מתכונת 8 בביולוגיה - מבוא לביולוגיה 043182

משווים בין התגובה למנה הראשונה (גיל 2 חודשים) לבין התגובה למנה השנייה (גיל 4 חודשים):

1. מהירות: חצי חודש אחרי המנה הראשונה היו 10 יחידות; חצי חודש אחרי המנה השנייה – 90 יחידות.

2. עוצמה: הכמות המרבית אחרי המנה הראשונה הייתה 25 יחידות (גיל 3 חודשים), ואחרי המנה השנייה – 140 יחידות (גיל 5 חודשים): פי 5.6.

3. משך: אחרי המנה הראשונה הכמות ירדה בתוך חודש מ־25 ל־15; אחרי המנה השנייה היא נשארה גבוהה – 120 יחידות גם בגיל 8 חודשים.

ההסבר: המנה הראשונה עוררה תגובה ראשונית ויצירת תאי זיכרון; במנה השנייה תאי הזיכרון הגיבו בתגובה משנית – מהירה, חזקה וממושכת.

1. המנה הראשונה מכניסה לגוף את האנטיגנים של החיידק (חיידק מומת או חלקים ממנו). מערכת החיסון מגיבה תגובה ראשונית: נוצרים מעט נוגדנים (בטבלה – עד 25 יחידות), והם יורדים מהר (15 יחידות כעבור חודש). הגנה כזאת חלשה. אבל בתגובה הזאת נוצרים גם תאי זיכרון.

2. המנה השנייה פוגשת את תאי הזיכרון, והם מפעילים תגובה משנית: נוצרת כמות גדולה של נוגדנים (140 יחידות), והיא נשארת גבוהה זמן רב (120 יחידות בגיל 8 חודשים). נוצרים גם תאי זיכרון רבים יותר.

3. התוצאה: אם התינוק ייחשף לחיידק, יהיו בדמו נוגדנים רבים ותאי זיכרון רבים, והחיידק יסולק לפני שתתפתח מחלה.

לא – זהו חיסון סביל. התינוק קיבל נוגדנים מוכנים, שנוצרו מחוץ לגופו. הנוגדנים נקשרים לחיידק (או לרעלנים שלו) מיד, ולכן הזריקה מתאימה לטיפול במי שכבר חולה. אבל מערכת החיסון של התינוק לא ייצרה את הנוגדנים, ולא נוצרו תאי זיכרון – הנוגדנים יתפרקו בגופו בתוך כמה שבועות, וההגנה לא תימשך.

בחיסון פעיל (כמו התרכיב שבטבלה) מקבלים אנטיגנים, והגוף עצמו מייצר נוגדנים ותאי זיכרון.

במבחנה 2 היה שתנן ומים – בלי אנזים אוראז.

•פירוק השתנן הוא תגובה איטית מאוד בלי זרז. לכן במשך שעה השתנן כמעט לא פורק, לא נוצרה אמוניה, וה־pH לא עלה – המחוון נשאר חסר צבע.

•זוהי מבחנת בקרה: ההשוואה בינה לבין מבחנה 1 מראה שהצבע הוורוד במבחנה 1 נגרם בגלל פעילות האנזים, ולא בגלל השתנן עצמו או תנאי הניסוי.

במבחנה 3 התמיסה נצבעה בוורוד, אבל רק אחרי 25 דקות – פי 12.5 מן הזמן במבחנה 1. כלומר האנזים פעל, אבל לאט בהרבה.

•הטמפרטורה במבחנה 3 – 5°C – נמוכה בהרבה מ־37°C.

•בטמפרטורה נמוכה המולקולות נעות לאט, ולכן מתרחשים פחות מפגשים בין מולקולות האנזים למולקולות השתנן, ופחות מולקולות מצע נקשרות לאתר הפעיל בכל רגע.

- קצב התגובה נמוך: האמוניה נוצרת לאט, ונדרש זמן רב עד שה־pH עולה מספיק כדי שהמחוון ייצבע.

•הקור אינו הורס את מבנה האנזים, ולכן הוא ממשיך לפעול, והתמיסה נצבעת בסופו של דבר.

במבחנה 4 היו אנזים וטמפרטורה כמו במבחנה 1, אבל המצע היה גלוקוז ולא שתנן.

•כל אנזים פועל באופן ייחודי (ספציפי): צורת האתר הפעיל שלו מתאימה למבנה של מצע מסוים בלבד.

•לאתר הפעיל של אוראז מתאים שתנן. לגלוקוז מבנה שונה, והוא אינו נקשר לאתר הפעיל.

•לכן הגלוקוז לא פורק, לא נוצרה אמוניה, ה־pH לא עלה, והתמיסה נשארה חסרת צבע. (וגם אילו גלוקוז היה מתפרק, לא הייתה נוצרת ממנו אמוניה – אין בו חנקן.)

בכל המבחנות כמות החלבון וכמות האנזים זהות; ההבדלים הם בסוג הפרוטאז ובטמפרטורה.

- מבחנה 1 (פרוטאז מאדם, 37°C) – לא נשאר חלבון: 37°C היא טמפרטורת גוף האדם, וקרובה לטמפרטורה האופטימלית של האנזימים שלו. האנזים פעיל מאוד, המצע (החלבון) נקשר לאתר הפעיל ומתפרק, ולכן עד סוף הניסוי פורק כל החלבון.

- מבחנה 2 (פרוטאז מאדם, 70°C) – נשארה כמות גדולה: האנזים הוא חלבון. בטמפרטורה גבוהה בהרבה מן האופטימלית שלו הוא עובר דנטורציה – המבנה המרחבי שלו נהרס, וצורת האתר הפעיל משתנה, כך שהמצע אינו יכול להיקשר אליו. לכן כמעט לא היה פירוק.

- מבחנה 3 (פרוטאז מן החיידק, 70°C) – לא נשאר חלבון: החיידק חי במים של כ־70°C, והאנזימים שלו מותאמים לטמפרטורה זו: המבנה המרחבי שלהם יציב בה, והיא קרובה לטמפרטורה האופטימלית שלהם. לכן הפרוטאז של החיידק פעיל ב־70°C ופירק את כל החלבון.

המסקנה: הטמפרטורה האופטימלית של אנזים מתאימה לתנאים שבהם חי היצור שממנו הוא הופק.

כדי לבדוק השפעה של הרגל אחד, משווים בין שתי קבוצות שההבדל היחיד ביניהן הוא ההרגל הזה. קבוצות א ו־ב זהות בתזונה (שתיהן אוכלות מזון עשיר בשומן מן החי ומזון מטוגן, ושתיהן אוכלות ירקות ופירות), ונבדלות רק בפעילות הגופנית.

•קבוצה ב (פעילות גופנית סדירה): 75 חולים ל־1,000.

•קבוצה א (ללא פעילות גופנית): 120 חולים ל־1,000.

בקבוצה הפעילה מספר החולים קטן ב־45 ל־1,000, כלומר ירידה של כ־37.5%. המסקנה: פעילות גופנית סדירה מקטינה את התחלואה במחלות לב (פעילות גופנית מחזקת את שריר הלב ומסייעת בשמירה על משקל תקין ועל לחץ דם תקין).

קבוצות א ו־ג אינן עוסקות בפעילות גופנית, ושתיהן אוכלות ירקות ופירות; ההבדל היחיד ביניהן הוא התזונה העשירה בשומן מן החי ובמזון מטוגן.

•קבוצה א (תזונה עשירה בשומן ובמזון מטוגן): 120 חולים ל־1,000.

•קבוצה ג (ללא תזונה כזאת): 85 חולים ל־1,000.

מספר החולים בקבוצה א גדול פי 1.4 בערך (120/85 ≈ 1.41). המסקנה: תזונה עשירה בשומן מן החי ובמזון מטוגן מגדילה את התחלואה במחלות לב.

טעות נפוצה: להשוות בין קבוצות ב ו־ג – הן נבדלות בשני הרגלים (פעילות גופנית ותזונה), ולכן אי אפשר לדעת איזה מהם גרם להבדל.

הימנעות מעישון – עישון פוגע בדרכי הנשימה ובריאות, ומגדיל את הסיכון למחלות לב ולסרטן.

תשובות מתקבלות נוספות: שינה מספקת, הפחתה בכמות המלח במזון (מקטינה את הסיכון ליתר לחץ דם), הגנה מפני השמש, שתיית מים מספקת. אין לציין הרגל המופיע בטבלה (פעילות גופנית, תזונה עשירה בשומן, אכילת ירקות ופירות).

1. בתאים: תאי הגוף מקיימים נשימה תאית וצורכים חמצן. לכן הדם החוזר מן הגוף אל הריאות דל בחמצן.

2. בריאות: באוויר שבנאדיות ריכוז החמצן גבוה מריכוזו בדם שבנימים, ולכן חמצן עובר בדיפוזיה מן האוויר אל הדם.

3. כך חלק מן החמצן שנשאף נשאר בגוף, והאוויר הנשוף מכיל פחות חמצן.

1. בתאים: הנשימה התאית מייצרת CO₂, והוא עובר מן התאים לדם.

2. בריאות: ריכוז ה־CO₂ בדם המגיע לנימי הריאות גבוה מריכוזו באוויר שבנאדיות, ולכן הוא עובר בדיפוזיה מן הדם אל האוויר.

3. בנשיפה ה־CO₂ הזה יוצא מן הגוף.

התאמה אפשרית 1 – נאדיות רבות: הריאות בנויות ממיליוני נאדיות קטנות. חלוקת הריאה לשקיקים קטנים רבים יוצרת שטח פנים גדול מאוד (עשרות מטרים רבועים). ככל ששטח הפנים גדול יותר, עוברת בדיפוזיה בכל רגע כמות גדולה יותר של חמצן אל הדם ושל CO₂ ממנו.

התאמה אפשרית 2 – רשת נימים צפופה: כל נאדית עטופה ברשת צפופה של נימי דם, כך שכמות גדולה של דם באה במגע עם האוויר.

התאמה אפשרית 3 – דופן דקה: דופן הנאדית ודופן הנים בנויות כל אחת משכבת תאים אחת, ולכן המרחק שהגזים עוברים קצר, והדיפוזיה מהירה.

(מספיק לציין התאמה אחת ולהסביר אותה.)

לפי פסקה 3 הגוף מגיב למחסור בחמצן בכמה דרכים. מספיק לציין שתיים:

1. עלייה בקצב הנשימה ובעומקה.

2. עלייה בקצב הלב.

3. הפרשה מוגברת של ההורמון EPO מן הכליות.

4. ייצור מוגבר של תאי דם אדומים במח העצם – וכמות ההמוגלובין בדם גדלה.

שימו לב: כאב ראש, עייפות ובחילה (פסקה 2) הם תסמינים של מחלת הגבהים – תוצאות של המחסור בחמצן – ולא תגובות של הגוף המסייעות להתמודד איתו.

1. דיפוזיה: חמצן עובר מן האוויר שבנאדיות אל הדם שבנימים בדיפוזיה – מאזור שבו ריכוזו גבוה לאזור שבו ריכוזו נמוך, בלי השקעת אנרגיה. ככל שהפרש הריכוזים גדול יותר, המעבר מהיר יותר.

2. בגובה רב: בכל נשימה נכנסות פחות מולקולות חמצן, ולכן ריכוז החמצן באוויר שבנאדיות נמוך מן הרגיל.

3. ההפרש קטן: ההפרש בין ריכוז החמצן בנאדיות לבין ריכוזו בדם המגיע לנימי הריאות קטן, ולכן בכל רגע עובר פחות חמצן אל הדם.

4. ההובלה: בדם החמצן נקשר להמוגלובין שבתאי הדם האדומים. כשעובר פחות חמצן, פחות המוגלובין קשור לחמצן, וכל ליטר דם מוביל פחות חמצן.

5. התוצאה: הדם מביא לתאי הגוף פחות חמצן – ולכן הגוף מגיב בעלייה בקצב הנשימה והלב (פסקה 3).

1. המוגלובין: תאי הדם האדומים מלאים בחלבון המוגלובין, הקושר חמצן בנימי הריאות ומוסר אותו לתאים בנימי הרקמות.

2. יותר תאי דם אדומים – יותר המוגלובין: כל נפח של דם יכול לקשור ולהוביל יותר חמצן. כך הגוף מפצה, בחלקו, על כך שבכל נשימה נכנס לריאות פחות חמצן (פסקה 1).

3. השרירים: בהליכה בעלייה תלולה שרירי הרגליים מתכווצים הרבה וצריכים הרבה ATP. כשמגיע אליהם יותר חמצן, מתרחשת בהם יותר נשימה תאית ומופק יותר ATP.

4. התוצאה: השרירים יכולים להתכווץ זמן רב יותר בלי להתעייף, והלב והריאות אינם נאלצים לעבוד מהר כל כך – המטייל הולך בקלות רבה יותר.

ביום הראשון בגובה רב:

1. עלייה בקצב הנשימה – מ־14 ל־20 נשימות בדקה (עלייה של כ־43%).

2. עלייה בקצב הלב – מ־65 ל־90 פעימות בדקה (עלייה של כ־38%).

כמות ההמוגלובין ביום הראשון כמעט לא השתנתה (14.0 ← 14.1), ולכן העלייה בייצור תאי הדם האדומים אינה אחד המנגנונים שפעלו ביום הראשון – היא מתפתחת במשך ימים ושבועות.

- עלייה בקצב הנשימה: בכל דקה נכנס לריאות יותר אוויר, והאוויר שבנאדיות מתחלף מהר יותר. כך ריכוז החמצן בנאדיות נשאר גבוה יחסית לריכוזו בדם, ויותר חמצן עובר בדיפוזיה מן האוויר אל הדם.

- עלייה בקצב הלב: הלב מזרים בכל דקה יותר דם אל הריאות ואל איברי הגוף. כך, אף שכל ליטר דם מוביל מעט חמצן, בכל דקה מגיעה לתאים כמות גדולה יותר של חמצן.

1. ההסתגלות איטית: על פי המשפט, העלייה בכמות ההמוגלובין – החלבון הקושר חמצן בתאי הדם האדומים – נמשכת כמה שבועות.

2. בעלייה הדרגתית הגוף מספיק לייצר יותר תאי דם אדומים ויותר המוגלובין בזמן שהמטייל עדיין בגובה בינוני, שבו המחסור בחמצן קטן יותר. כשהוא מגיע לגובה הרב, כל ליטר דם כבר מוביל יותר חמצן.

3. התוצאה: אף שבגובה הרב נכנס מעט חמצן בכל נשימה, לתאים – ובמיוחד לתאי המוח – מגיע די חמצן לנשימה התאית ולהפקת ATP, ולכן התסמינים (כאב ראש, עייפות, סחרחורת) קלים יותר או אינם מופיעים.

4. בעלייה מהירה הגוף עוד לא הספיק להסתגל: כמות ההמוגלובין עדיין רגילה, לתאים מגיע מעט חמצן, והסיכון למחלת גבהים גדל.