מתכונת 5 בביולוגיה - מבוא לביולוגיה 043182

שרשרת הסיבה והתוצאה:

1. פחות חמצן נקשר להמוגלובין: בדם, החמצן מובל כשהוא קשור להמוגלובין שבתאי הדם האדומים. CO נקשר להמוגלובין חזק יותר מן החמצן ואינו משתחרר ממנו, ולכן הוא תופס חלק ממקומות הקישור – ושם החמצן אינו יכול להיקשר.

2. פחות חמצן מגיע לתאים: גם אם הריאות תקינות, הדם יוצא מהן כשהוא נושא פחות חמצן, ולכן מגיע לתאי הגוף – ובהם תאי השרירים – פחות חמצן.

3. פחות אנרגיה: תאי השריר מפיקים $\text{ATP}$ בעיקר בנשימה התאית האווירנית, הדורשת חמצן:

כשיש פחות חמצן, קצב הנשימה האווירנית יורד ונוצר פחות $\text{ATP}$. חלק מן הגלוקוז מתפרק בתסיסה לקטית, המפיקה מעט מאוד $\text{ATP}$ ויוצרת חומצה לקטית, המצטברת בשרירים.

4. התוצאה: כיווץ שרירים דורש $\text{ATP}$. כשאין די אנרגיה השרירים חלשים ומתעייפים מהר, ובמאמץ גופני – שבו הצורך בחמצן וב־$\text{ATP}$ גדל מאוד – הפער בין הצורך לאספקה גדול עוד יותר. לכן האדם חש עייפות וחולשה ומתקשה במאמץ.

(קצב הנשימה וקצב הלב עולים בניסיון לפצות, אבל כל עוד CO קשור להמוגלובין, תוספת אוויר אינה פותרת את הבעיה – החמצן אינו יכול להיקשר במקומות התפוסים.)

טעות נפוצה: לכתוב ש"נכנס פחות אוויר לריאות". הריאות מתמלאות כרגיל; הבעיה היא בהובלת החמצן בדם.

1. מה היה בתרכיב: תרכיב החיסון מכיל נגיף מוחלש (או חלקים ממנו), הנושא את האנטיגנים של נגיף החצבת, אבל אינו גורם למחלה.

2. התגובה לתרכיב: מערכת החיסון של הילדים זיהתה את האנטיגנים כזרים. לימפוציטים המתאימים לאנטיגנים התרבו, ונוצרו נוגדנים ספציפיים לנגיף החצבת. נוצרו גם תאי זיכרון ספציפיים לנגיף. המנה השנייה עוררה תגובה משנית, ונוצרו עוד נוגדנים ועוד תאי זיכרון.

3. תאי הזיכרון נשארים: תאי הזיכרון נשארים בגוף שנים רבות, גם כשכמות הנוגדנים בדם כבר ירדה.

4. החשיפה לנגיף בבית הספר: כשהתלמידים המחוסנים נחשפו לנגיף עצמו, תאי הזיכרון זיהו אותו מיד והפעילו תגובה משנית – מהירה וחזקה. נוצרו במהירות נוגדנים רבים, שנקשרו לנגיף ונטרלו אותו לפני שהספיק להתרבות ולגרום למחלה. לכן רק $2$ מתוך $300$ מחוסנים חלו (פחות מ־$1\%$).

5. לעומת זאת, אצל התלמידים שלא חוסנו לא היו תאי זיכרון, ומערכת החיסון הגיבה בתגובה ראשונית – איטית. בזמן הזה הנגיף התרבה, ולכן $20$ מתוך $25$ ($80\%$) חלו.

טעות נפוצה: לכתוב שהנוגדנים מן התרכיב "נשארים בדם" שנים רבות. ההגנה הממושכת נובעת בעיקר מתאי הזיכרון, המאפשרים לייצר נוגדנים במהירות בחשיפה.

חיסון פעיל. התרכיב חשף את מערכת החיסון של התלמידים לאנטיגנים של הנגיף, ומערכת החיסון שלהם עצמם ייצרה את הנוגדנים ואת תאי הזיכרון. לכן ההגנה ממושכת – היא נשמרה שנים אחרי החיסון.

(בחיסון סביל מקבלים נוגדנים מוכנים ממקור חיצוני; הגוף אינו מייצר אותם ואינו יוצר תאי זיכרון, וההגנה קצרה.)

1. מקור החום: בפעילות גופנית השרירים מתכווצים הרבה ומפיקים $\text{ATP}$ בנשימה התאית בקצב גבוה. בנשימה התאית רוב האנרגיה משתחררת כחום, ולכן הגוף מייצר חום רב. ביום חם הסביבה אינה מקררת את הגוף, ואף מוסיפה לו חום.

2. ההובלה אל העור: כלי הדם המובילים לעור מתרחבים, והדם מוביל את החום מן השרירים והאיברים הפנימיים אל פני העור. משם החום עובר לסביבה.

3. הזיעה: הדם מספק מים לבלוטות הזיעה. אידוי הזיעה מעל פני העור דורש חום, ולכן הוא מקרר את העור ואת הדם הזורם בו.

4. היתרון: כך הגוף נפטר מעודף החום, וטמפרטורת הגוף נשארת קרובה ל־$37^\circ\text{C}$ (הומאוסטזיס). אילו הטמפרטורה הייתה עולה מאוד, מבנה האנזימים היה נפגע, והתהליכים בתאים היו משתבשים (מכת חום).

1. שני צרכים בבת אחת: בפעילות מאומצת השרירים זקוקים לדם רב – כדי לקבל חמצן וגלוקוז לנשימה התאית (ליצירת $\text{ATP}$ לכיווץ) ולסלק $\text{CO}_2$. ביום חם מאוד גם העור זקוק לדם רב – כדי לפלוט את החום הרב הנוצר בשרירים.

2. איבוד מים בזיעה: כדי להתקרר הגוף מזיע הרבה. בלי שתייה, כמות המים בגוף יורדת, ואיתה גם נפח הדם (הפלזמה היא בעיקר מים).

3. אין די דם לשני הצרכים: כמות הדם מוגבלת, והולכת וקטנה. לכן:

•אם הדם מופנה בעיקר לשרירים – פחות דם מגיע לעור, פחות חום נפלט, וטמפרטורת הגוף עולה. בטמפרטורה גבוהה האנזימים נפגעים, ועלולה להתרחש מכת חום, מצב מסוכן.

•אם הדם מופנה לעור – השרירים מקבלים פחות חמצן, נוצר בהם פחות $\text{ATP}$, והם מתעייפים מהר.

4. פחות זיעה: כשחסרים מים בגוף, גם ייצור הזיעה פוחת, ולכן גם הקירור באידוי נחלש.

לכן ביום חם מאוד חשוב לשתות לפני הפעילות ובמהלכה, ולהפחית את עצימות המאמץ.

לא. אנזימים הם ספציפיים – כל אנזים מזרז פירוק של מצע מסוים, שצורתו מתאימה לאתר הפעיל שלו. הסוכרז מפרק סוכרוז; העמילן הוא רב־סוכר שמבנהו שונה, והוא אינו נקשר לאתר הפעיל של הסוכרז. לכן העמילן אינו מתפרק, ולא ייווצר גלוקוז (אף שעמילן בנוי מיחידות של גלוקוז).

כמעט לא – ייווצר רק מעט מאוד גלוקוז. בטמפרטורה נמוכה המולקולות של האנזים ושל המצע נעות לאט, ולכן הן נפגשות לעתים רחוקות, וקצב הפירוק איטי מאוד. הקור אינו הורס את האנזים: מבנהו המרחבי נשמר, ואם יחממו את המבחנה ל־37°C, הסוכרז יפרק את הסוכרוז וייווצר גלוקוז (בניגוד לאנזים שעבר דנטורציה בחום).

לא. הסוכרז הוא חלבון, ופעילותו תלויה גם בחומציות (pH) של הסביבה. חומצה חזקה משנה את המבנה המרחבי של החלבון – הוא עובר דנטורציה – וצורת האתר הפעיל משתנה, כך שהסוכרוז אינו נקשר אליו. לכן, אף שהטמפרטורה (37°C) מתאימה, הסוכרוז אינו מתפרק ולא ייווצר גלוקוז. מבחנה 1 (אותם תנאים בלי חומצה) היא הבקרה, ובה ייווצר גלוקוז.

- עורקים – כלי דם המובילים דם מן הלב אל האיברים: 1 (יוצא מן החדר השמאלי – אבי העורקים), 2 (מסתעף ממנו ומוביל דם אל הראש), 6 (יוצא מן החדר הימני – עורק הריאה).

- ורידים – כלי דם המובילים דם אל הלב: 4 (מוביל דם מן הראש בכיוון הלב), 5 (נכנס אל העלייה הימנית – הווריד הנבוב).

- נימים – כלי דם דקים מאוד, שדופנם שכבת תאים אחת, ובהם מתרחש חילוף החומרים עם הרקמות: 3.

טעות נפוצה: לקבוע עורק או וריד לפי כמות החמצן בדם. הקובע הוא כיוון הזרימה ביחס ללב – ולכן 6 הוא עורק, אף שהדם בו עני בחמצן.

- דם עשיר בחמצן: 1, 2. הדם בחדר השמאלי הגיע זה עתה מן הריאות, ולכן הוא עשיר בחמצן; הוא יוצא בכלי 1 ומגיע בכלי 2 אל הראש.

- דם עני בחמצן: 4, 5, 6. ברקמות הראש (בנימים 3) הדם מסר חמצן לתאים, ולכן בכלי 4 ובכלי 5 הוא חוזר אל הלב עני בחמצן. מן העלייה הימנית הוא עובר לחדר הימני, ויוצא בכלי 6 אל הריאות – עדיין עני בחמצן, עד שיקלוט חמצן בנימי הריאות.

כלי דם 3 – נימים: תפקידם לאפשר מעבר חומרים בין הדם לבין תאי הרקמה – חמצן וגלוקוז מן הדם אל התאים, ופחמן דו־חמצני ופסולת מן התאים אל הדם. דופן הנימים בנויה משכבה אחת של תאים, ולכן המרחק שהחומרים עוברים קצר מאוד, והמעבר בדיפוזיה מהיר. (בנוסף, הנימים רבים ומסועפים, וכך שטח המגע בינם לבין הרקמות גדול.)

כלי דם 1 לעומת כלי דם 5: כלי 1 הוא עורק – הוא מקבל את הדם ישירות מן החדר השמאלי, שמתכווץ בעוצמה, ולכן הדם זורם בו בלחץ גבוה. דופן עבה, שרירית וגמישה עומדת בלחץ ואינה נקרעת, ומתרחבת ומתכווצת עם כל פעימה. כלי 5 הוא וריד – הדם מגיע אליו אחרי שעבר דרך הנימים, והלחץ בו נמוך, ולכן אין צורך בדופן עבה.

הורמון הוא חומר המופרש מבלוטה (או מתאים מסוימים) אל הדם, מגיע בזרם הדם אל תאי מטרה רחוקים, ופועל עליהם באמצעות קולטנים ייחודיים לו. בקטע יש עובדות התומכות בכל אחד מן המרכיבים (מספיק לציין שתיים):

1. מקום הפרשה ומעבר לדם: "בלוטת יותרת המוח מפרישה לדם את ההורמון ADH" (פסקה 1) – הוא מופרש מבלוטה, בתגובה לגירוי – ירידה בכמות המים בדם.

2. הובלה בדם לאיבר מטרה רחוק: "ההורמון ADH מגיע בזרם הדם אל הכליות" (פסקה 2) – הוא פועל באיבר שרחוק ממקום הפרשתו.

3. קולטנים בתאי המטרה: "לתאי הדופן של צינוריות הכליה יש קולטנים ל־ADH" (פסקה 2) – הוא משפיע רק על תאים שיש להם קולטנים אליו.

באיבוד דם רב נפח הדם קטן, ולחץ הדם נוטה לרדת. ADH מסייע בשתי דרכים (פסקה 2):

•ADH נקשר לקולטנים בתאי הדופן של צינוריות הכליה, ובקרום התאים נפתחות תעלות מים.

- יותר מים חוזרים מן הצינוריות אל הדם, ומופרש מעט שתן.

•כך הגוף אינו מאבד עוד נוזלים, ונפח הדם נשמר ככל האפשר.

•בריכוז גבוה מאוד ADH מצר כלי דם קטנים.

•כשכלי הדם צרים יותר, לחץ הדם עולה – וכך הוא אינו יורד מאוד, אף שיש פחות דם.

•לחץ דם מספיק מאפשר לדם להמשיך להגיע אל האיברים החיוניים – המוח והלב – ולספק להם חמצן וגלוקוז.

1. בדרך כלל: כשאדם שותה הרבה, כמות המים בדם עולה, הפרשת ADH פוחתת, והכליות מפרישות את העודף בשתן מהול ורב.

2. בזמן פעולת התרופה: הדסמופרסין נקשר לקולטנים בכליות כמו ADH, והוא ממשיך לפעול גם כשיש עודף מים – הגוף אינו יכול "לכבות" אותו. לכן הכליות ממשיכות להחזיר מים לדם, ומופרש מעט שתן.

3. הצטברות מים: המים מן השתייה נשארים בגוף, והדם ונוזלי הגוף נעשים מהולים – ריכוז המומסים (בעיקר המלחים) בהם יורד.

4. אוסמוזה: עכשיו ריכוז המים בנוזל שמחוץ לתאים גבוה מריכוזם בתוך התאים, ולכן מים נכנסים לתאים באוסמוזה, והתאים מתנפחים.

5. הסכנה: תאי המוח רגישים במיוחד, כי המוח סגור בגולגולת ואין לו מקום להתנפח – עלולים להופיע כאב ראש, בחילה, בלבול ובמקרים קשים פרכוסים.

1. הבעיה: אצל חלק מן הילדים מופרש בלילה מעט ADH (פסקה 3). לכן בלילה פחות מים חוזרים מן הכליות לדם, נוצר הרבה שתן, ושלפוחית השתן מתמלאת – והילד מרטיב.

2. התרופה: מבנה הדסמופרסין דומה למבנה ADH, ולכן הוא נקשר לאותם קולטנים בתאי צינוריות הכליה (פסקה 4) – הוא "מחליף" את ההורמון החסר.

3. בכליות: בעקבות הקישור נפתחות תעלות מים בקרום התאים, ויותר מים חוזרים מן הצינוריות אל הדם.

4. התוצאה: בלילה נוצר מעט שתן מרוכז, השלפוחית אינה מתמלאת עד הסוף, והילד יכול לישון בלי להרטיב.