Zadanie nr 12 z Matury rozszerzonej z biologii 2026

Helicobacter pylori to bakteria, która może występować w żołądku człowieka. Jednym z ważniejszych mechanizmów umożliwiających tej bakterii zasiedlanie żołądka jest wytwarzanie ureazy – enzymu koniecznego do utrzymania niemal neutralnego pH cytoplazmatycznego, tzn. w zakresie 5,0–7,0. Podwyższone względem soku żołądkowego pH obserwuje się także w bezpośrednim sąsiedztwie komórki bakteryjnej. Wytwarzana przez wszystkie szczepy H. pylori ureaza jest białkiem składającym się z dwunastu identycznych podjednostek, z których każda zawiera dwa łańcuchy: UreA i UreB. W każdym z dwunastu miejsc aktywnych znajduje się trwale związana para atomów niklu, niezbędnych do katalizy reakcji przedstawionej poniżej:

W diagnostyce zakażenia H. pylori stosuje się tzw. ureazowy test oddechowy. Zasada tego testu opiera się na zdolności ureazy do rozkładu mocznika wprowadzanego do organizmu. W tym teście pacjent wypija roztwór mocznika, którego atom węgla jest znakowany izotopowo (np. $\ce{^{13}C}$). Gdy mocznik jest rozkładany w żołądku przez bakteryjną ureazę, to znakowany $\ce{^{13}CO2}$, będący produktem tej reakcji, jest wchłaniany przez warstwę śluzową żołądka i usuwany z organizmu wraz z wydychanym powietrzem. Wówczas staje się możliwe wykrycie izotopu węgla $\ce{^{13}C}$ w wydychanym powietrzu. Analiza próbek wydychanego powietrza opiera się na spektrometrii masowej wysokiej rozdzielczości, pozwalającej wykryć różnicę masy między cząsteczkami zawierającymi izotop $\ce{^{13}C}$ a cząsteczkami zawierającymi izotop $\ce{^{12}C}$. Diagnostyka inwazyjna opiera się na izolacji H. pylori z materiału pobranego podczas badania górnego odcinka przewodu pokarmowego.

Na podstawie: S. Ansari i Y. Yamaoka, Survival of Helicobacter pylori in Gastric Acidic Territory, „Helicobacter” 22(4), 2017;
W. Irving i in., Krótkie wykłady. Mikrobiologia medyczna, Warszawa 2008;
L. Mazzei i in., The Structure-based Reaction Mechanism of Urease, a Nickel Dependent Enzyme: Tale of a Long Debate, „Journal of Biological Inorganic Chemistry” 25(6), 2020;
X. Xia, Multiple Regulatory Mechanisms for pH Homeostasis in the Gastric Pathogen, Helicobacter pylori, „Advances in Genetics” 109, 2022;
H. Zhu i in., Bacterial Killing in Gastric Juice – Effect of pH and Pepsin on Escherichia coli and Helicobacter pylori, „Journal of Medical Microbiology” 55(9), 2006;
pdb101.rcsb.org/motm/158