywania roślin transgenicznych bakteria A. tumefaciens pełni funkcję wektora.

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

Rozwiązanie

14.1.

Enzym Nazwa Funkcja
E1 restryktaza (endonukleaza restrykcyjna) Tnie nić DNA (plazmid + obcy DNA) w swoistej sekwencji, generując lepkie końce umożliwiające połączenie obcego fragmentu z plazmidem.
E2 ligaza DNA Łączy wolne końce obcego DNA z otwartym plazmidem wiązaniem fosfodiestrowym → powstaje zamknięty, kolisty zrekombinowany plazmid.

(Helikaza odpada — rozplata podwójną helisę, używana w replikacji, nie w klonowaniu in vitro.)

14.2. Wektor = nośnik obcego DNA, który przenosi gen do komórki gospodarza i włącza go do jej genomu (lub utrzymuje stabilnie).

Agrobacterium tumefaciens spełnia tę funkcję:

  • Naturalnie infekuje komórki roślinne (powodując guzy korzeniowe — crown gall).
  • Posiada plazmid Ti, którego fragment T-DNA jest wbudowywany do genomu rośliny.
  • W zrekombinowanym plazmidzie T-DNA niesie transgen (zastąpione onkogeny).
  • Po infekcji T-DNA z transgenem integruje się z chromosomem roślinnym → roślina wyraża transgen.

Bakteria działa więc jak "kurier" przenoszący obcy gen z probówki do genomu rośliny — definicja wektora.

Typowy błąd / pułapka

Pułapka 14.1 — pomieszanie ról: restryktaza tnie, ligaza łączy. Helikaza w klonowaniu nie występuje (rozplata DNA w replikacji).

Pułapka 14.2 — odpowiedź "bo infekuje rośliny" bez wskazania integracji T-DNA z genomem. Klucz: A. tumefaciens wbudowuje obcy gen (z T-DNA) do chromosomu rośliny → przenosi obcy DNA do genomu gospodarza = wektor.

Strona arkusza CKE z trescia zadania

Zadanie 14 - schemat otrzymywania roślin transgenicznych
Strona 22 arkusza CKE 2025 PR biologia - zadanie 14 (Agrobacterium tumefaciens, T-DNA, enzymy E1/E2). Na podstawie: CKE 2025 / G.J. Tortora i in. Microbiology: An Introduction Oryginalny PDF CKE, str. 22

Klucz pojęciowy — enzymy inżynierii genetycznej

EnzymFunkcjaGdzie występuje naturalnie
Restryktaza (endonukleaza restrykcyjna)Tnie DNA w sekwencji rozpoznania (4–8 nt) — lepkie lub tępe końceBakterie (ochrona przed wirusami — system R-M)
Ligaza DNAŁączy wolne końce DNA wiązaniem fosfodiestrowymWszystkie komórki — naprawa DNA, replikacja (fragmenty Okazaki)
HelikazaRozplata podwójną helisęReplikacja DNA — nie w klonowaniu in vitro
Polimeraza DNASyntezuje nową nić DNAReplikacja, PCR
Odwrotna transkryptazaRNA → cDNARetrowirusy, klonowanie genów

Mechanizm: tworzenie zrekombinowanego plazmidu (E1 + E2)

Krok 1 — wycięcie: E1 (restryktaza) rozpoznaje specyficzną sekwencję (np. 6 nt) w plazmidzie Ti i w obcym DNA zawierającym transgen. Tnie OBA w tym samym miejscu sekwencji → powstają lepkie końce (komplementarne 1-niciowe wystające fragmenty).

Krok 2 — hybrydyzacja: lepkie końce obcego DNA pasują do lepkich końców plazmidu (komplementarne pary zasad) → łączą się wiązaniami wodorowymi.

Krok 3 — zszycie: E2 (ligaza DNA) tworzy wiązanie fosfodiestrowe między grupą 3’-OH a 5’-fosforanem → zamyka pierścień plazmidu. Powstaje zrekombinowany plazmid (Ti z transgenem).

Krok 4 — transformacja: zrekombinowany plazmid wprowadzany do A. tumefaciens (transformacja bakterii).

Krok 5 — infekcja rośliny: bakteria zaraża komórki roślinne. T-DNA (z transgenem) zostaje wbudowane do chromosomu komórki rośliny.

Krok 6 — hodowla in vitro: pojedyncze komórki transgeniczne → wzrost na pożywce → cała transgeniczna roślina (totipotencja roślin).

Dlaczego A. tumefaciens to wektor? (14.2)

Definicja wektora: nośnik DNA, który przenosi obcy gen do komórki docelowej i powoduje, że ten gen jest stabilnie utrzymywany / replikowany / włączony do genomu gospodarza.

A. tumefaciens — naturalny wektor roślin:

  • Bakteria glebowa, infekuje rośliny dwuliścienne przez rany.
  • Plazmid Ti (tumor-inducing) zawiera region T-DNA (transferred DNA, ~20 kb).
  • Po infekcji T-DNA zostaje wycięte z plazmidu i wbudowane do genomu rośliny (rekombinacja kierowana białkami bakteryjnymi VirD1/D2).
  • Naturalnie T-DNA niesie geny powodujące namnażanie komórek roślinnych (guz) + syntezę opin (pokarm dla bakterii).
  • W inżynierii genetycznej te geny zastępujemy transgenem (np. odporność na herbicyd, witamina A — “złoty ryż”, białko Bt). T-DNA staje się “koniem trojańskim” — nadal wbudowuje się do genomu, ale teraz niesie nasz gen.

Funkcja wektora spełniona:

  1. Przenosi obcy gen do komórki rośliny ✓
  2. Włącza go do chromosomu (stabilna integracja) ✓
  3. Roślina dziedziczy transgen i wyraża go ✓

Punktacja CKE

  • 14.1. 1 pkt — poprawnie obie nazwy (restryktaza + ligaza) + funkcje. (Jedna błędna = 0 pkt — bo enzymy są skorelowane.)
  • 14.2. 1 pkt — wskazanie wbudowania T-DNA z transgenem do genomu rośliny (lub równoważnie: integracja obcego DNA z chromosomem).
  • Suma: 2 pkt (część “0–2” + “0–1”).

Po co to umieć

Agrobacterium tumefaciens to pierwszy odkryty naturalny wektor roślin (lata 70. XX w.). Dzięki niemu powstały:

  • Złoty ryż (witamina A — walka z ślepotą w Azji).
  • Bawełna Bt (odporna na szkodniki).
  • Kukurydza odporna na herbicydy (Roundup Ready).
  • Pomidory FlavrSavr (pierwsza komercyjna GMO żywność, 1994).

To narzędzie biotechnologii — pozwala wprowadzać dowolny gen do roślin uprawnych. Dla zwierząt analogiczne wektory: retrowirusy, lentiwirusy, AAV (adeno-associated virus — terapia genowa).

Podobne zadania

immunologia, ADC, przeciwciała monoklonalne, antygen, lizosomy, leczenie celowane

Zadanie 13 (3 pkt)

Jedną z obiecujących metod leczenia celowanego nowotworów jest stosowanie kompleksów przeciwciało — lek (ADC, ang. *antibody-drug conjugate*), które tworzy się przez chemiczne łączenie przeciwciał monoklonalnych z substancjami toksycznymi — lekami mającymi niszczyć komórki nowotworowe. Przeciwciała monoklonalne to przeciwciała powstające z jednego klonu limfocytów B. Takie przeciwciała mają wysoką swoistość, tzn. mogą się łączyć tylko z jednym konkretnym fragmentem antygenu, stanowiącym receptor dla ADC. ADC podaje się pacjentowi dożylnie. Duże znaczenie w skuteczności tej metody ma dobranie ciekło zarówno przeciwciał właściwych dla antygenu charakterystycznego dla danej komórki nowotworowej, jak i odpowiedniego łącznika chemicznego, dzięki któremu ADC nie rozpada się w krążeniu ogólnoustrojowym. Na poniższym schemacie przedstawiono mechanizm działania ADC: łącznik łączy lek (toksyczne działanie leku) z przeciwciałem monoklonalnym, które rozpoznaje antygen na powierzchni komórki nowotworowej; następuje endocytoza kompleksu; ADC wchłaniany jest przez komórkę; w komórce ADC łączy się z lizosomem, w którym lek jest uwalniany. Na podstawie: C. Peters i S. Brown, *Antibody-Drug Conjugates as Novel Anti-Cancer Chemotherapeutics*, „Bioscience Reports" 35(4), 2015; P.J. Wysocki, *Mechanizmy działania przeciwciał monoklonalnych w nowotworach litych*, „Onkologia w Praktyce Klinicznej" 10(4), 2014; D. Schrama i in., *Antibody Targeted Drugs as Cancer Therapeutics*, „Nature Reviews Drug Discovery" 5(2), 2006. ### Zadanie 13.1. (0-1) Wyjaśnij, dlaczego ADC dostarcza toksyczne substancje tylko do komórek nowotworowych, z pominięciem komórek zdrowych. W odpowiedzi uwzględnij mechanizm działania ADC. ### Zadanie 13.2. (0-1) Wykaż, że zachowanie stabilności łącznika w ADC podczas transportu w krążeniu ogólnoustrojowym jest konieczne do prawidłowego działania leku. ### Zadanie 13.3. (0-1) Przedstaw rolę lizosomów obecnych w komórce nowotworowej w mechanizmie działania ADC.

Rozumiesz, jak to rozwiązać?

Przećwicz podobne typy zadań w aplikacji

matury-online.pl ma tysiące zadań pogrupowanych po dziedzinach. Sprawdź, czy temat „inżynieria genetyczna, Agrobacterium tumefaciens, T-DNA, restryktaza, ligaza, wektor" zrobisz samodzielnie.

Otwórz matury-online.pl