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:

XV. Biotechnologia. Podstawy inżynierii genetycznej. Zdający: 3) przedstawia narzędzia wykorzystywane w biotechnologii molekularnej (enzymy: […] ligazy i enzymy restrykcyjne) i określa ich zastosowania; 6) […] przedstawia sposoby otrzymywania organizmów transgenicznych.

Treść zadania

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

Schemat: plazmid z T-DNA z komórki Agrobacterium tumefaciens oraz obcy DNA → działanie enzymu E1 (na plazmid i na obcy DNA) → działanie enzymu E2 → zrekombinowany plazmid → zrekombinowana komórka bakteryjna → zrekombinowana komórka roślinna z wbudowanym T-DNA z transgenem → 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.

Schemat otrzymywania roślin transgenicznych z udziałem Agrobacterium tumefaciens: plazmid z T-DNA, enzymy E1 i E2, zrekombinowany plazmid, hodowla komórek in vitro i transgeniczna roślina.
Na podstawie: arkusz CKE MBIP-R0-100-2505 Oryginalny PDF CKE, str. 22

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 (hydroliza wiązań fosfodiestrowych); powstają końce (np. lepkie) 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 przenosi więc zrekombinowany plazmid (obcy DNA) do komórki roślinnej — to funkcja wektora. Zasady oceniania nie uznają odpowiedzi zbyt ogólnych („bo przenosi DNA”) ani mówiących tylko, że bakteria jest źródłem plazmidu.

Typowy błąd / pułapka

Pułapka 14.1 — pomieszanie ról: restryktaza tnie, ligaza łączy. Helikaza w tej procedurze nie jest używana (rozplata DNA w replikacji). Zasady oceniania CKE nie uznają opisu działania restryktazy jako „rozrywania” DNA — restryktaza tnie DNA przez hydrolizę wiązania fosfodiestrowego.

Pułapka 14.2 — odpowiedź zbyt ogólna („bo przenosi DNA”, „bo infekuje rośliny”). Trzeba wskazać, że bakteria przenosi zrekombinowany plazmid (transgen) do komórki roślinnej.

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).
  • Po infekcji T-DNA przechodzi do komórki roślinnej i zostaje wbudowane do jej chromosomowego DNA.
  • Naturalnie T-DNA niesie geny powodujące namnażanie komórek roślinnych (guz) + syntezę opin (pokarm dla bakterii).
  • W inżynierii genetycznej te geny zastępuje się transgenem. 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. 2 pkt — poprawnie dwa wiersze tabeli (nazwa + funkcja); 1 pkt — poprawnie jeden wiersz.
  • 14.2. 1 pkt — wykazanie funkcji wektora odnoszące się do przenoszenia przez bakterię zrekombinowanego plazmidu (obcego DNA) do komórki roślinnej.
  • Suma: 3 pkt (część „0–2” + „0–1”).

Po co to umieć

Agrobacterium tumefaciens jest wykorzystywana do wprowadzania genów do roślin. W terapii genowej u człowieka jako wektory stosuje się m.in. zmodyfikowane wirusy.

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