Zadanie 4
Matura z biologii, maj 2026, poziom rozszerzony
Wymaganie: II. Komórka — budowa komórki prokariotycznej, ściana komórkowa bakterii Gram-dodatnich i Gram-ujemnych, rybosomy 70S. IV. Wirusy, bakterie, protisty — mechanizmy działania antybiotyków i chemioterapeutyków.
Treść zadania
Linezolid należy do stosunkowo nowej grupy syntetycznych środków przeciwbakteryjnych. Jest szczególnie skuteczny wobec bakterii Gram-dodatnich i mało skuteczny wobec Gram-ujemnych. Zróżnicowana efektywność wynika m.in. z różnic w budowie ściany komórkowej obu grup bakterii.
Linezolid łączy się z podjednostką 50S rybosomu, przez co staje się niemożliwe jej połączenie z podjednostką 30S.
4.1. (0–1) Wykaż, że działanie linezolidu — polegające na uniemożliwieniu połączenia się podjednostek rybosomu — wpływa negatywnie na funkcjonowanie bakterii.
4.2. (0–1) Opisz różnicę w budowie bakterii Gram-dodatnich i Gram-ujemnych. Odnieś się do budowy struktur otaczających komórkę u obu grup.
Źródło: arkusz CKE MBIP-R0-100-2605. Otwórz oryginalny PDF
Rozwiązanie
4.1.
Rybosom jest funkcjonalny dopiero jako całość — dopiero po połączeniu podjednostek 50S i 30S powstaje kompletna struktura zdolna do translacji. Linezolid, wiążąc się z podjednostką 50S, uniemożliwia to połączenie, więc w komórce nie powstają funkcjonalne rybosomy.
Bez funkcjonalnych rybosomów nie może zachodzić synteza białek. Bakteria traci zdolność do wytwarzania:
- enzymów katalizujących wszystkie reakcje metaboliczne,
- białek strukturalnych niezbędnych do wzrostu i podziału komórki,
- białek transportowych w błonie komórkowej.
W efekcie komórka nie rośnie i nie dzieli się — linezolid działa bakteriostatycznie, hamując rozwój populacji bakteryjnej.
4.2.
| Cecha | Bakterie Gram-dodatnie | Bakterie Gram-ujemne |
|---|---|---|
| warstwa mureiny (peptydoglikanu) | gruba, wielowarstwowa | cienka, jednowarstwowa |
| błona zewnętrzna | brak | obecna — dodatkowa błona z lipopolisacharydem (LPS) |
| przestrzeń peryplazmatyczna | wąska lub brak | szeroka |
| kwasy tejchojowe | obecne | brak |
| barwienie metodą Grama | fioletowe | różowo-czerwone |
Opis różnicy: komórkę bakterii Gram-dodatnich otacza gruba warstwa mureiny leżąca bezpośrednio na błonie komórkowej. U bakterii Gram-ujemnych warstwa mureiny jest cienka, ale od zewnątrz pokrywa ją dodatkowa błona zewnętrzna zawierająca lipopolisacharydy.
Dlaczego to wyjaśnia różną skuteczność linezolidu: dodatkowa błona zewnętrzna bakterii Gram-ujemnych stanowi barierę utrudniającą wnikanie wielu substancji do wnętrza komórki. Linezolid ma więc utrudniony dostęp do rybosomów Gram-ujemnych, mimo że sam mechanizm jego działania jest u obu grup taki sam.
W 4.1 nie wystarczy napisać, że „rybosom nie działa". Trzeba dopiąć wniosek: brak funkcjonalnych rybosomów → brak syntezy białek → zahamowanie metabolizmu, wzrostu i podziałów.
Uwaga na sformułowanie „nie powstają rybosomy". Klucz je uznaje, ale precyzyjniej jest napisać, że nie powstają funkcjonalne rybosomy — podjednostki są obecne, tylko nie mogą się połączyć.
W 4.2 polecenie wymaga odniesienia do obu grup naraz. Opisanie samej budowy Gram-dodatnich albo samych Gram-ujemnych to odpowiedź niepełna — trzeba je zestawić.
Kluczowe są dwa elementy: grubość mureiny i obecność błony zewnętrznej. Wskazanie tylko jednego z nich bywa uznawane za odpowiedź niepełną — najlepiej podać oba.
Nie myl ściany komórkowej z błoną komórkową. Błona komórkowa (lipidowa) występuje u wszystkich bakterii; różnicę tworzy ściana i ewentualna błona zewnętrzna.
Rybosomy bakteryjne to 70S, nie 80S. Składają się z podjednostek 50S i 30S (suma jednostek Svedberga nie jest addytywna). Rybosomy eukariotyczne to 80S = 60S + 40S. Ta różnica jest podstawą selektywnej toksyczności antybiotyków — leki takie jak linezolid, tetracykliny czy makrolidy działają na rybosom bakteryjny, a nie ludzki.
Bakteriostatyczny to nie bakteriobójczy. Linezolid hamuje wzrost bakterii; ich eliminację dokańcza układ odpornościowy gospodarza.
Treść zadania (CKE)
Ściana komórkowa — dwa typy budowy
| Warstwa (od wewnątrz) | Gram-dodatnie | Gram-ujemne |
|---|---|---|
| błona komórkowa | ✔ | ✔ |
| mureina (peptydoglikan) | gruba (20–80 nm, wiele warstw) | cienka (2–7 nm, 1–2 warstwy) |
| przestrzeń peryplazmatyczna | wąska | szeroka |
| błona zewnętrzna | brak | ✔ z LPS |
| kwasy tejchojowe | ✔ | ✘ |
Barwienie metodą Grama działa dzięki grubości mureiny: gruba warstwa zatrzymuje fiolet krystaliczny (barwa fioletowa), cienka go traci po odbarwieniu alkoholem i przyjmuje barwnik kontrastowy (barwa różowa).
Rybosomy — prokariotyczne a eukariotyczne
| Cecha | Prokariotyczne | Eukariotyczne |
|---|---|---|
| całość | 70S | 80S |
| podjednostka duża | 50S | 60S |
| podjednostka mała | 30S | 40S |
| występowanie | bakterie, mitochondria, chloroplasty | cytozol, szorstka siateczka |
Obecność rybosomów 70S w mitochondriach i chloroplastach to jeden z filarów teorii endosymbiozy — i powód, dla którego niektóre antybiotyki mają działania niepożądane związane z mitochondriami.
Antybiotyki działające na rybosom bakteryjny
| Grupa | Cel | Efekt |
|---|---|---|
| oksazolidynony (linezolid) | 50S — blokuje połączenie podjednostek | bakteriostatyczny |
| makrolidy (erytromycyna) | 50S — blokuje tunel wyjściowy | bakteriostatyczny |
| chloramfenikol | 50S — hamuje peptydylotransferazę | bakteriostatyczny |
| tetracykliny | 30S — blokuje przyłączanie tRNA | bakteriostatyczny |
| aminoglikozydy (streptomycyna) | 30S — powoduje błędy odczytu | bakteriobójczy |
Inne punkty uchwytu antybiotyków
| Mechanizm | Przykłady |
|---|---|
| synteza ściany komórkowej | penicyliny, cefalosporyny, wankomycyna |
| synteza białek | linezolid, tetracykliny, makrolidy |
| replikacja DNA | fluorochinolony (blokują gyrazę) |
| transkrypcja | ryfampicyna |
| metabolizm kwasu foliowego | sulfonamidy, trimetoprim |
| integralność błony | polimyksyny |
Dlaczego Gram-ujemne są trudniejsze do zwalczenia
| Bariera | Skutek |
|---|---|
| błona zewnętrzna z LPS | blokuje wnikanie cząsteczek hydrofobowych i dużych |
| poryny o wąskim przekroju | przepuszczają tylko małe, hydrofilowe cząsteczki |
| pompy MDR (wielolekowe) | aktywnie usuwają antybiotyk z komórki |
| -laktamazy w peryplazmie | rozkładają antybiotyki -laktamowe |
To właśnie błona zewnętrzna tłumaczy słabą skuteczność linezolidu wobec Gram-ujemnych — mimo że sam rybosom 70S jest u nich identycznym celem.
Punktacja CKE
- 4.1. 1 pkt — wykazanie odnoszące się do braku lub ograniczenia syntezy białek w komórce bakteryjnej.
- 4.2. 1 pkt — opis różnicy uwzględniający grubość warstwy mureiny oraz obecność (lub brak) błony zewnętrznej.
- Razem: 2 pkt.
Rozumiesz, jak to rozwiązać?
Przećwicz podobne typy zadań w aplikacji
matury-online.pl ma tysiące zadań pogrupowanych po dziedzinach. Sprawdź, czy temat „antybiotyki, linezolid, rybosomy bakteryjne, sciana komorkowa bakterii, Gram-dodatnie i Gram-ujemne" zrobisz samodzielnie.
Otwórz matury-online.pl