m Matura-Online.pl Rozwiązania zadań maturalnych
MBIP-R0-100-2505 Zamknięte (na dobieranie) 2 pkt Trudność: ★★★☆☆

Zadanie 15

Matura z biologii, maj 2025, poziom rozszerzony

Wymaganie:

III.2 — biologia molekularna, metody badań DNA, apoptoza vs nekroza.

Treść zadania

Elektroforeza DNA w żelu agarozowym jest standardową techniką pozwalającą na rozdzielanie cząsteczek DNA w zależności od ich masy. Aby wykryć położenie cząsteczek DNA w żelu agarozowym, znakuje się je barwnikami fluorescencyjnymi.

W czasie apoptozy powstają fragmenty DNA o wielkości ok. 180 par zasad i ich wielokrotności, natomiast podczas niekontrolowanej śmierci komórki (nekrozy) dochodzi do losowej fragmentacji DNA. Materiał genetyczny pochodzący ze zdrowych żywych komórek podczas izolacji ulega fragmentacji tylko w niewielkim stopniu.

Na poniższej fotografii przedstawiono wynik elektroforezy DNA wyizolowanego z trzech różnych populacji komórek (A-C).

Obszar nanoszenia DNA na żel agarozowy → ścieżki A, B, C:

  • A: jeden prążek tuż przy obszarze nanoszenia (DNA niefragmentowany).
  • B: drabinka regularnych prążków (wielokrotności ~180 par zasad).
  • C: rozmyte smużenie od góry do dołu.

Na podstawie: M. Zabel i J. Kawiak, Seminaria z cytofizjologii dla studentów medycyny, weterynarii i biologii, Wrocław 2021. Fotografia: L.D. Tomei i F.O. Cope (red.), Apoptosis: the Molecular Basis of Cell Death, Plainview 1991.

Zadanie 15. (0-2)

Uzupełnij poniższe zdania tak, aby stanowiły prawidłową interpretację powyższych wyników badań. W każdym nawiasie podkreśl właściwą literę.

Wynik elektroforezy DNA wyizolowanego z komórek obumierających w wyniku nekrozy

ilustruje ścieżka ( A / B / C ). Wynik elektroforezy DNA wyizolowanego z komórek

obumierających w wyniku apoptozy ilustruje ścieżka ( A / B / C ).

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

Rozwiązanie

15.1. Nekroza → C (rozmyty obraz, smużenie).

Uzasadnienie: nekroza = niekontrolowana śmierć komórki. Wewnętrzne enzymy + zewnętrzne czynniki losowo fragmentują DNA → fragmenty o dowolnej długości → na elektroforezie rozmyte smużenie od dużych do małych fragmentów (smear). Brak charakterystycznych prążków.

15.2. Apoptoza → B (drabinka prążków, "DNA ladder").

Uzasadnienie: apoptoza = zaprogramowana śmierć komórki. Endonukleaza apoptotyczna (CAD) tnie DNA między nukleosomami (chromatyna jest nawinięta na histony co ~180 par zasad). Powstają fragmenty: 180 bp, 360 bp, 540 bp, 720 bp, ... → wielokrotności 180 → na elektroforezie drabinka wyraźnych prążków.

(Ścieżka A = zdrowe komórki, DNA niepodzielony, prawie cały na starcie.)

Typowy błąd / pułapka

Pułapka — pomylenie nekrozy z apoptozą. Apoptoza = drabinka (regularna, 180 bp wielokrotności — endonukleaza tnie między nukleosomami). Nekroza = smear (chaotyczna fragmentacja).

Pułapka — kierunek migracji. Małe fragmenty wędrują DALEJ (szybciej przez żel). Duże zostają u góry (przy obszarze nanoszenia). Niefragmentowane DNA = wysoko (A).

Strona arkusza CKE z trescia zadania

Zadanie 15 - elektroforeza DNA, apoptoza vs nekroza
Strona 23 arkusza CKE 2025 PR biologia - zadanie 15 (elektroforeza DNA, ścieżki A, B, C). Na podstawie: CKE 2025 / Tomei i Cope, Apoptosis: The Molecular Basis of Cell Death Oryginalny PDF CKE, str. 23

Klucz pojęciowy — elektroforeza DNA

ElementFunkcja
Żel agarozowySito molekularne — pory zatrzymują duże cząsteczki, przepuszczają małe
Pole elektryczneDNA ujemne (grupy fosforanowe) → wędruje do + (anody)
Masa fragmentuMałe → wędrują dalej, duże → bliżej startu
Barwnik fluorescencyjnyWiąże DNA (etidium bromek, GelRed) → wizualizacja w UV
Drabinka markerówWzorzec o znanej długości (np. 100 bp, 500 bp, 1000 bp…)

Apoptoza vs nekroza — porównanie

CechaApoptozaNekroza
TypZaprogramowana (programmed cell death)Patologiczna, niekontrolowana
WyzwolenieSygnał wewnętrzny lub zewnętrznyUraz, niedotlenienie, toksyny
Energia (ATP)Wymaga ATPNie wymaga
Błona komórkowaZachowana, “pączkuje” ciałka apoptotycznePęka — uwalnia zawartość
Reakcja zapalnaBrak (ciałka pożerane przez fagocyty)Tak (zapalenie, obrzęk)
Fragmentacja DNARegularnie co ~180 bp (między nukleosomami)Losowo (chaotycznie)
Obraz elektroforezyDrabinka (DNA ladder)Smear (smużenie)
EndonukleazaCAD (caspase-activated DNase)Niespecyficzne nukleazy lizosomalne

Mechanizm: dlaczego apoptoza daje “drabinkę” 180 bp?

Chromatyna w jądrze zorganizowana jest w nukleosomy — DNA owinięte wokół ośmiu histonów (oktamerowy rdzeń). Każdy nukleosom = ~147 par zasad owiniętego DNA + ~30-50 bp linkera między nukleosomami → łącznie ~180 bp na nukleosom.

W apoptozie aktywuje się CAD (caspase-activated DNase, endonukleaza zależna od kaspaz). Enzym tnie DNA tylko w obszarach linkerowych (między nukleosomami) — chromatyna histonowa go zasłania.

Powstają fragmenty: 1 nukleosom = 180 bp; 2 nukleosomy = 360 bp; 3 = 540 bp; n = n × 180 bp.

Elektroforeza: te dyskretne fragmenty migrują z różnymi prędkościami → regularne, oddzielone prążki układające się w drabinkę.

Mechanizm: dlaczego nekroza daje smear?

W nekrozie błona lizosomu pęka → uwalniają się lizosomalne nukleazy (DNAzy I i II), które tną DNA w przypadkowych miejscach (nie znają granic nukleosomów).

Powstają fragmenty o dowolnej długości — od kilku bp do wielu kb. Na elektroforezie tworzy to ciągłą plamę (smear) bez wyraźnych prążków.

Analiza ścieżek A, B, C

ŚcieżkaObrazTyp DNA
AJeden prążek przy starcie (obszarze nanoszenia)DNA zdrowych komórek — niefragmentowany, masa >50 kb
BDrabinka regularnych prążków (wielokrotności 180 bp)Apoptoza — CAD tnie między nukleosomami
CRozmyte smużenie od góry do dołuNekroza — losowa fragmentacja przez niespecyficzne nukleazy

Punktacja CKE

  • 15.1. 1 pkt — “C” (nekroza = smear).
  • 15.2. 1 pkt — “B” (apoptoza = drabinka).
  • Suma: 2 pkt.

Po co to umieć

Apoptoza jest fundamentalnym procesem biologicznym:

  • Embriogeneza — usuwanie błon między palcami u zarodków.
  • Rozwój układu nerwowego — eliminacja zbędnych neuronów.
  • Układ immunologiczny — niszczenie autoreaktywnych limfocytów (centralna tolerancja).
  • Obrona przeciwnowotworowa — komórka z uszkodzeniem DNA sama się eliminuje (kaspazy + p53).

Brak apoptozy = rak (komórki “nieśmiertelne”). Nadmiar apoptozy = choroby neurodegeneracyjne (Alzheimer, Parkinson).

Test elektroforetyczny DNA ladder jest klasycznym markerem apoptozy w badaniach in vitro. W diagnostyce nowotworowej używa się go do oceny skuteczności chemioterapii — czy terapia indukuje apoptozę komórek nowotworowych.

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 „elektroforeza DNA, apoptoza, nekroza, biologia molekularna" zrobisz samodzielnie.

Otwórz matury-online.pl