Kleksa

Matura 2027 · biologia, poziom rozszerzony

Ekspresja genów: transkrypcja, translacja i cechy kodu genetycznego

Podstawa programowa wymaga, żebyś umiał porównać strukturę genu u prokariontów i eukariontów, opisać transkrypcję z rolą polimerazy RNA, obróbkę potranskrypcyjną, cechy kodu genetycznego i translację oraz przedstawić istotę regulacji ekspresji genów. Dzięki temu przygotujesz się do części matury z biologii na poziomie rozszerzonym, w której z sekwencji DNA trzeba odczytać mRNA i peptyd.

Na maturze 2023–2026: w każdej z 4 sesji, zadań: 10.

W skrócie

najważniejsze w kilku zdaniach
  • Ekspresja genu to dwa etapy: transkrypcja (DNA → RNA) i translacja (mRNA → polipeptyd); u eukariontów między nimi jest obróbka potranskrypcyjna.
  • Polimeraza RNA wiąże się z promotorem, czyta nić matrycową i wydłuża RNA od końca 5′ ku końcowi 3′; w mRNA zamiast tyminy jest uracyl.
  • Gen eukariotyczny jest nieciągły: ma eksony i introny. Pre-mRNA dostaje czapeczkę na końcu 5′ i ogon poli-A na końcu 3′, a introny są usuwane.
  • Kod genetyczny jest trójkowy, bezprzecinkowy, niezachodzący, zdegenerowany, jednoznaczny i prawie uniwersalny; 61 kodonów oznacza aminokwasy, 3 kończą translację.
  • Translacja przebiega na rybosomie: tRNA z antykodonem parują z kodonami mRNA, a aminokwasy łączą się wiązaniami peptydowymi.
  • U eukariontów ekspresję reguluje się na wielu poziomach – od dostępności DNA po trwałość mRNA i modyfikacje białka.

Egzamin maturalny z biologii na poziomie rozszerzonym trwa 180 minut; za cały arkusz można uzyskać 60 punktów. Zadania są pogrupowane w wiązki wokół wspólnego materiału — tekstu, tabeli, wykresu, schematu lub opisu doświadczenia. Zadania zamknięte (wielokrotnego wyboru, prawda–fałsz, na dobieranie) dają około 30 % punktów, zadania otwarte (z luką, krótkiej odpowiedzi) — około 70 %. Zadania sprawdzają wymagania podstawy programowej z 2024 r.

Gen i ekspresja: prokarionty i eukarionty

Ekspresja genu to odczytanie zapisanej w nim informacji i zbudowanie na jej podstawie cząsteczki RNA, a w przypadku genów kodujących białka – także polipeptydu. Zacznij od struktury genu. Gen składa się z promotora, czyli odcinka, do którego przyłącza się polimeraza RNA, z części transkrybowanej i z sygnału zakończenia transkrypcji. Różnice między komórką prokariotyczną a eukariotyczną widać dopiero w tym, co dzieje się z RNA po jego syntezie.

Porównaj oba typy komórek w tabeli. Zwróć uwagę, że brak jądra u prokariontów pozwala na sprzężenie obu procesów, a u eukariontów oddzielenie transkrypcji od translacji daje czas i miejsce na obróbkę RNA.

CechaKomórka prokariotycznaKomórka eukariotyczna
Struktura genu kodującego białkociągła, bez intronównieciągła: eksony przedzielone intronami
Miejsce transkrypcjicytoplazma (nukleoid)jądro komórkowe
Obróbka potranskrypcyjna mRNAbrakczapeczka, ogon poli-A, usuwanie intronów
Związek transkrypcji z translacjątranslacja zaczyna się na mRNA, którego synteza trwarozdzielone: translacja po wyjściu mRNA do cytoplazmy
mRNAczęsto jeden mRNA koduje kilka białekzwykle jeden mRNA koduje jedno białko
Trwałość mRNArozkłada się szybko, w ciągu sekund lub minutzwykle utrzymuje się dłużej, nawet godzinami

Transkrypcja i obróbka potranskrypcyjna

W transkrypcji polimeraza RNA przyłącza się do promotora, rozplata podwójną helisę na krótkim odcinku i dobiera do nici matrycowej nukleotydy RNA zgodnie z regułą komplementarności: A–U, T–A, G–C, C–G. Enzym dokłada kolejne nukleotydy do końca 3′ powstającej cząsteczki, więc RNA rośnie od końca 5′ ku końcowi 3′, a matrycę czyta w kierunku 3′→5′. Nić kodująca ma więc sekwencję taką samą jak mRNA, tylko z tyminą w miejscu uracylu.

U bakterii działa jedna polimeraza RNA. U eukariontów są trzy: polimeraza RNA II wytwarza pre-mRNA, polimeraza I większość rRNA, polimeraza III tRNA. Pierwotny transkrypt, czyli pre-mRNA, trzeba przerobić. Podczas syntezy na jego końcu 5′ powstaje czapeczka ze zmodyfikowanej guaniny, która chroni cząsteczkę i pomaga rybosomowi ją rozpoznać. Na końcu 3′ dobudowywany jest ogon z około 200 adenin, czyli poli-A.

Trzecia zmiana to usunięcie intronów, czyli odcinków niekodujących, które wycina kompleks białek i RNA zwany spliceosomem; sąsiednie eksony zostają zszyte. Dopiero dojrzały mRNA opuszcza jądro. Zapamiętaj, że promotor i sygnał końca transkrypcji nie wchodzą do dojrzałego mRNA, a obszary przed kodonem start i za kodonem stop są transkrybowane, lecz nie ulegają translacji.

DNAtranskrypcjapre-mRNAobróbkamRNAtranslacjapolipeptydjądrocytoplazma

Cechy kodu genetycznego

Kod genetyczny to zbiór reguł, według których kolejność kodonów w mRNA wyznacza kolejność aminokwasów w polipeptydzie. Cztery rodzaje nukleotydów tworzą 64 trójki (4³), a aminokwasów jest 20, więc kod musi mieć nadmiar. Podstawa programowa każe ci przedstawić jego cechy, a ich nazwy da się odróżnić tylko wtedy, gdy rozumiesz, co każda z nich mówi o odczytywaniu mRNA.

Kodon AUG oznacza metioninę i zarazem wyznacza początek translacji, czyli ustala ramkę odczytu. Wstawienie albo usunięcie jednego nukleotydu przesuwa tę ramkę, a więc zmienia wszystkie kolejne aminokwasy; wstawienie trzech nukleotydów nie przesuwa ramki, więc dalsze kodony odczytywane są bez zmian.

CechaCo oznacza
Trójkowyjeden aminokwas wyznaczają trzy kolejne nukleotydy (kodon)
Bezprzecinkowymiędzy kodonami nie ma nukleotydów, które nic nie kodują
Niezachodzącyżaden nukleotyd nie należy do dwóch sąsiednich kodonów
Zdegenerowanywiększość aminokwasów ma po kilka kodonów synonimicznych
Jednoznacznykażdy kodon oznacza tylko jeden aminokwas albo sygnał końca
Prawie uniwersalnyz drobnymi wyjątkami jest taki sam u niemal wszystkich organizmów
UAA, UAG, UGAbrak odpowiadającego im tRNA: sygnał zakończenia syntezy łańcucha

Translacja i modyfikacje białka

Translacja zachodzi na rybosomie, zbudowanym z rRNA i białek, który składa się z małej i dużej podjednostki. Mała podjednostka wiąże mRNA, duża wiąże tRNA. Każdy tRNA przenosi jeden rodzaj aminokwasu, przyłączony do ramienia akceptorowego, a trójkę nukleotydów antykodonu ma na przeciwnym końcu cząsteczki. Antykodon paruje komplementarnie z kodonem mRNA, dzięki czemu aminokwas trafia na właściwe miejsce w łańcuchu.

W inicjacji mała podjednostka rozpoznaje mRNA, znajduje kodon start AUG i dołącza się do niej duża podjednostka. W elongacji rybosom przesuwa się o jeden kodon w kierunku końca 3′ mRNA, a między kolejnymi aminokwasami powstają wiązania peptydowe; polipeptyd rośnie od końca aminowego do karboksylowego. Gdy rybosom dojdzie do jednego z trzech sygnałów terminacji (UAA, UAG, UGA), czynniki uwalniające (białka) rozdzielają kompleks i gotowy łańcuch odłącza się.

Nowo powstały polipeptyd zwykle jeszcze nie działa. Modyfikacja potranslacyjna obejmuje m.in. prawidłowe zwinięcie łańcucha, odcięcie jego fragmentu, dołączenie reszt cukrowych albo fosforanowych i połączenie kilku łańcuchów w białko o strukturze czwartorzędowej. Dzięki niej z jednego polipeptydu powstaje białko o określonej funkcji.

Regulacja ekspresji genów u eukariontów

Komórki jednego organizmu mają to samo DNA, a jednak różnią się zestawem białek. Wynika to z regulacji ekspresji, która może zachodzić na każdym etapie. Najpierw reguluje się dostępność DNA: gęsto upakowana chromatyna, wzbogacona w metylowane fragmenty DNA, jest dla polimerazy RNA niedostępna, a rozluźniona umożliwia transkrypcję.

O włączeniu genu decydują też czynniki transkrypcyjne – białka, które wiążą się z promotorem i z odległymi sekwencjami regulatorowymi i ułatwiają albo blokują przyłączenie polimerazy RNA. Kolejne punkty kontroli to obróbka pre-mRNA, trwałość mRNA, intensywność translacji oraz modyfikacje i rozkład gotowego białka. Dzięki temu komórka mięśniowa i komórka nerwowa wytwarzają różne białka, choć mają ten sam genom.

Pojęcia

transkrypcja
Synteza cząsteczki RNA na matrycy DNA, prowadzona przez polimerazę RNA od promotora do sygnału zakończenia.
polimeraza RNA
Enzym, który łączy nukleotydy RNA zgodnie z sekwencją nici matrycowej DNA i wydłuża RNA od końca 3′.
obróbka potranskrypcyjna
Zmiany pre-mRNA u eukariontów: czapeczka na końcu 5′, ogon poli-A na końcu 3′ i usunięcie intronów.
kod genetyczny
Zbiór reguł przypisujących kodonom mRNA aminokwasy albo sygnał zakończenia translacji.
translacja
Synteza polipeptydu na rybosomie według kolejności kodonów mRNA.
modyfikacja potranslacyjna
Zmiany polipeptydu po syntezie, np. zwinięcie, odcięcie fragmentu, dołączenie reszt cukrowych albo fosforanowych.
promotor
Odcinek genu, do którego przyłącza się polimeraza RNA; nie wchodzi do dojrzałego mRNA.
antykodon
Trójka nukleotydów tRNA, która paruje komplementarnie z kodonem mRNA.

Zadanie z matury

źródło: CKE
Prawdziwe zadanie z arkusza CKE, słowo w słowo, z materiałem źródłowym. Rozwiąż je, zanim zajrzysz do wyjaśnienia.
Zadanie z arkusza CKEmatura

Matura 2026, biologia (poziom rozszerzony), zadanie 16.2

Zadanie 16.

Zanim genom człowieka został zsekwencjonowany, spodziewano się, że zawiera on 80 000–100 000 genów kodujących białka. Ostatecznie okazało się, że tych genów jest około 20 000. Wstępna ocena była tak wysoka, ponieważ opierała się na założeniu, że pojedynczy gen zawiera informację o pojedynczym mRNA i o pojedynczym białku. Obecnie wiadomo, że wiele genów człowieka zlokalizowanych w DNA jądrowym ma alternatywne szlaki składania RNA.

Na podstawie: T.A. Brown, Genomy, Warszawa 2019.

Zadanie 16.2. (0–2 pkt)

Uzupełnij tabelę. Podaj nazwy dwóch organellów komórki człowieka, w których odbywa się proces transkrypcji genów, oraz rozstrzygnij, czy w tych organellach zachodzi także proces translacji.
Lp.Nazwa organellumCzy zachodzi translacja? (tak / nie)
1.
2.

Źródło: CKE, egzamin maturalny 2026, biologia, poziom rozszerzony (arkusz MBIP-⁠R0-⁠100-⁠2605), zadanie 16.2. Rozwiązanie — według zasad oceniania CKE. · Arkusz na stronie CKE · Rozwiąż cały arkusz za darmo

Zadanie z arkusza CKEmatura

Matura 2024, biologia (poziom rozszerzony), zadanie 18.1

Zadanie 18.

Ekspresja informacji genetycznej u eukariontów składa się z trzech etapów: z transkrypcji, z obróbki potranskrypcyjnej i z translacji. Na poniższym schemacie przedstawiono w uproszczony sposób fragment sekwencji nukleotydowej nici matrycowej DNA. Kolorem pomarańczowym zaznaczono sekwencję promotorową, a kolorem niebieskim – introny. Sekwencje nukleotydowe eksonów ujęto w ramki.
CKE

Zadanie 18.1. (0–1)

Jaką sekwencję nukleotydową będzie miał fragment dojrzałego mRNA transkrybowany na podstawie przedstawionej nici matrycowej? Zaznacz właściwą odpowiedź spośród podanych.

Źródło: CKE, egzamin maturalny 2024, biologia, poziom rozszerzony (arkusz MBIP-⁠R0-⁠100-⁠2405), zadanie 18.1. Rozwiązanie — według zasad oceniania CKE. · Arkusz na stronie CKE

Sprawdź się

sprawdzisz od razu
Zaznacz lub wpisz odpowiedź i sprawdź ją od razu: pod zadaniem zobaczysz wyjaśnienie. Jak ocenia CKE: za zadanie zamknięte — 1 albo 2 punkty, tylko za całkowicie poprawną odpowiedź; za zadanie otwarte — od 1 do 3 punktów według zasad oceniania opracowanych do tego zadania. Odpowiedź nieprecyzyjna albo kilka odpowiedzi, z których jedna jest błędna, nie daje punktu.
matura

Zadanie 16.

Zanim genom człowieka został zsekwencjonowany, spodziewano się, że zawiera on 80 000–100 000 genów kodujących białka. Ostatecznie okazało się, że tych genów jest około 20 000. Wstępna ocena była tak wysoka, ponieważ opierała się na założeniu, że pojedynczy gen zawiera informację o pojedynczym mRNA i o pojedynczym białku. Obecnie wiadomo, że wiele genów człowieka zlokalizowanych w DNA jądrowym ma alternatywne szlaki składania RNA.

Na podstawie: T.A. Brown, Genomy, Warszawa 2019.

Zadanie 16.1. (0–1)

Uzupełnij zdanie. Wybierz odpowiedź spośród oznaczonych literami A i B oraz odpowiedź spośród oznaczonych literami C i D.
Alternatywne składanie RNA zachodzi w przypadku genów i polega na łączeniu w różnych kombinacjach.

Zadanie 16.1 z arkusza CKE MBIP-⁠R0-⁠100-⁠2605 (matura z biologii, poziom rozszerzony, 2026) – objaśnienie Kleksy

zadanie Kleksy

Zadanie 1. (0–1)

Dokończ zdanie. Wybierz właściwą odpowiedź spośród podanych. Na odcinku matrycy o sekwencji 3′ CGATTG 5′ polimeraza RNA syntetyzuje odcinek mRNA o sekwencji

Zadanie przygotowane do tej strony – wyjaśnienie Kleksy.

zadanie Kleksy

Zadanie 2. (0–1)

W komórce bakterii i w komórce eukariotycznej Oceń prawdziwość poniższych stwierdzeń. Wybierz P, jeśli stwierdzenie jest prawdziwe, albo F – jeśli jest fałszywe.
rybosom bakterii może rozpocząć translację mRNA, zanim polimeraza RNA zsyntetyzuje jego koniec 3′.
usunięcie intronów z pre-mRNA odbywa się w cytoplazmie, tam gdzie pracują rybosomy.

Zadanie przygotowane do tej strony – wyjaśnienie Kleksy.

zadanie Kleksy

Zadanie 3. (0–1)

Przyporządkuj cząsteczkom lub strukturom ich funkcję w ekspresji genu. Wybierz odpowiedź spośród A–D.

Funkcja

  1. Awiąże aminokwas przeznaczony dla danego tRNA
  2. Bwycina introny i łączy sąsiednie eksony
  3. Czabezpiecza mRNA przed rozkładem i ułatwia start translacji
  4. Dprzyłącza się do promotora i syntetyzuje RNA

Struktura

1. czapeczka na końcu 5′ pre-mRNA
2. ramię akceptorowe tRNA
3. spliceosom

Zadanie przygotowane do tej strony – wyjaśnienie Kleksy.

zadanie Kleksy

Zadanie 4. (0–1)

Podaj nazwę kodonu, na którym kończy się synteza polipeptydu.

Zadanie przygotowane do tej strony – wyjaśnienie Kleksy.

Więcej zadań: rozwiąż za darmo cały arkusz CKE z maja 2026 roku

Częste pomyłki

tu najłatwiej stracić punkt
  • Nie myl nici matrycowej z nicią kodującą. RNA jest komplementarny do matrycowej, a jego sekwencja (z uracylem w miejscu tyminy) jest taka sama jak sekwencja nici kodującej.
  • Nie myl transkrypcji z translacją. Pierwsza zamienia DNA w RNA, druga zamienia mRNA w polipeptyd na rybosomie.
  • Nie myl kodonu z antykodonem. Kodon jest trójką nukleotydów mRNA, antykodon trójką w tRNA, komplementarną do kodonu.
  • Nie myl zdegenerowania kodu z jego niejednoznacznością. Jeden aminokwas może mieć kilka kodonów, ale jeden kodon nigdy nie oznacza dwóch różnych aminokwasów.

Zapamiętaj

  • Transkrypcja: matryca 3′→5′, RNA rośnie 5′→3′, A–U, T–A, G–C, C–G.
  • Dojrzały mRNA eukariontów: czapeczka, ogon poli-A, bez intronów.
  • 64 kodony: 61 oznacza aminokwasy, 3 kończą translację; AUG to metionina i start.
  • Wstawienie lub usunięcie jednego nukleotydu przesuwa ramkę odczytu.
  • Polipeptyd rośnie od końca aminowego do karboksylowego, a rybosom czyta mRNA od 5′ do 3′.

Pytania i odpowiedzi

  1. 1.Co to jest ekspresja genu?+
    Odp.:To przeniesienie informacji zapisanej w genie na produkt: RNA, a w przypadku genów kodujących białka także polipeptyd. Tworzą ją transkrypcja, translacja oraz – u eukariontów, między nimi – obróbka potranskrypcyjna. Podstawa programowa wymaga, żebyś umiał opisać każdy z tych etapów i porównać jego przebieg w obu typach komórek.
  2. 2.Jak z nici matrycowej odczytać mRNA?+
    Odp.:Zapisz komplementarne nukleotydy: w miejsce A wpisz U, w miejsce T – A, w miejsce G – C, w miejsce C – G. Pamiętaj o orientacji: jeśli matryca jest zapisana od końca 3′ do 5′, mRNA po przepisaniu będzie miał koniec 5′ po tej samej stronie, a odczytujemy go od 5′ do 3′. Z wyniku usuń odcinki, które nie wchodzą do dojrzałego mRNA, np. introny.
  3. 3.Czym różni się gen prokariotyczny od eukariotycznego?+
    Odp.:Gen prokariotyczny kodujący białko jest ciągły, a gen eukariotyczny nieciągły: eksony, które trafiają do dojrzałego mRNA, przedzielają introny. U prokariontów mRNA nie jest obrabiany, u eukariontów wymaga czapeczki, ogona poli-A i usunięcia intronów, a transkrypcja jest oddzielona od translacji błoną jądrową.
  4. 4.Dlaczego kod genetyczny nazywamy zdegenerowanym?+
    Odp.:Bo 61 kodonów oznacza tylko 20 aminokwasów, więc większość aminokwasów ma kilka kodonów synonimicznych. Zdegenerowanie nie oznacza niejednoznaczności: każdy kodon wyznacza dokładnie jeden aminokwas albo sygnał zakończenia. Dzięki nadmiarowi część zmian trzeciego nukleotydu kodonu nie zmienia białka.
  5. 5.Co robi tRNA w translacji?+
    Odp.:Jest adapterem między językiem kwasów nukleinowych a językiem białek. Przenosi swój aminokwas przyłączony do ramienia akceptorowego, a antykodonem łączy się komplementarnie z odpowiednim kodonem mRNA podczas odczytu. Rybosom łączy aminokwasy kolejnych tRNA wiązaniami peptydowymi i przesuwa się o jeden kodon.

Zobacz też

Wszystkie tematy matury z biologii

Źródła

Serwis nie jest związany z Centralną Komisją Egzaminacyjną. Zadania oznaczone „CKE” pochodzą z arkuszy CKE; objaśnienia do nich i pozostałe zadania na stronie napisaliśmy sami.

Strona sprawdzona 29 października 2026.

Zadanie ostatnie.

Rozwiąż za darmo cały arkusz CKE z matury z biologii (poziom rozszerzony) z maja 2026 roku – 180 minut, jak na egzaminie. Po oddaniu zobaczysz wynik i to, w którym dziale tracisz punkty.