בגרות בביולוגיה 043381 - קיץ 2022

5 יח"ל (55%) · שאלון 043381 · 39 שאלות · 3 שעות

בחינת הבגרות בביולוגיה, שאלון עיקרי, קיץ 2022: כל 39 השאלות כמו בשאלון, כולל כל שאלות הבחירה ושלושת נושאי ההעמקה. לכל סעיף יש תשובה ופתרון מלא: קביעה ונימוק במונחים הביולוגיים הנכונים, קריאה מדויקת של הגרפים והטבלאות, ובשאלות הניסוי - המשתנים, הבקרה והמסקנה.

השאלות זהות לשאלון 043371 (שאלון חלופי למקצוע המתמטיקה) של אותו מועד.

הוראות הבחינה (כמו בשאלון)

שימו לב: בבחינה זו יש הנחיות מיוחדות. יש לענות על השאלות על פי הנחיות אלה.
משך הבחינה: שלוש שעות.
מבנה השאלון ומפתח ההערכה: בשאלון זה ארבעה פרקים – פרק ראשון 32 נקודות, פרק שני 35 נקודות, פרק שלישי 18 נקודות, פרק רביעי 15 נקודות; סך הכול 100 נקודות.
חומר עזר מותר בשימוש: אין.
הוראות מיוחדות: את התשובות על השאלות בפרק הראשון יש לסמן בתשובון שבסוף מחברת הבחינה. את התשובות על השאלות בפרק השני, בפרק השלישי ובפרק הרביעי יש לכתוב במחברת הבחינה.
פרק ראשון (32 נקודות): בפרק זה 20 שאלות, 1–20. ענו על כל השאלות. אם תענו נכון על 15 שאלות לפחות, תקבלו את מלוא 32 הנקודות. לכל שאלה מוצעות ארבע תשובות; בחרו בתשובה הנכונה ביותר וסמנו אותה בתשובון (בכל שאלה יש לסמן × אחד בלבד).
פרק שני (35 נקודות): בפרק זה שבע שאלות, 21–27. בחרו בארבע שאלות וענו עליהן במחברת הבחינה (לכל שאלה – 8.75 נקודות).
פרק שלישי (18 נקודות): בפרק זה שלוש שאלות, 28–30. קראו את תיאור המחקר ("מחסום לתעלה – ואולי למחלה"), וענו על כל השאלות 28–30. מספר הנקודות לכל סעיף רשום בסופו.
פרק רביעי (15 נקודות): בפרק זה שלושה נושאים: נושא I – בקרה על ביטוי גנים והנדסה גנטית; נושא II – פיזיולוגיה השוואתית בהיבט התפתחותי; נושא III – חיידקים ונגיפים בגוף האדם. יש לבחור בנושא אחד ולענות בו על שתי שאלות: על השאלה הראשונה בנושא (חובה – 31, 34 או 37) ועל אחת משתי השאלות שאחריה (32–33, 35–36 או 38–39). מספר הנקודות לכל סעיף רשום בסופו.
השאלות בשאלון זה מנוסחות בלשון רבים, אף על פי כן על כל תלמידה וכל תלמיד להשיב עליהן באופן אישי.
הנחיות מיוחדות לשנה זו: בפרק הראשון מספיקות 15 תשובות נכונות מתוך 20 לקבלת מלוא 32 הנקודות; בפרק השני עונים על 4 שאלות מתוך 7 (8.75 נקודות לכל שאלה).

פרק ראשון (32 נקודות)

בפרק זה 20 שאלות, 1–20. ענו על כל השאלות. אם תענו נכון על 15 שאלות לפחות, תקבלו את מלוא 32 הנקודות. לכל שאלה מוצעות ארבע תשובות; בחרו בתשובה הנכונה ביותר וסמנו אותה בתשובון (בכל שאלה יש לסמן × אחד בלבד).

שאלה 1 · מערכת מתאמת בגוף האדם

רב-ברירה

מבין המערכות שלהלן, איזו מערכת מְתָאֶמֶת בין חלקים שונים בגוף האדם?

א.
מערכת הנשימה
ב.
מערכת ההגנה
ג.
המערכת ההורמונלית
ד.
מערכת ההפרשה

◂ פתרון מלא לשאלה 1

התשובה הנכונה: ג

תשובה:

ג – המערכת ההורמונלית (יחד עם מערכת העצבים) היא מערכת התיאום והבקרה של הגוף.

התשובה הנכונה: ג. בגוף האדם יש שתי מערכות מתאמות: מערכת העצבים והמערכת ההורמונלית. בלוטות ההפרשה הפנימית מפרישות הורמונים אל הדם; הדם מוביל אותם לכל הגוף, וההורמון משפיע רק על תאי מטרה שיש להם קולטנים מתאימים לו. כך איבר אחד (הבלוטה) משפיע על פעולתם של איברים אחרים, רחוקים ממנו – למשל אינסולין מן הלבלב משפיע על קליטת גלוקוז בכבד ובשרירים. זהו תיאום בין חלקים שונים בגוף.
למה האחרות שגויות:
- א. מערכת הנשימה אחראית על חילוף הגזים – קליטת חמצן ופליטת פחמן דו־חמצני; היא מבוקרת בעצמה על ידי מערכת העצבים, אך אינה מתאמת בין חלקי הגוף.
- ב. מערכת ההגנה (החיסון) מגינה על הגוף מפני גורמים זרים וגורמי מחלה; תפקידה אינו תיאום פעולות האיברים.
- ד. מערכת ההפרשה (הכליות ודרכי השתן) מסלקת פסולת חנקנית ומווסתת את כמות המים והמלחים בגוף, אבל היא פועלת בהשפעת הורמונים (כמו ADH) ואינה המערכת המתאמת.

שאלה 2 · פוטוסינתזה וההתחממות הגלובלית

רב-ברירה

באמצעות איזה מן התהליכים שלהלן הפוטוסינתזה משפיעה על ההתחממות של כדור הארץ?

א.
הקטנה של ריכוז ה־ $\text{CO}_2$ באוויר
ב.
הקטנה של ריכוז החמצן באוויר
ג.
המרה של אנרגיית חום לאנרגיית אור
ד.
הקטנה של הביומסה בטבע

◂ פתרון מלא לשאלה 2

התשובה הנכונה: א

תשובה:

א – בפוטוסינתזה נקלט CO2\text{CO}_2CO2​ מן האוויר, וכך יורד ריכוזו של גז החממה – והתחממות כדור הארץ מתמתנת.

התשובה הנכונה: א. פחמן דו־חמצני הוא גז חממה: הוא בולע חלק מקרינת החום שנפלטת מפני כדור הארץ ומחזיר אותה אל הקרקע, ולכן עלייה בריכוזו באטמוספרה מגבירה את ההתחממות. בפוטוסינתזה היצרנים קולטים CO2\text{CO}_2CO2​ מן האוויר ומקבעים את הפחמן שלו בחומרים אורגניים (סוכרים). כך הפוטוסינתזה מקטינה את ריכוז ה־CO2\text{CO}_2CO2​ באוויר ומצמצמת את אפקט החממה.
למה האחרות שגויות:
- ב. פוטוסינתזה משחררת חמצן לאוויר ואינה מקטינה את ריכוזו; וחוץ מזה חמצן אינו גז חממה, כך ששינוי בריכוזו אינו משפיע על ההתחממות.
- ג. בפוטוסינתזה מומרת אנרגיית אור לאנרגיה כימית האצורה בחומרים אורגניים – לא אנרגיית חום לאנרגיית אור.
- ד. פוטוסינתזה יוצרת חומר אורגני חדש, ולכן היא מגדילה את הביומסה ולא מקטינה אותה.

שאלה 3 · מקור אנרגיה בתא

רב-ברירה

איזה מן החומרים שלהלן יכול לשמש מקור אנרגיה בתא?

א.
חמצן
ב.
חלבון
ג.
מים
ד.
מינרלים

◂ פתרון מלא לשאלה 3

התשובה הנכונה: ב

תשובה:

ב – חלבון הוא חומר אורגני שבקשרים הכימיים שלו אצורה אנרגיה, והתא יכול לפרק אותו (את חומצות האמינו) בנשימה התאית ולהפיק ממנו ATP.

התשובה הנכונה: ב. מקור אנרגיה בתא הוא חומר אורגני שבקשרים הכימיים שלו אצורה אנרגיה כימית: פחמימות, שומנים וחלבונים. חלבון מפורק לחומצות אמינו; אחרי הרחקת קבוצת האמין (שהופכת לפסולת חנקנית) שלד הפחמן של חומצת האמינו נכנס לתהליכי הנשימה התאית, ומן האנרגיה המשתחררת נוצר ATP. בדרך כלל התא מנצל חלבונים להפקת אנרגיה רק כשאין מספיק פחמימות ושומנים, אבל הם בהחלט יכולים לשמש מקור אנרגיה.
למה האחרות שגויות:
- א. חמצן משמש מקבל האלקטרונים האחרון בנשימה התאית ומאפשר את פירוק חומרי המזון, אבל אין בו אנרגיה כימית שהתא מנצל – הוא אינו מקור אנרגיה.
- ג. מים הם חומר אנאורגני שאין בו אנרגיה כימית זמינה לתא; הם תוצר של הנשימה התאית ומשמשים ממס ומגיב, לא מקור אנרגיה.
- ד. מינרלים הם יונים אנאורגניים (כמו נתרן, אשלגן, סידן); הם חיוניים לתפקוד התא (למשל כקופקטורים של אנזימים), אבל אינם מתפרקים להפקת אנרגיה.

שאלה 4 · נימי הדם

רב-ברירה

להלן ארבעה משפטים בנוגע לנימי הדם. איזה מהם אינו נכון?

א.
זרימת הדם בנימים מהירה יותר מזרימתו בוורידים.
ב.
הקוטר של נים הדם דומה לקוטר של תא דם אדום.
ג.
שטח הפנים של כלל הנימים הוא גדול מאוד.
ד.
לנים הדם יש דופן חד־שכבתית.

◂ פתרון מלא לשאלה 4

התשובה הנכונה: א

תשובה:

א – המשפט שגוי: מהירות זרימת הדם בנימים היא הנמוכה ביותר במערכת ההובלה – נמוכה יותר מאשר בוורידים.

התשובה הנכונה: א. כל עורק מתפצל לרשת עצומה של נימים, ולכן שטח החתך הכולל של כל הנימים יחד גדול בהרבה משטח החתך של העורקים או של הוורידים. אותה כמות דם עוברת בשטח חתך גדול יותר, ולכן מהירות הזרימה בנימים היא האיטית ביותר במערכת. כשהדם מתאסף מן הנימים לוורידים, שטח החתך הכולל קטן שוב, ומהירות הזרימה עולה. הזרימה האיטית בנימים חשובה: היא מאפשרת זמן מספיק לחילוף חומרים בין הדם לבין התאים. לכן משפט א אינו נכון.
למה האחרות שגויות:
- ב. משפט נכון: קוטר הנים (כ־5–10 מיקרומטר) דומה לקוטר תא דם אדום (כ־7–8 מיקרומטר), ותאי הדם האדומים עוברים בנים כמעט בטור אחד – מה שמקצר את מרחק הדיפוזיה של החמצן.
- ג. משפט נכון: מספר הנימים עצום, ולכן שטח הפנים הכולל שלהם גדול מאוד – וכך מתאפשר חילוף חומרים יעיל בין הדם לרקמות.
- ד. משפט נכון: דופן הנים בנויה משכבה אחת של תאי אפיתל דקים, ולכן המרחק לדיפוזיה של חומרים בין הדם לנוזל הרקמה קצר מאוד.

שאלה 5 · גרף של יצירת עמילן מגלוקוז

רב-ברירה

איזה מן הגרפים שלהלן מתאר נכון את השינויים בכמות העמילן והגלוקוז, בתהליך האנזימטי של יצירת עמילן בתנאי מעבדה?

א.
גרף א
ב.
גרף ב
ג.
גרף ג
ד.
גרף ד

◂ פתרון מלא לשאלה 5

התשובה הנכונה: ג

תשובה:

ג – ביצירת עמילן הגלוקוז (המגיב) הולך ופוחת והעמילן (התוצר) הולך ומצטבר מאפס – כך בגרף ג.

התשובה הנכונה: ג. בתהליך של יצירת עמילן, האנזים מחבר מולקולות גלוקוז זו לזו בקשרים כימיים לשרשרת ארוכה של עמילן. הגלוקוז הוא חומר המוצא (הסובסטרט), והעמילן הוא התוצר. לכן ככל שעובר הזמן, כמות הגלוקוז יורדת (הוא מנוצל), וכמות העמילן עולה מאפס (בתחילת הניסוי עוד לא נוצר עמילן). בגרף ג הקו המקווקו (גלוקוז) יורד מערך גבוה, והקו הרציף (עמילן) עולה מאפס – זה התיאור הנכון.
למה האחרות שגויות:
- א. בגרף א שני החומרים יורדים; ביצירת עמילן אמנם הגלוקוז נצרך, אבל העמילן הוא התוצר ולכן כמותו צריכה לעלות, לא לרדת.
- ב. בגרף ב העמילן עולה, אבל כמות הגלוקוז נשארת קבועה; זה אינו אפשרי, כי העמילן נבנה מן הגלוקוז, ולכן כמות הגלוקוז חייבת לרדת.
- ד. גרף ד מתאר את התהליך ההפוך – פירוק עמילן לגלוקוז: העמילן יורד והגלוקוז עולה.

שאלה 6 · התאמה לגורם אביוטי

רב-ברירה

באיזה מן המשפטים שלהלן מתוארת התאמה לגורם אַביוטי?

א.
לפרפרים מסוימים יש צבעים המרתיעים את טורפיהם.
ב.
לפרחים המואבקים על ידי חרקים יש ריח חזק.
ג.
לציפורים הניזונות מצוף של פרחים יש מקור ארוך ודק.
ד.
לדגים יש צורת גוף המאפשרת תנועה מהירה במים.

◂ פתרון מלא לשאלה 6

התשובה הנכונה: ד

תשובה:

ד – המים הם סביבה דומם – גורם אביוטי – וצורת הגוף של הדגים מותאמת לתנועה בתווך זה.

התשובה הנכונה: ד. גורם אביוטי הוא גורם דומם בסביבה (מים, טמפרטורה, אור, אוויר, קרקע, מליחות), וגורם ביוטי הוא יצור חי אחר (טורף, מאביק, מזון, מתחרה). המים הם תווך צפוף שמתנגד לתנועה, וצורת גוף מוארכת וזרימתית (הידרודינמית) של דגים מקטינה את התנגדות המים ומאפשרת תנועה מהירה – זוהי התאמה לגורם אביוטי.
למה האחרות שגויות:
- א. צבעי האזהרה של הפרפרים הם התאמה לטורפים – גורם ביוטי.
- ב. הריח החזק של הפרחים מושך את החרקים המאביקים – גורם ביוטי.
- ג. המקור הארוך והדק של הציפור מותאם למבנה הפרח שממנו היא ניזונה – גורם ביוטי.

שאלה 7 · חיסון נגד כלבת

רב-ברירה

מה מכילה זריקת החיסון הניתנת לכלבים בריאים כדי למנוע את מחלת הכלבת?

א.
נוגדנים לנגיף (וירוס) הכלבת
ב.
נגיף מוחלש של כלבת
ג.
תאי דם לבנים הפועלים נגד נגיף הכלבת
ד.
נוזל דם של סוס שחוסן נגד כלבת

◂ פתרון מלא לשאלה 7

התשובה הנכונה: ב

תשובה:

ב – חיסון מונע (חיסון פעיל) מכיל נגיף מוחלש, שמעורר את מערכת החיסון של הכלב ליצור נוגדנים ותאי זיכרון.

התשובה הנכונה: ב. החיסון המונע הוא חיסון פעיל: מכניסים לגוף את האנטיגן – נגיף מוחלש (או מומת, או חלקים ממנו) שאינו גורם למחלה. מערכת החיסון של הכלב מזהה את האנטיגנים של הנגיף ומפתחת תגובה חיסונית ספציפית: תאי B מתרבים ויוצרים נוגדנים, ונוצרים גם תאי זיכרון. אם בעתיד הכלב יינשך ונגיף כלבת אמיתי יחדור לגופו, תאי הזיכרון יגיבו במהירות ובעוצמה ויסלקו את הנגיף לפני שיגרום למחלה. ההגנה נמשכת זמן רב, ולכן זה מתאים למניעה.
למה האחרות שגויות:
- א. מתן נוגדנים מוכנים הוא חיסון סביל: הוא מגן מייד אבל לזמן קצר בלבד (הנוגדנים מתפרקים ולא נוצרים תאי זיכרון), ולכן משמש לטיפול אחרי חשיפה ולא למניעה ארוכת טווח בכלבים בריאים.
- ג. תאי דם לבנים זרים יזוהו כגוף זר וידחו על ידי מערכת החיסון של הכלב; וחוץ מזה הם לא היו יוצרים תאי זיכרון בגוף הכלב – זה אינו חיסון.
- ד. נוזל דם של סוס מחוסן מכיל נוגדנים מוכנים נגד כלבת – זהו חיסון סביל, קצר טווח, ולא חיסון מונע.

שאלה 8 · כמות גדולה של mRNA בתא

רב-ברירה

בתא גוף נמדדה כמות גדולה מאוד של RNA שליח (mRNA).
על איזה תהליך שהתרחש בתא מעיד ממצא זה?

א.
שכפול מוגבר של DNA
ב.
היווצרות מוטציות
ג.
חלוקת הפחתה (מיוזה)
ד.
יצירה מוגברת של חלבונים

◂ פתרון מלא לשאלה 8

התשובה הנכונה: ד

תשובה:

ד – mRNA הוא התבנית לתרגום בריבוזומים; כמות גדולה שלו מעידה על שעתוק מוגבר לצורך יצירה מוגברת של חלבונים.

התשובה הנכונה: ד. ביטוי גן מתרחש בשני שלבים: שעתוק – יצירת mRNA לפי רצף ה־DNA של הגן, ותרגום – בניית חלבון בריבוזום לפי רצף הקודונים ב־mRNA. כמות גדולה של mRNA בתא מעידה שגנים רבים (או גן מסוים) משועתקים בקצב גבוה, וזה מאפשר תרגום רב – כלומר יצירה מוגברת של חלבונים (למשל בתא שמפריש אנזימים או הורמונים חלבוניים).
למה האחרות שגויות:
- א. בשכפול DNA נוצרים גדילי DNA חדשים, לא mRNA; כמות ה־mRNA אינה מעידה על שכפול.
- ב. מוטציה היא שינוי ברצף ה־DNA; היא אינה גורמת לעלייה בכמות ה־mRNA, וכמות גדולה של mRNA אינה מעידה עליה.
- ג. מיוזה מתרחשת רק בתאים שיוצרים תאי מין, ולא בתא גוף; ובכל מקרה היא כרוכה בשכפול DNA ובחלוקה, לא ביצירה מוגברת של mRNA.

שאלה 9 · פגיעה במסתם עורק הריאה

רב-ברירה

לאדם יש פגיעה במסתם הנמצא בין החדר הימני ובין עורק הריאה. הפגיעה מונעת מן המסתם להיסגר כראוי.
לְמה פגיעה זו עלולה לגרום?

א.
לחזרה של דם דל בחמצן לחדר הימני.
ב.
לערבוב של דם עשיר בחמצן עם דם דל בחמצן.
ג.
לזרימת דם מן החדר הימני לחדר השמאלי.
ד.
לחסימה של העורקים הכליליים.

◂ פתרון מלא לשאלה 9

התשובה הנכונה: א

תשובה:

א – המסתם אמור למנוע זרימה חוזרת מעורק הריאה לחדר הימני; כשאינו נסגר, דם דל בחמצן חוזר לחדר הימני.

התשובה הנכונה: א. החדר הימני מקבל דם דל בחמצן מן העלייה הימנית ושואב אותו אל עורק הריאה, בדרכו לריאות. בסיום התכווצות החדר (כשהחדר מתרפה) הלחץ בעורק הריאה גבוה מן הלחץ בחדר, והמסתם נסגר ומונע מן הדם לזרום בחזרה. אם המסתם אינו נסגר כראוי, חלק מן הדם הדל בחמצן שכבר נשאב לעורק הריאה חוזר לחדר הימני. כתוצאה מכך פחות דם מגיע לריאות בכל פעימה, והלב צריך לעבוד קשה יותר.
למה האחרות שגויות:
- ב. ערבוב של דם עשיר בחמצן עם דם דל בחמצן מתרחש כשיש פתח בין צד ימין לצד שמאל של הלב (למשל במחיצה); בעורק הריאה ובחדר הימני יש רק דם דל בחמצן, ולכן החזרה בין שניהם אינה גורמת לערבוב.
- ג. בין החדר הימני לחדר השמאלי מפרידה המחיצה, ולא המסתם שבין החדר הימני לעורק הריאה; פגיעה במסתם זה אינה יוצרת מעבר בין החדרים.
- ד. העורקים הכליליים מתפצלים מן אבי העורקים ומספקים דם לשריר הלב; פגיעה במסתם של עורק הריאה אינה חוסמת אותם.

שאלה 10 · שושלת של תכונה דומיננטית

רב-ברירה

שימו לב: חלק מהשאלה לא במיקוד תשפ"ז

השאלה מבוססת על ניתוח אילן יוחסין במשפחות אדם – נושא שאינו במיקוד 2027.

"שיער מקורזל" הוא תכונה דומיננטית, העוברת בתורשה במשפחות נורווגיות.
איזו מבין השושלות א–ד מדגימה את דרך ההורשה של תכונה זו?

א.
שושלת א
ב.
שושלת ב
ג.
שושלת ג
ד.
שושלת ד

◂ פתרון מלא לשאלה 10

התשובה הנכונה: ב

תשובה:

ב – רק בשושלת ב לכל צאצא עם שיער מקורזל יש הורה עם שיער מקורזל, כמצופה בתכונה דומיננטית.

התשובה הנכונה: ב. בתכונה דומיננטית די באלל אחד כדי שהתכונה תתבטא. לכן לכל פרט שמבטא את התכונה (שיער מקורזל) חייב להיות לפחות הורה אחד שמבטא אותה, שהעביר לו את האלל הדומיננטי. שני הורים עם שיער חלק הם הומוזיגוטים לאלל הרצסיבי, ולא ייתכן שייוולד להם צאצא עם שיער מקורזל.
בשושלת ב: האב מקורזל והאם חלקה, ונולדה בת מקורזלת – היא קיבלה את האלל הדומיננטי מאביה (היא הטרוזיגוטית, כי מאמה קיבלה אלל רצסיבי). היא נישאה לגבר עם שיער חלק (הומוזיגוט רצסיבי), ונולדו להם בן מקורזל ובת חלקה – התאמה מלאה להורה הטרוזיגוטי × הורה הומוזיגוטי רצסיבי (בכל צאצא סיכוי של 1/2 לכל אחת מן התכונות).
למה האחרות שגויות:
- א. בשושלת א לשני הורים עם שיער חלק נולדה בת עם שיער מקורזל; בתכונה דומיננטית זה אינו אפשרי (הורים חלקים אינם נושאים את האלל הדומיננטי).
- ג. בשושלת ג לבת עם שיער חלק ולבעלה עם שיער חלק נולד בן עם שיער מקורזל; בתכונה דומיננטית זה אינו אפשרי.
- ד. בשושלת ד, כמו בשושלת א, לשני הורים עם שיער חלק נולדה בת עם שיער מקורזל – אינו אפשרי בתכונה דומיננטית.

שאלה 11 · היווצרות מינים בבידוד גאוגרפי

רב-ברירה

בבית גידול שבו חיה אוכלוסייה של זוחלים, נחפרה תעלה עמוקה. התעלה חצתה את בית הגידול, ובעקבות זאת נוצרו שתי תת־אוכלוסיות. לאחר דורות רבים התברר שבכל אחת מן התת־אוכלוסיות הצטברו שינויים גנטיים אחרים.
מה יכולה להיות התוצאה של הצטברות השינויים הגנטיים בשתי התת־אוכלוסיות?

א.
עלייה בקצב התרחשות המוטציות בשתיהן.
ב.
התפתחות של אותן התאמות בשתיהן.
ג.
הפסקת תהליכי הברירה הטבעית בשתיהן.
ד.
היווצרות של מחסום רבייתי בין שתיהן.

◂ פתרון מלא לשאלה 11

התשובה הנכונה: ד

תשובה:

ד – הבידוד הגאוגרפי מונע זרימת גנים; הצטברות של שינויים גנטיים שונים עלולה ליצור מחסום רבייתי – ובסופו של דבר שני מינים נפרדים.

התשובה הנכונה: ד. התעלה היא מחסום גאוגרפי שמונע הזדווגות בין פרטי שתי התת־אוכלוסיות, ולכן אין ביניהן זרימת גנים. בכל תת־אוכלוסייה מתרחשות מוטציות אקראיות אחרות, ובכל צד של התעלה פועלת ברירה טבעית בתנאים שעשויים להיות שונים. לאורך דורות רבים מצטברים הבדלים גנטיים בין שתי התת־אוכלוסיות. כשההבדלים גדולים מספיק, גם אם הפרטים ייפגשו שוב, הם לא יוכלו להזדווג ולהעמיד צאצאים פוריים – נוצר מחסום רבייתי, ושתי התת־אוכלוסיות הפכו לשני מינים נפרדים.
למה האחרות שגויות:
- א. קצב המוטציות אינו תוצאה של הצטברות שינויים גנטיים; מוטציות מתרחשות באקראי בקצב שאינו תלוי בבידוד ובהבדלים שנצברו.
- ב. השינויים הגנטיים שהצטברו בשתי התת־אוכלוסיות הם אחרים, והתנאים בשני הצדדים עשויים להיות שונים – ולכן הצפי הוא להתאמות שונות ולא לאותן התאמות.
- ג. ברירה טבעית ממשיכה לפעול בכל אוכלוסייה כל עוד יש שונות בין הפרטים ותחרות על משאבים; הצטברות שינויים גנטיים דווקא מספקת לה שונות לפעול עליה.

שאלה 12 · ריכוז חמצן בעורק ובווריד הכליה

רב-ברירה

ריכוז החמצן בווריד הכליה נמוך יותר מריכוז החמצן בעורק הכליה. מהו ההסבר לכך?

א.
עודפי החמצן שבנוזל הדם מופרשים בשתן.
ב.
חמצן מנוצל ליצירת גלוקוז בתאי הכליה.
ג.
תאי הכליה צורכים חמצן בתהליך הנשימה התאית.
ד.
הכליה היא איבר הומאוסטטי המווסת את ריכוז החמצן.

◂ פתרון מלא לשאלה 12

התשובה הנכונה: ג

תשובה:

ג – תאי הכליה צורכים חמצן בנשימה התאית (להפקת ATP), ולכן הדם היוצא מן הכליה דל יותר בחמצן.

התשובה הנכונה: ג. הדם מגיע לכליה בעורק הכליה עשיר בחמצן. בנימים שבכליה החמצן עובר בדיפוזיה מן הדם אל תאי הכליה, שבהם ריכוזו נמוך יותר, משום שהתאים צורכים חמצן בנשימה התאית כדי להפיק ATP. תאי הכליה צורכים הרבה אנרגיה, למשל לתהליכי ספיגה חוזרת בהובלה פעילה בנפרונים. לכן הדם שיוצא בווריד הכליה מכיל פחות חמצן מן הדם שנכנס בעורק – כמו בכל איבר שתאיו מקיימים נשימה תאית.
למה האחרות שגויות:
- א. חמצן אינו מופרש בשתן; הכליה מסלקת בשתן פסולת חנקנית (שתנן), עודפי מים ומלחים – לא חמצן.
- ב. יצירת גלוקוז מחמצן אינה תהליך שמתרחש בתאים; בנשימה התאית חמצן משמש לפירוק גלוקוז, ובפוטוסינתזה (בצמחים) דווקא משתחרר חמצן.
- ד. הכליה מווסתת את ריכוז המים, המלחים וה־pH בדם, אבל אינה מווסתת את ריכוז החמצן; ריכוז החמצן בדם מווסת בעיקר על ידי מערכת הנשימה.

שאלה 13 · מוטציה באנמיה חרמשית

רב-ברירה

שימו לב: חלק מהשאלה לא במיקוד תשפ"ז

השאלה דורשת הבחנה בין סוגי מוטציות נקודתיות (החלפה, הוספה, החסרה של נוקלאוטיד) והשפעתן על החלבון – פירוט נושא המוטציות אינו במיקוד 2027 (לא ודאי במיקוד).

החלבון המוגלובין מורכב ממאות חומצות אמיניות. באנשים החולים במחלה התורשתית אנמיה חרמשית – החומצה האמינית השישית בחלבון המוגלובין שונה מזו שבאנשים בריאים.
איזה סוג מוטציה יכול לגרום להבדל זה?

א.
הוספה של נוקלאוטיד
ב.
החלפה של נוקלאוטיד
ג.
החסרה של נוקלאוטיד
ד.
החסרה של כרומוזום

◂ פתרון מלא לשאלה 13

התשובה הנכונה: ב

תשובה:

ב – החלפה של נוקלאוטיד אחד משנה קודון אחד, ולכן רק חומצת אמינו אחת בחלבון משתנה.

התשובה הנכונה: ב. כל חומצת אמינו מקודדת ברצף של שלושה נוקלאוטידים (קודון). החלפה של נוקלאוטיד אחד ברצף הגן משנה קודון אחד בלבד; מסגרת הקריאה נשמרת, ולכן כל שאר הקודונים נקראים כרגיל. התוצאה יכולה להיות החלפה של חומצת אמינו אחת בחלבון – כמו באנמיה חרמשית, שבה רק החומצה האמינית השישית בשרשרת ההמוגלובין שונה.
למה האחרות שגויות:
- א. הוספה של נוקלאוטיד מזיזה את מסגרת הקריאה, ולכן כל הקודונים שאחרי מקום המוטציה משתנים; בחלבון ישתנו חומצות אמינו רבות (או שייווצר קודון סיום), ולא רק אחת.
- ג. גם החסרה של נוקלאוטיד מזיזה את מסגרת הקריאה ומשנה את כל חומצות האמינו שאחרי מקום המוטציה, ולא רק את החומצה השישית.
- ד. החסרה של כרומוזום היא שינוי גדול שבו חסרים מאות או אלפי גנים שלמים; היא אינה גורמת להחלפה של חומצת אמינו אחת בחלבון.

שאלה 14 · מעברי $CO_{2}$ ו־ $O_{2}$ בטבע

רב-ברירה

איזה מבין התרשימים א–ד מתאר נכון את המעברים של פחמן דו־חמצני (CO2\text{CO}_2CO2​) וחמצן (O2\text{O}_2O2​) בטבע?

א.
תרשים א
ב.
תרשים ב
ג.
תרשים ג
ד.
תרשים ד

◂ פתרון מלא לשאלה 14

התשובה הנכונה: א

תשובה:

א – אוטוטרופים קולטים CO2\text{CO}_2CO2​ ופולטים O2\text{O}_2O2​ בפוטוסינתזה; אוטוטרופים והטרוטרופים קולטים O2\text{O}_2O2​ ופולטים CO2\text{CO}_2CO2​ בנשימה התאית – כך בתרשים א.

התשובה הנכונה: א. חץ מגז אל קבוצת יצורים פירושו שהם קולטים את הגז, וחץ מן היצורים אל גז פירושו שהם פולטים אותו.
- פוטוסינתזה מתרחשת רק באוטוטרופים: הם קולטים CO2\text{CO}_2CO2​ ופולטים O2\text{O}_2O2​.
- נשימה תאית מתרחשת בכל היצורים – גם בהטרוטרופים וגם באוטוטרופים (הצמחים נושמים כל הזמן, ביום ובלילה): הם קולטים O2\text{O}_2O2​ ופולטים CO2\text{CO}_2CO2​.
בתרשים א: CO2\text{CO}_2CO2​ ← נקלט על ידי אוטוטרופים, שפולטים O2\text{O}_2O2​; ה־O2\text{O}_2O2​ נקלט על ידי אוטוטרופים והטרוטרופים, שפולטים CO2\text{CO}_2CO2​. זה התיאור הנכון והשלם.
טעות נפוצה: לחשוב שרק בעלי חיים (הטרוטרופים) נושמים וצמחים רק מבצעים פוטוסינתזה. גם צמחים מקיימים נשימה תאית וצורכים חמצן.
למה האחרות שגויות:
- ב. בתרשים ב הכיוונים הפוכים: האוטוטרופים קולטים O2\text{O}_2O2​ ופולטים CO2\text{CO}_2CO2​ (בלי פוטוסינתזה), וכל היצורים קולטים CO2\text{CO}_2CO2​ ופולטים O2\text{O}_2O2​ – וזה אינו נכון להטרוטרופים, שאינם מבצעים פוטוסינתזה.
- ג. בתרשים ג רק ההטרוטרופים קולטים O2\text{O}_2O2​ ופולטים CO2\text{CO}_2CO2​; הוא מתעלם מכך שגם האוטוטרופים מקיימים נשימה תאית, ולכן אינו מתאר נכון את כל המעברים.
- ד. בתרשים ד האוטוטרופים קולטים O2\text{O}_2O2​ ופולטים CO2\text{CO}_2CO2​, וההטרוטרופים קולטים CO2\text{CO}_2CO2​ ופולטים O2\text{O}_2O2​ – זה הפוך מן המציאות: הטרוטרופים אינם מבצעים פוטוסינתזה.

שאלה 15 · הפסקת יצירת חמצן בפירוק מי חמצן

רב-ברירה

עקבו אחרי פירוק אנזימטי של מי חמצן למים ולחמצן בכלי סגור.
ריכוז החמצן בכלי הפסיק לעלות אחרי 10 דקות. מה יכול להיות ההסבר לכך?

א.
אחרי 10 דקות כל כמות האנזים נוצלה.
ב.
אחרי 10 דקות כל כמות הסובסטרט נוצלה.
ג.
האנזים החל לפרק את החמצן שבכלי.
ד.
מולקולות האנזים נקשרו בקשר בלתי הפיך לסובסטרט.

◂ פתרון מלא לשאלה 15

התשובה הנכונה: ב

תשובה:

ב – מי החמצן (הסובסטרט) פורקו כולם, ולכן לא נוצר עוד חמצן, וריכוזו נשאר קבוע.

התשובה הנכונה: ב. האנזים (קטלאז) מפרק מי חמצן למים ולחמצן: 2H2O2→2H2O+O22\text{H}_2\text{O}_2 \rightarrow 2\text{H}_2\text{O} + \text{O}_22H2​O2​→2H2​O+O2​. בכלי סגור כמות מי החמצן מוגבלת. כל עוד יש סובסטרט, נוצר חמצן וריכוזו עולה. אחרי 10 דקות כל מי החמצן פורקו, אין עוד סובסטרט שייקשר לאתר הפעיל של האנזים, ולכן לא נוצר חמצן נוסף – ריכוז החמצן מפסיק לעלות ונשאר קבוע.
למה האחרות שגויות:
- א. אנזים הוא זרז ביולוגי שאינו מתכלה בתגובה: אחרי שהתוצרים משתחררים מן האתר הפעיל, האנזים חוזר לצורתו ויכול לפעול שוב. לכן הוא אינו "מנוצל".
- ג. אנזים ספציפי לסובסטרט שלו (בזכות התאמת המבנה של האתר הפעיל); האנזים שמפרק מי חמצן אינו מפרק חמצן, והחמצן הוא תוצר התגובה.
- ד. הקישור בין האנזים לסובסטרט (קומפלקס אנזים–סובסטרט) הוא זמני: הסובסטרט מומר לתוצרים, התוצרים משתחררים מן האתר הפעיל, והאנזים חופשי לפעול שוב. אילו האנזים היה נקשר לסובסטרט בקשר בלתי הפיך, לא היו משתחררים תוצרים כלל – אבל בפועל נוצר חמצן במשך 10 דקות.

שאלה 16 · מסלול ה־ $CO_{2}$ בגוף

רב-ברירה

מהו הרצף הנכון של התהליכים שמולקולות CO2\text{CO}_2CO2​ מעורבות בהם בגוף האדם?

א.
נשימה תאית ← דיפוזיה אל הדם ← דיפוזיה אל חלל הנאדית
ב.
דיפוזיה אל הדם ← דיפוזיה אל חלל הנאדית ← נשימה תאית
ג.
דיפוזיה אל הדם ← נשימה תאית ← דיפוזיה אל חלל הנאדית
ד.
נשימה תאית ← דיפוזיה אל חלל הנאדית ← דיפוזיה אל הדם

◂ פתרון מלא לשאלה 16

התשובה הנכונה: א

תשובה:

א – CO2\text{CO}_2CO2​ נוצר בנשימה התאית, עובר בדיפוזיה מן התאים לדם, ובריאות עובר בדיפוזיה מן הדם לחלל הנאדית ונפלט בנשיפה.

התשובה הנכונה: א. CO2\text{CO}_2CO2​ הוא תוצר של הנשימה התאית, ולכן הרצף מתחיל בתאים: (1) בנשימה התאית נוצר CO2\text{CO}_2CO2​ בתאי הגוף, וריכוזו בהם גבוה; (2) הוא עובר בדיפוזיה, לפי מפל הריכוזים, מן התאים לנוזל הרקמה ולדם בנימים; הדם מוביל אותו ללב ומשם לריאות; (3) בנימים שסביב הנאדיות ריכוז ה־CO2\text{CO}_2CO2​ בדם גבוה מריכוזו באוויר שבנאדית, ולכן הוא עובר בדיפוזיה אל חלל הנאדית, ומשם נפלט בנשיפה.
למה האחרות שגויות:
- ב. הרצף מתחיל בדיפוזיה אל הדם ומסתיים בנשימה תאית; אבל ה־CO2\text{CO}_2CO2​ נוצר בנשימה התאית, ולכן היא חייבת להיות השלב הראשון, וה־CO2\text{CO}_2CO2​ אינו מנוצל בנשימה התאית.
- ג. גם כאן ה־CO2\text{CO}_2CO2​ נכנס לדם לפני שנוצר; הנשימה התאית, שבה נוצר ה־CO2\text{CO}_2CO2​, חייבת לבוא קודם.
- ד. מן התאים ה־CO2\text{CO}_2CO2​ אינו יכול להגיע ישירות לחלל הנאדית; הוא חייב לעבור קודם לדם, שמוביל אותו לריאות, ורק שם הוא עובר מן הדם לנאדית.

שאלה 17 · מחזור חיים קצר בצמחים

רב-ברירה

באיזה מסוגי בתי הגידול תצפו למצוא צמחים שמשלימים מחזור חיים – מנביטה עד יצירת זרעים – בזמן הקצר ביותר?

א.
בבתי גידול בגדות נחלים ונהרות.
ב.
בבתי גידול חמים ולחים.
ג.
בבתי גידול שבהם כמות המשקעים רבה.
ד.
בבתי גידול שבהם תקופות יובש ארוכות.

◂ פתרון מלא לשאלה 17

התשובה הנכונה: ד

תשובה:

ד – בבית גידול עם תקופות יובש ארוכות המים זמינים רק לזמן קצר אחרי הגשם, ולכן יש יתרון לצמחים שמשלימים את מחזור החיים במהירות.

התשובה הנכונה: ד. בבתי גידול עם תקופות יובש ארוכות (כמו מדבר), המים זמינים בקרקע רק זמן קצר אחרי גשם. צמח שמשלים את כל מחזור החיים – נביטה, גדילה, פריחה ויצירת זרעים – בזמן קצר, מנצל את תקופת הלחות הקצרה ומשאיר זרעים. הזרעים, שתכולת המים בהם נמוכה ועטופים בקליפה, שורדים את תקופת היובש הארוכה ונובטים בעונת הגשמים הבאה. כך הצמח "נמנע" מן היובש. זו התאמה לגורם האביוטי – זמינות מים מוגבלת – וברירה טבעית מעדיפה בבתי גידול אלה מחזור חיים קצר.
למה האחרות שגויות:
- א. בגדות נחלים ונהרות מים זמינים לאורך כל השנה, ולכן אין לחץ ברירה להשלים את מחזור החיים במהירות; צמחים רבים שם הם רב־שנתיים.
- ב. בבתי גידול חמים ולחים יש מים זמינים לאורך זמן, ולכן אין צורך להשלים את מחזור החיים בחופזה.
- ג. כשכמות המשקעים רבה, המים זמינים רוב השנה; היתרון של מחזור חיים קצר בולט דווקא כשתקופת הזמינות של מים קצרה.

שאלה 18 · הגדרת חילוף חומרים

רב-ברירה

מהו חילוף חומרים (מטבוליזם)?

א.
תהליכי פירוק והרכבה של חומרים המזורזים על ידי אנזימים.
ב.
יציאה של $\text{CO}_2$ מן התאים וכניסה של חמצן לתאים.
ג.
מעבר חומרים מן הסביבה לתאים ולהפך, בהתאם למפל הריכוזים.
ד.
תהליכי חיים המתרחשים רק בתאים אאוקריוטיים.

◂ פתרון מלא לשאלה 18

התשובה הנכונה: א

תשובה:

א – חילוף חומרים הוא כלל התגובות הכימיות בתא – פירוק (קטבוליזם) ובנייה (אנבוליזם) – המזורזות על ידי אנזימים.

התשובה הנכונה: א. חילוף חומרים הוא סך כל התגובות הכימיות המתרחשות ביצור חי: תהליכי פירוק של חומרים מורכבים לפשוטים (למשל פירוק גלוקוז בנשימה התאית, שבהם משתחררת אנרגיה) ותהליכי הרכבה (בנייה) של חומרים מורכבים מפשוטים (למשל בניית חלבונים מחומצות אמינו, שבהם נצרכת אנרגיה). כל התגובות האלה מזורזות על ידי אנזימים.
למה האחרות שגויות:
- ב. יציאת CO2\text{CO}_2CO2​ וכניסת חמצן היא חילוף גזים – מעבר חומרים בדיפוזיה דרך קרום התא; זה חלק קטן ממה שמתרחש בתא ואינו הגדרת חילוף החומרים.
- ג. מעבר חומרים לפי מפל ריכוזים הוא דיפוזיה (הובלה סבילה) דרך הקרום; זו הובלה של חומרים, לא תגובות כימיות של פירוק והרכבה.
- ד. חילוף חומרים מתרחש בכל התאים החיים – גם בתאים פרוקריוטיים (חיידקים) – ולא רק בתאים אאוקריוטיים.

שאלה 19 · סילוק המפרקים מבית גידול

רב-ברירה

מה תהיה התוצאה של סילוק כל המְפָרקים מבית גידול?

א.
עלייה בפירוק של חומרים אי־אורגניים.
ב.
ירידה בפירוק חומרים אורגניים לחומרים אי־אורגניים.
ג.
ירידה בקצב האוסמוזה של מים לתוך השורשים של צמחים.
ד.
עלייה בביומסה של היצרנים בבית הגידול.

◂ פתרון מלא לשאלה 19

התשובה הנכונה: ב

תשובה:

ב – המפרקים מפרקים חומר אורגני מת (פגרים, הפרשות, עלים נושרים) לחומרים אי־אורגניים; בלעדיהם הפירוק הזה כמעט נעצר.

התשובה הנכונה: ב. המפרקים (חיידקים ופטריות) ניזונים מחומר אורגני מת – פגרים, הפרשות ושרידי צמחים – ומפרקים אותו בתהליכי הנשימה שלהם לחומרים אי־אורגניים: CO2\text{CO}_2CO2​, מים ומינרלים (כמו חנקות ופוספטים). כך הם מחזירים את היסודות לסביבה, והיצרנים יכולים לנצל אותם שוב. אם יסולקו כל המפרקים, פירוק החומר האורגני לחומרים אי־אורגניים יפחת מאוד: חומר אורגני מת יצטבר, ומחזורי החומרים בבית הגידול ייפגעו.
למה האחרות שגויות:
- א. המפרקים אינם מפרקים חומרים אי־אורגניים אלא חומרים אורגניים; וסילוקם יקטין את הפירוק ולא יגדיל אותו.
- ג. קצב האוסמוזה לשורשים תלוי בהפרש פוטנציאל המים בין הקרקע לתאי השורש, ולא ישירות במפרקים; זו אינה התוצאה הישירה של סילוקם.
- ד. בלי המפרקים המינרלים אינם מוחזרים לקרקע, והיצרנים יסבלו בהדרגה ממחסור במינרלים – ולכן הביומסה שלהם צפויה לרדת, לא לעלות.

שאלה 20 · התעגלות רצועות בצל בתמיסות מלח

רב-ברירה

בניסוי הכניסו רצועות ישרות מֵעלה של בצל ירוק לכלים שהכילו תמיסות מלח בריכוזים שונים למשך 10 דקות.
התוצאות מוצגות באיור שלהלן.
מה גרם להתעגלות של רצועות הבצל?

א.
כניסה של מלח לתאים
ב.
יציאה של מלח מן התאים
ג.
כניסה של מים לתאים
ד.
יציאה של מים מן התאים

◂ פתרון מלא לשאלה 20

התשובה הנכונה: ג

תשובה:

ג – בתמיסות המלח הנמוכות (0.5%, 1%) פוטנציאל המים בתמיסה גבוה מבתאים, מים נכנסים לתאים באוסמוזה, התאים מתנפחים והרצועה מתעגלת.

התשובה הנכונה: ג. באוסמוזה מים עוברים דרך קרום התא מאזור שבו פוטנציאל המים גבוה (ריכוז מומסים נמוך) לאזור שבו פוטנציאל המים נמוך (ריכוז מומסים גבוה). בתמיסות של 0.5% ו־1% מלח ריכוז המומסים נמוך מן הריכוז בתאי הבצל, ולכן מים נכנסים לתאים, הם מתנפחים והלחץ בהם (טורגור) עולה. התאים בשני צדי הרצועה אינם מתנפחים באותה מידה (בצד אחד יש שכבת אפידרמיס עם קוטיקולה שמתמתחת פחות), ולכן הצד שמתארך יותר מתעקם סביב הצד השני – והרצועה מתעגלת. ככל שריכוז המלח נמוך יותר נכנסים יותר מים, וההתעגלות חזקה יותר (0.5% יותר מ־1%). בתמיסה של 2% מלח פוטנציאל המים בתמיסה אינו גבוה מזה שבתאים, ולכן לא נכנסו מים לתאים (התאים לא התנפחו), והרצועה נשארה ישרה.
למה האחרות שגויות:
- א. קרום התא כמעט אינו חדיר ליוני המלח, והמלח אינו נכנס בכמות משמעותית בזמן קצר; ובכל מקרה ההתעגלות חזקה דווקא בריכוז המלח הנמוך ביותר, שבו פחות מלח יכול להיכנס.
- ב. יציאה של מלח מן התאים אינה התהליך העיקרי באוסמוזה; מה שעובר דרך הקרום הוא בעיקר מים, ונפח התאים משתנה בגלל תנועת המים.
- ד. יציאת מים מן התאים מתרחשת בתמיסה מרוכזת (היפרטונית) וגורמת להתכווצות התאים ולרפיון; ברצועה שבתמיסה המרוכזת ביותר (2%) לא הייתה התעגלות – כלומר ההתעגלות קשורה לכניסת מים ולא ליציאתם.

פרק שני (35 נקודות)

בפרק זה שבע שאלות, 21–27. בחרו בארבע שאלות וענו עליהן במחברת הבחינה (לכל שאלה – 8.75 נקודות).

שאלה 21 · מנגנון השאיפה ואספקת דם לשרירי הנשימה

שאלה פתוחה8.75 נקודות

א.

להלן רשימת רכיבים של מנגנון השאיפה, ובסוגריים שני מצבים אפשריים שלהם.
העתיקו למחברת את הרכיבים לפי הסדר הנכון בזמן השאיפה, וציינו ליד כל רכיב את המצב הנכון שלו.
– אוויר (נכנס/יוצא)
– נפח בית החזה (קטן/גדל)
– השרירים הבין־צלעיים והסרעפת (מתכווצים/מתרפים)
– לחץ האוויר בריאות (קטן/גדל)

(5 נקודות)

ב.

הסבירו כיצד פגיעה באספקת הדם לשרירים הבין־צלעיים ולסרעפת יכולה לגרום לירידה בכמות האוויר הנכנס לריאות.

(3.75 נקודות)

◂ פתרון מלא לשאלה 21

סעיף א

תשובה:

1. השרירים הבין־צלעיים והסרעפת – מתכווצים; 2. נפח בית החזה – גדל; 3. לחץ האוויר בריאות – קטן; 4. אוויר – נכנס.

הסדר הנכון בזמן השאיפה:
1. השרירים הבין־צלעיים והסרעפת – מתכווצים. הסרעפת המתכווצת משתטחת ויורדת, והשרירים הבין־צלעיים מרימים את הצלעות כלפי מעלה והחוצה.
2. נפח בית החזה – גדל. הריאות צמודות לדופן בית החזה, ולכן גם נפח הריאות גדל.
3. לחץ האוויר בריאות – קטן. כשהנפח גדל, אותה כמות אוויר מתפזרת בנפח גדול יותר, ולחץ האוויר בריאות יורד אל מתחת ללחץ האוויר בסביבה.
4. אוויר – נכנס. אוויר זורם מאזור של לחץ גבוה (הסביבה) לאזור של לחץ נמוך (הריאות).
טעות נפוצה: להפוך את הסדר ולכתוב שהאוויר נכנס ולכן הריאות מתנפחות ובית החזה גדל. כניסת האוויר היא תוצאה של הירידה בלחץ, שנגרמת מהגדלת הנפח בעקבות כיווץ השרירים.

סעיף ב

תשובה:

פחות דם ← פחות חמצן וגלוקוז מגיעים לתאי השרירים ← פחות נשימה תאית ← פחות ATP ← השרירים מתכווצים פחות (חלש יותר) ← נפח בית החזה גדל פחות ← הלחץ בריאות יורד פחות ← נכנס פחות אוויר.

הדם מספק לתאי השריר חמצן וגלוקוז. תאי השרירים הבין־צלעיים והסרעפת מפיקים את האנרגיה לכיווץ (ATP) בתהליך הנשימה התאית, שבה מפורק גלוקוז בנוכחות חמצן.
פגיעה באספקת הדם ← פחות חמצן וגלוקוז מגיעים לתאי השריר ← קצב הנשימה התאית יורד ← נוצר פחות ATP ← השרירים מתכווצים בעוצמה קטנה יותר ← נפח בית החזה גדל פחות בזמן השאיפה ← לחץ האוויר בריאות יורד פחות ← ההפרש בין לחץ האוויר בסביבה ללחץ בריאות קטן ← נכנס פחות אוויר לריאות.
(בנוסף, הדם מפנה מהשרירים את ה־CO2\text{CO}_2CO2​ ואת שאר הפסולת; הצטברותם פוגעת גם היא בתפקוד השריר.)

שאלה 22 · איבוד מים מהגוף במנוחה ובפעילות מאומצת

שאלה פתוחה8.75 נקודות

גוף האדם מאבד מים בדרכים שונות. בָּדקו כמה מים אדם מאבד מגופו באותם תנאי סביבה, בשני מצבים: מנוחה ופעילות גופנית מאומצת. התוצאות מוצגות בטבלה שלהלן.
איבוד מים (מ"ל ליום)
במנוחהבפעילות מאומצת
מן הריאות350650
בזיעה1005000
בשתן1500500

	במנוחה	בפעילות מאומצת
מן הריאות	350	650
בזיעה	100	5000
בשתן	1500	500

א.

(1)

הַסבירו את היתרון בהגברת ההזעה במהלך פעילות מאומצת.

(2)

במצב של פעילות גופנית מאומצת ריכוז ה־ CO2\text{CO}_2CO2​  בדם עולה.
הַסבירו את ההשפעה של עלייה זו על כמות המים הנפלטת מן הריאות.

(5.75 נקודות)

ב.

אצל חולים במחלה מסוימת רמת ההורמון ADH נמוכה מאוד. לחולים במחלה זו מומלץ להימנע מפעילות גופנית מאומצת.
הַסבירו מדוע ממליצים זאת. בהסבר התבססו גם על נתונים מן הטבלה.

(3 נקודות)

◂ פתרון מלא לשאלה 22

סעיף א

(1)

תשובה:

בפעילות מאומצת נוצר בשרירים חום רב (נשימה תאית מוגברת). אידוי הזיעה מעור הגוף צורך חום מהגוף ← הגוף מתקרר ← נמנעת עלייה מסוכנת בטמפרטורת הגוף, השומרת על פעילות האנזימים.

בפעילות מאומצת קצב הנשימה התאית בתאי השרירים עולה מאוד, וחלק גדול מהאנרגיה המשתחררת בה נפלט כחום ← טמפרטורת הגוף עלולה לעלות.
הזיעה מופרשת אל פני העור, והתאדות המים שבה צורכת חום, הנלקח מהעור ומהדם הזורם בו ← הגוף מתקרר. כך נשמרת טמפרטורת גוף קבועה (ויסות חום), ונמנעת התחממות יתר שעלולה לגרום לדנטורציה של אנזימים ולפגיעה בתהליכים בתאים.
לפי הטבלה, איבוד המים בזיעה עולה מ־100100100 מ"ל ליום במנוחה ל־500050005000 מ"ל ליום בפעילות מאומצת (פי 505050) – ביטוי להגברת ההזעה.

(2)

תשובה:

עליית ריכוז ה־CO2\text{CO}_2CO2​ בדם מזוהה במרכז הנשימה (בגזע המוח) ← קצב הנשימה ועומקה עולים ← יותר אוויר נשוף בכל דקה, והאוויר הנשוף רווי באדי מים ← יותר מים נפלטים מהריאות (650 לעומת 350 מ"ל ליום).

עליית ריכוז ה־CO2\text{CO}_2CO2​ בדם (ובעקבותיה ירידה ב־pH של הדם) נקלטת בקולטנים ומשפיעה על מרכז הנשימה בגזע המוח (המוח המוארך) ← נשלחים דחפים עצביים מוגברים לשרירי הנשימה ← קצב הנשימה ועומקה עולים.
האוויר בנאדיות הריאה רווי באדי מים (פני הנאדיות לחים), ולכן כל נשיפה מוציאה מהגוף אדי מים. כשנפח האוויר הנשוף בכל דקה גדל ← כמות המים הנפלטת מן הריאות גדלה.
לפי הטבלה, איבוד המים מן הריאות עולה מ־350350350 מ"ל ליום במנוחה ל־650650650 מ"ל ליום בפעילות מאומצת (פי 1.861.861.86 בערך).
(הגברת הנשימה היא גם שמאפשרת לפנות את עודף ה־CO2\text{CO}_2CO2​ ולספק יותר חמצן לשרירים.)

סעיף ב

תשובה:

ADH מגביר את ספיגת המים חזרה בכליות; בלעדיו החולים מאבדים כמות גדולה של מים בשתן ואינם יכולים לצמצם אותה. בפעילות מאומצת איבוד המים בזיעה עולה מ־100 ל־5000 מ"ל ליום, ובאדם בריא הדבר מאוזן בירידת השתן מ־1500 ל־500 מ"ל (בזכות ADH). אצל החולים השתן לא יקטן ← איבוד מים גדול מאוד ← סכנת התייבשות.

תפקיד ADH: כשנפח המים בגוף יורד (וריכוז המומסים בדם עולה), מופרש ADH, הגורם לכליות לספוג חזרה מים מהתסנין (בצינוריות המאספות) אל הדם ← השתן מרוכז ונפחו קטן ← נחסכים מים.
לפי הטבלה: בפעילות מאומצת איבוד המים בזיעה עולה מ־100100100 ל־500050005000 מ"ל ליום, ומן הריאות מ־350350350 ל־650650650 מ"ל ליום. אצל אדם בריא הגוף מפצה על כך בהגברת הפרשת ADH, ולכן איבוד המים בשתן יורד מ־150015001500 ל־500500500 מ"ל ליום.
אצל החולים: רמת ה־ADH נמוכה מאוד, ולכן הכליות אינן יכולות להגביר את ספיגת המים חזרה – השתן נשאר מרובה ומהול, ואיבוד המים בשתן אינו יורד (גם במנוחה הוא גבוה). בפעילות מאומצת יתווסף לכך איבוד המים הגדול בזיעה ובנשימה ← איבוד המים הכולל יהיה גדול מאוד (למשל: 650+5000+1500=7150650 + 5000 + 1500 = 7150650+5000+1500=7150 מ"ל ליום לפחות, לעומת 615061506150 אצל אדם בריא) ← סכנת התייבשות: ירידה בנפח הדם ובלחץ הדם ופגיעה בתפקוד התאים. לכן מומלץ להם להימנע מפעילות מאומצת.

שאלה 23 · חיידקים מפרקי פלסטיק וטמפרטורה במזבלה

שאלה פתוחה8.75 נקודות

פלסטיק הוא חומר אורגני מלאכותי, והוא כמעט שאינו מתפרק בטבע לחומרים אי־אורגניים.
חוקרים גילו במזבלה חיידקים המייצרים אנזים המזרז פירוק של פלסטיק, וניזונים מחומרי הפירוק.

א.

(1)

הַסבירו מדוע הסיכוי להימצאות חיידקים מפרקי פלסטיק בסביבה שיש בה כמות גדולה של פלסטיק גבוה יותר מן הסיכוי להימצאותם בסביבה שיש בה מעט פלסטיק.

(2)

נעשים ניסיונות שונים להגביל את השימוש בפלסטיק.
האם לדעתכם, לאור גילוי החיידקים המפרקים פלסטיק, עדיין יש צורך לנסות להגביל את השימוש בפלסטיק?
הָביאו נימוק אחד התומך בדעתכם.

(5 נקודות)

ב.

פעילות המְפרקים במזבלות גורמת לעליית הטמפרטורה במזבלה.
הַסבירו מדוע בטווח טמפרטורות מסוים עלייה של הטמפרטורה יכולה להעלות את קצב הפירוק, ומדוע בטווח אחר עלייתה יכולה להוריד את קצב הפירוק.

(3.75 נקודות)

◂ פתרון מלא לשאלה 23

סעיף א

(1)

תשובה:

ברירה טבעית: בסביבה עשירה בפלסטיק, לחיידקים שיש להם אנזים לפירוק פלסטיק יש מקור מזון שאין לחיידקים אחרים ← הם שורדים ומתרבים יותר ← שכיחותם באוכלוסייה עולה. בסביבה עם מעט פלסטיק התכונה אינה מקנה יתרון.

ההסבר מבוסס על ברירה טבעית:
1. באוכלוסיית החיידקים יש שונות תורשתית; היכולת לייצר אנזים מפרק פלסטיק נוצרה בעקבות מוטציה אקראית בחלק מהחיידקים.
2. בסביבה שיש בה כמות גדולה של פלסטיק, החיידקים מפרקי הפלסטיק יכולים לנצל מקור מזון (מקור לפחמן ולאנרגיה) שחיידקים אחרים אינם יכולים לנצל ← יש להם יתרון – פחות תחרות על המזון ויותר חומרים לנשימה תאית ולבניית חומרי התא.
3. לכן הם שורדים ומתרבים (בחלוקה) יותר מחיידקים אחרים, ומעבירים לצאצאיהם את הגן לאנזים ← שכיחותם באוכלוסייה עולה.
4. בסביבה שיש בה מעט פלסטיק, היכולת לפרק פלסטיק כמעט אינה מקנה יתרון (ואף ייצור האנזים "עולה" לתא באנרגיה ובחומרים), ולכן חיידקים אלה אינם נבררים, והסיכוי למצוא אותם נמוך.
טעות נפוצה: לכתוב שהחיידקים "פיתחו" את האנזים כדי לפרק את הפלסטיק שבסביבה. הפלסטיק אינו גורם להופעת האנזים; המוטציה מופיעה באקראי, והסביבה בוררת את החיידקים הנושאים אותה.

(2)

תשובה:

כן. למשל: פירוק הפלסטיק בידי החיידקים איטי, והחיידקים נמצאים רק במקומות מסוימים (מזבלות), ואילו הפלסטיק מצטבר בכמויות עצומות ובכל מקום (בים, בקרקע) ופוגע בבעלי חיים כבר עכשיו.

כן, עדיין יש צורך להגביל את השימוש בפלסטיק.
נימוק (אחד מספיק): החיידקים נמצאו רק במקומות מסוימים (במזבלה), וקצב הפירוק בידיהם איטי בהשוואה לקצב שבו מיוצר ומצטבר פלסטיק. הפלסטיק מצטבר בכמויות גדולות בכל בתי הגידול – בים, בחופים ובקרקע – ופוגע ביצורים חיים (בעלי חיים בולעים פסולת פלסטיק או נלכדים בה) כבר עכשיו. לכן אי אפשר לסמוך על החיידקים שיפתרו את הבעיה.
נימוקים אפשריים נוספים:
•פירוק הפלסטיק בידי החיידקים ונשימתם התאית משחררים CO2\text{CO}_2CO2​ – גז חממה התורם להתחממות כדור הארץ.
•ייצור הפלסטיק עצמו צורך משאבים (נפט) ואנרגיה ומזהם את הסביבה, בלי קשר לפירוקו.
•החיידקים זקוקים לתנאים מתאימים (טמפרטורה, לחות) ואינם פעילים בכל מקום, וייתכן שאינם מפרקים את כל סוגי הפלסטיק.
(תשובה "לא" מתקבלת רק עם נימוק ביולוגי מבוסס, למשל שאפשר יהיה לפרק את הפלסטיק במתקנים מבוקרים בעזרת החיידקים; אך גם אז יש להתייחס לכמויות ולקצב.)

סעיף ב

תשובה:

עד לטמפרטורה המיטבית: עלייה בטמפרטורה מגבירה את תנועת המולקולות ← יותר מפגשים בין האנזימים לסובסטרט ← קצב הפירוק עולה. מעל הטמפרטורה המיטבית: האנזימים (וחלבוני החיידקים) עוברים דנטורציה – המבנה המרחבי והאתר הפעיל משתנים ← פחות קומפלקסים אנזים–סובסטרט ← קצב הפירוק יורד (והחיידקים עלולים למות).

הפירוק נעשה בתהליכים המזורזים בידי אנזימים של המפרקים, וקצבם תלוי בטמפרטורה.
טווח שבו עליית הטמפרטורה מעלה את קצב הפירוק – טמפרטורות נמוכות מהטמפרטורה המיטבית (האופטימלית) של האנזימים: עליית הטמפרטורה מגבירה את האנרגיה הקינטית של המולקולות ← הן נעות מהר יותר ← יותר מפגשים בין מולקולות הסובסטרט לאתר הפעיל של האנזים ← נוצרים יותר קומפלקסים אנזים–סובסטרט ביחידת זמן ← קצב הפירוק עולה (וגם קצב חילוף החומרים והרבייה של המפרקים).
טווח שבו עליית הטמפרטורה מורידה את קצב הפירוק – טמפרטורות גבוהות מהטמפרטורה המיטבית: החום שובר קשרים חלשים המייצבים את המבנה המרחבי של חלבון האנזים ← דנטורציה ← צורת האתר הפעיל משתנה, והסובסטרט אינו נקשר אליו ← קצב הפירוק יורד. בטמפרטורה גבוהה מאוד גם חלבונים נוספים וקרומי התאים של המפרקים נפגעים, והם מתים.
טעות נפוצה: לכתוב שבטמפרטורה גבוהה האנזים "מת". אנזים הוא חלבון ואינו יצור חי – הוא עובר דנטורציה (שינוי מבני).

שאלה 24 · החצב – חומרים אורגניים בבצל ובעלים במהלך השנה

שאלה פתוחה8.75 נקודות

חצב הוא גאופיט נפוץ בישראל. הגרף שלהלן מתאר את המשקל של החומרים האורגניים בבצל החצב ובעלים הירוקים שלו במהלך השנה.

א.

הַסבירו את הנתון של משקל החומרים האורגניים בבצל בגרף בזמן t1\text{t}_1t1​  ואת הנתון בזמן t2\text{t}_2t2​ . בתשובה התבססו על המידע שבגרף ועל התהליכים המתרחשים בצמח החצב.

(5.75 נקודות)

ב.

במחזור החיים של החצב יש כמה התאמות לבית הגידול. הַסבירו התאמה אחת של החצב (גאופיט) לסביבה ים־תיכונית שבה הגשם יורד רק בחלק מן השנה. בהסבר התייחסו למידע בגרף.

(3 נקודות)

◂ פתרון מלא לשאלה 24

סעיף א

תשובה:

ב־t1\text{t}_1t1​ (תחילת החורף) משקל החומרים האורגניים בבצל מינימלי: מסוף הקיץ ובסתיו החומרים האגורים בבצל נוצלו לנשימה תאית ולבניית העלים (ולפריחה), בלי פוטוסינתזה. מ־t1\text{t}_1t1​ העלים מבצעים פוטוסינתזה בקצב גבוה, והעודף מועבר לבצל – משקלו מתחיל לעלות. ב־t2\text{t}_2t2​ (אביב) משקל הבצל גבוה (כמעט מרבי): במשך החורף והאביב נאגרו בו תוצרי הפוטוסינתזה של העלים; ב־t2\text{t}_2t2​ העלים מתייבשים ומתים (משקלם יורד לאפס), והחומרים מהם הועברו לבצל, שבו הם נשמרים לקיץ.

בזמן t1\text{t}_1t1​ (בתחילת החורף) משקל החומרים האורגניים בבצל מגיע לערך המינימלי בגרף.
•בקיץ אין לחצב עלים, ולכן אין פוטוסינתזה. מסוף הקיץ ובמהלך הסתיו משקל הבצל יורד: החומרים האורגניים האגורים בו (למשל עמילן) מפורקים בנשימה תאית לאספקת אנרגיה (ATP), ומועברים לבניית איברים חדשים – תפרחת ובעיקר העלים, שמשקלם עולה מתחילת הסתיו.
•סביב t1\text{t}_1t1​ העלים כבר גדולים ומבצעים פוטוסינתזה בקצב גבוה. מעתה קצב יצירת החומרים האורגניים בעלים עולה על צריכתם, והעודף (סוכר) מועבר בשיפה מהעלים אל הבצל ← מ־t1\text{t}_1t1​ משקל הבצל מתחיל לעלות.
בזמן t2\text{t}_2t2​ (באביב) משקל החומרים האורגניים בבצל גבוה – קרוב לערך המרבי – ואילו משקל העלים יורד בחדות לאפס.
•במשך החורף ותחילת האביב העלים ביצעו פוטוסינתזה, ותוצריה הועברו אל הבצל ונאגרו בו (כעמילן) ← משקל הבצל עלה בחדות.
•ב־t2\text{t}_2t2​ העלים מתייבשים ומתים; לפני כן חלק מהחומרים שבהם הועבר לבצל. מעתה אין פוטוסינתזה, והבצל נשאר עם מאגר גדול של חומרים אורגניים. משקלו נשאר כמעט קבוע בקיץ, כי הבצל במצב תרדמה וקצב הנשימה התאית בו נמוך.
טעות נפוצה: לכתוב שהבצל מבצע פוטוסינתזה. הבצל נמצא בקרקע ואין בו כלורופיל – הוא איבר אגירה; הפוטוסינתזה מתבצעת בעלים הירוקים.

סעיף ב

תשובה:

לחצב יש עלים רק בעונה הגשומה (מהסתיו ועד האביב, לפי הגרף), ובקיץ היבש הוא שורד כבצל תת־קרקעי ללא עלים ← אין איבוד מים בדיות בעונה היבשה; החומרים שנאגרו בבצל מאפשרים לו לבנות עלים במהירות בתחילת עונת הגשמים.

ההתאמה: השלת העלים בעונה היבשה ואגירת חומרים בבצל תת־קרקעי.
לפי הגרף, לחצב יש עלים ירוקים רק מהסתיו ועד האביב – כלומר בעונה הגשומה, כשיש מים זמינים בקרקע. בתקופה זו הוא מבצע פוטוסינתזה ואוגר את תוצריה בבצל (עליית משקל הבצל בחורף ובאביב). ב־t2\text{t}_2t2​, לקראת הקיץ היבש, העלים מתים.
מדוע זו התאמה: בקיץ אין גשם והקרקע יבשה. צמח בעל עלים היה מאבד מים רבים בדיות ולא היה יכול לקלוט מים מהקרקע. החצב שורד את הקיץ כבצל תת־קרקעי ללא עלים ← כמעט אינו מאבד מים, והקרקע מגינה על הבצל מחום ומהתייבשות.
ובנוסף: החומרים האורגניים שנאגרו בבצל מאפשרים לחצב לבנות עלים במהירות מיד עם תחילת עונת הגשמים, עוד לפני שהוא מבצע פוטוסינתזה (ירידת משקל הבצל בסתיו) – וכך לנצל את כל עונת הגשמים לפוטוסינתזה ולאגירה.

שאלה 25 · אינסולין וקצב כניסת גלוקוז לתאים; גלוקוז בשתן

שאלה פתוחה8.75 נקודות

א.

בשנת 2021 צוינו 100 שנים לגילוי האינסולין. במהלך השנים נערכו מחקרים רבים על הורמון זה.
באחד מהם בדקו את קצב כניסת הגלוקוז לתאים מסוימים ששהו בתמיסות בריכוזים שונים של אינסולין.
התוצאות מתוארות בגרף שלהלן.

(1)

באיזה טווח ריכוזים, A או B , ריכוז האינסולין הוא הגורם המגביל את קצב כניסת הגלוקוז לתאים?
נַמקו את התשובה.

(2)

מה יכול להיות הגורם המגביל את קצב כניסת הגלוקוז בטווח הריכוזים האחר? הַסבירו את התשובה.

(5.75 נקודות)

ב.

אצל אנשים חולי סוכרת יכול להיות גלוקוז בשתן, ואילו אצל אנשים בריאים אין גלוקוז בשתן.
מדוע אצל אנשים בריאים אין גלוקוז בשתן? הסבירו את הגורם לכך.

(3 נקודות)

◂ פתרון מלא לשאלה 25

סעיף א

(1)

תשובה:

בטווח A – בו עלייה בריכוז האינסולין מעלה את קצב כניסת הגלוקוז לתאים; בטווח B הקצב קבוע למרות העלייה בריכוז האינסולין.

בטווח A.
נימוק: גורם מגביל הוא גורם שהגדלתו מגדילה את קצב התהליך. בטווח A, ככל שריכוז האינסולין עולה – קצב כניסת הגלוקוז לתאים עולה, כלומר הקצב תלוי בריכוז האינסולין. בטווח B הקצב קבוע (הגיע לרוויה) גם כשריכוז האינסולין ממשיך לעלות – כלומר שם האינסולין אינו מגביל את הקצב.

(2)

תשובה:

למשל מספר הקולטנים לאינסולין על קרום התא (או מספר החלבונים הנשאים לגלוקוז בקרום): בטווח B כל הקולטנים תפוסים, ולכן תוספת אינסולין אינה מגבירה את האות לתא, ומספר הנשאים בקרום וקצב כניסת הגלוקוז נשארים קבועים.

גורם אפשרי: מספר הקולטנים לאינסולין בקרום התא.
האינסולין הוא הורמון חלבוני שאינו נכנס לתא; הוא נקשר לקולטנים ייחודיים על קרום תאי המטרה, ובעקבות הקישור התא מגביר את כניסת הגלוקוז (מוצבים בקרום יותר חלבונים נשאים לגלוקוז, שדרכם הגלוקוז נכנס בדיפוזיה מואצת). בטווח B ריכוז האינסולין גבוה כל כך שכל הקולטנים תפוסים (רוויה) – תוספת אינסולין אינה מוצאת קולטנים פנויים, ולכן אינה מגבירה עוד את כניסת הגלוקוז.
גורמים אפשריים נוספים (כל אחד עם הסבר מתאים):
- מספר החלבונים הנשאים לגלוקוז בקרום – כשכל הנשאים פועלים בקצב המרבי, קצב המעבר אינו יכול לעלות.
- ריכוז הגלוקוז בתמיסה שמחוץ לתאים – הגלוקוז נכנס בדיפוזיה מואצת, לפי מפל הריכוזים; כשריכוזו קבוע ומוגבל, קצב כניסתו מוגבל.
טעות נפוצה: לכתוב שהאינסולין "מכניס" או "נושא" את הגלוקוז לתוך התא. האינסולין הוא שליח – הוא נקשר לקולטן ומפעיל תגובה בתא.

סעיף ב

תשובה:

בכליות גלוקוז מסונן מהדם אל התסנין, אך אצל אדם בריא כולו נספג חזרה לדם בצינוריות (בעזרת חלבונים נשאים, בהובלה פעילה). רמת הגלוקוז בדם מווסתת (בעזרת אינסולין), ולכן כמות הגלוקוז בתסנין אינה עולה על יכולת הספיגה – ולא נשאר גלוקוז בשתן.

בנפרונים שבכליות מתבצע סינון של הדם: מים ומולקולות קטנות, וביניהן גלוקוז, עוברים מנימי הדם אל התסנין. כלומר גם אצל אדם בריא יש גלוקוז בתסנין.
בהמשך, בצינוריות הנפרון, כל הגלוקוז נספג חזרה מהתסנין אל הדם – בעזרת חלבונים נשאים בקרומי תאי הצינורית (הובלה פעילה). לכן לא נשאר גלוקוז בשתן.
הגורם לכך אצל אנשים בריאים: רמת הגלוקוז בדם מווסתת (בעזרת אינסולין, המגביר את כניסת הגלוקוז לתאים ואת אגירתו) ונשמרת בטווח התקין. לכן כמות הגלוקוז המגיעה לתסנין אינה עולה על יכולת הספיגה של הנשאים, וכולה נספגת חזרה.
(אצל חולי סוכרת ריכוז הגלוקוז בדם גבוה מאוד ← בתסנין יש יותר גלוקוז ממה שהנשאים מסוגלים לספוג (הם רוויים) ← העודף נשאר בתסנין ומופרש בשתן.)

שאלה 26 · תורשת צבע הפרחים בכלניות ומיוזה

שאלה פתוחה8.75 נקודות

צבע הפרחים בכלניות הוא תכונה תורשתית.

א.

(1)

בטבלה שלהלן מוצגים נתונים של הכלאות בין כלניות אדומות לכלניות לבנות.
בהנחה ששני אללים קובעים את צבע הפרח – אדום או לבן – קבעו על פי תוצאות ההכלאות איזה מן האללים הוא האלל הרצסיבי. נַמקו את הקביעה.
הוריםצאצאים
לבן × לבן17 לבנים, 5 אדומים
לבן × אדום12 לבנים, 14 אדומים
אדום × אדום0 לבנים, 23 אדומים

הורים	צאצאים
לבן × לבן	17 לבנים, 5 אדומים
לבן × אדום	12 לבנים, 14 אדומים
אדום × אדום	0 לבנים, 23 אדומים

(2)

אחד מן האללים מקודד לחלבון A , הגורם לפירוק חומר הצבע האדום.
ציינו את צבעו של פרט הטרוזיגוט, והסבירו כיצד צבע זה מתקבל על סמך המידע על חלבון A .

(6.75 נקודות)

ב.

בטבע יש כלניות בצבעים שונים, מלבד אדום ולבן. צבעים אלה נוצרים בהשפעת גנים נוספים.
מגוון הצבעים של פרחי הכלנית הוא דוגמה לשונות תורשתית.
כיצד תהליך המיוזה תורם להגדלת השונות התורשתית באוכלוסייה? הַציעו הסבר אחד.

(2 נקודות)

◂ פתרון מלא לשאלה 26

סעיף א

(1)

תשובה:

האלל לצבע אדום הוא הרצסיבי: בהכלאה לבן × לבן נולדו גם צאצאים אדומים (בערך 3 לבנים : 1 אדום), כלומר ההורים הלבנים נושאים אלל לאדום שאינו מתבטא בהם.

האלל לצבע אדום הוא האלל הרצסיבי.
נימוק: בהכלאה לבן × לבן התקבלו גם צאצאים אדומים (555 מתוך 222222). שני ההורים לבנים, ולכן כל אחד מהם חייב לשאת אלל לצבע אדום שאינו מתבטא בו – כלומר ההורים הטרוזיגוטים, והאלל לאדום רצסיבי (מוסתר בידי האלל ללבן הדומיננטי). הצאצאים האדומים קיבלו אלל לאדום משני ההורים (הומוזיגוטים רצסיביים).
היחס בצאצאים, 17:5≈3.4:117 : 5 \approx 3.4 : 117:5≈3.4:1, קרוב ליחס 3:13 : 13:1 הצפוי בהכלאה בין שני הטרוזיגוטים. גם ההכלאה אדום × אדום מתאימה: כל הצאצאים אדומים, כצפוי בהכלאה בין שני הומוזיגוטים רצסיביים. (בהכלאה לבן × אדום התקבל יחס של כ־1:11 : 11:1 – 12:1412 : 1412:14 – כצפוי מהכלאת הטרוזיגוט עם הומוזיגוט רצסיבי.)

(2)

תשובה:

לבן. האלל הדומיננטי (ללבן) מקודד לחלבון A; בהטרוזיגוט יש עותק אחד של אלל זה, ודי בו כדי לייצר חלבון A שמפרק את חומר הצבע האדום ← הפרח לבן.

צבע ההטרוזיגוט: לבן.
הסבר: האלל המקודד לחלבון A הוא האלל ללבן (הדומיננטי): חלבון A מפרק את חומר הצבע האדום, ולכן כשהוא נוצר – הפרח לבן. האלל לאדום (הרצסיבי) אינו מקודד לחלבון A פעיל.
•בפרט ההטרוזיגוט יש עותק אחד של האלל ללבן ← על פיו מתבצעים שעתוק ותרגום, ונוצר חלבון A ← חלבון A (אנזים) מפרק את חומר הצבע האדום ← הפרח לבן. כמות החלבון שנוצרת מעותק אחד מספיקה לפירוק הצבע, ולכן האלל ללבן דומיננטי.
•רק בפרט ההומוזיגוט לאלל לאדום אין חלבון A פעיל ← חומר הצבע האדום אינו מפורק ← הפרח אדום.

סעיף ב

תשובה:

במיוזה (חלוקה ראשונה) הכרומוזומים ההומולוגיים מכל זוג נפרדים זה מזה ומתחלקים באקראי ובאופן בלתי תלוי בין התאים הנוצרים ← כל תא מין מקבל צירוף שונה של אללים של גנים שונים (גם שחלוף יוצר צירופים חדשים) ← בהפריה נוצרים צאצאים בצירופים מגוונים.

הסבר (אחד מספיק):
חלוקה בלתי תלויה של הכרומוזומים: בחלוקה הראשונה של המיוזה הכרומוזומים ההומולוגיים בכל זוג (אחד שמקורו מהאב ואחד מהאם) נפרדים זה מזה, וכל אחד מהם עובר באקראי לאחד התאים הנוצרים – ללא תלות בזוגות האחרים. לכן תאי המין שנוצרים נושאים צירופים שונים של אללים של הגנים הקובעים את הצבע (ושל גנים אחרים). בהפריה מתאחדים תאי מין שונים ← נוצרים צאצאים בעלי צירופי אללים חדשים ← מגוון צבעים רב יותר באוכלוסייה.
הסבר אפשרי אחר – שחלוף (Crossing over): בתחילת המיוזה כרומוזומים הומולוגיים מחליפים ביניהם קטעים ← נוצרים כרומוזומים בעלי צירופים חדשים של אללים של גנים הנמצאים על אותו כרומוזום ← תאי מין מגוונים יותר.
טעות נפוצה: לכתוב שהמיוזה "יוצרת אללים חדשים". אללים חדשים נוצרים במוטציות; המיוזה יוצרת צירופים חדשים של אללים קיימים.

שאלה 27 · קרום התא – אינדיקטור אדום ניטרלי; נשימה תאית ותסיסה

שאלה פתוחה8.75 נקודות

א.

האינדיקטור (חומר בוחן) "אדום ניטרלי" הוא אדום בתמיסה חומצית, וצהוב בתמיסה בסיסית.
נתון כלי ובו תמיסה בסיסית בטמפרטורה של 40∘C40^{\circ}\text{C}40∘C . הוסיפו לכלי שְׁמָרים ואת האינדיקטור "אדום ניטרלי".
צבע תאי השמרים היה אדום.
הוסיפו דטרגנט לכלי, וצבע תאי השמרים השתנה לצהוב. הַסבירו מדוע השתנה הצבע של תאי השמרים מאדום לצהוב.

(3.75 נקודות)

ב.

שמרים מסוגלים לבצע נשימה תאית אווירנית (אירובית) וגם תסיסה כוהלית.
הַעתיקו את הטבלה שלהלן למחברת.
– בנוגע לכל אחד מן החומרים המוצגים בטבלה – בחרו לכל תהליך באחת מן האפשרויות: מגיב או תוצר או לא קשור לתהליך, וכִתבו אותה במקום המתאים בטבלה שבמחברת.
– בנוגע לאנרגייה המתקבלת – בחרו לכל תהליך באחת מן האפשרויות: מעטה או רבה, וכִתבו אותה במקום המתאים בטבלה שבמחברת.
התהליכיםCO2\text{CO}_2CO2​חמצןחד־סוכרחומצה לקטית (חומצת חלב)האנרגייה המתקבלת
(מגיב / תוצר / לא קשור לתהליך)(מעטה / רבה)
נשימה תאית אווירנית (אירובית)
תסיסה כוהלית

(5 נקודות)

◂ פתרון מלא לשאלה 27

סעיף א

תשובה:

בתוך תאי השמרים הסביבה חומצית, והקרום השלם (בררני) שומר על הבדל בין תוך התא לתמיסה הבסיסית שבחוץ – לכן האינדיקטור בתאים אדום. הדטרגנט ממיס את הפוספוליפידים של הקרום ← הקרום מתפרק ← תוכן התא מתערבב עם התמיסה הבסיסית ← האינדיקטור בתאים נמצא בסביבה בסיסית ← צהוב.

לפני הוספת הדטרגנט: האינדיקטור חדר לתאי השמרים, והתאים נצבעו אדום – כלומר בתוך התאים הסביבה חומצית, אף שהתמיסה שמחוץ לתאים בסיסית. ההבדל נשמר כי קרום התא השלם הוא בררני (חדיר באופן בררני): הוא מפריד בין תוך התא לסביבה ואינו מאפשר מעבר חופשי של חומרים (למשל יונים), ולכן ה־pH בתא שונה מזה שבחוץ. (הטמפרטורה 40∘C40^{\circ}\text{C}40∘C אינה פוגעת בתאים.)
לאחר הוספת הדטרגנט: הדטרגנט ממיס את הפוספוליפידים שבשכבה הכפולה של הקרום ← הקרום מתפרק ומאבד את הבררנות ← תוכן התא מתערבב עם התמיסה הבסיסית שבכלי ← האינדיקטור שבתאים נמצא כעת בסביבה בסיסית ← הצבע משתנה לצהוב.
טעות נפוצה: לכתוב שהדטרגנט עצמו בסיסי ולכן שינה את הצבע. השינוי נובע מהרס הקרום, שהפסיק להפריד בין הסביבה החומצית בתא לתמיסה הבסיסית בחוץ.

סעיף ב

תשובה:

נשימה אווירנית: CO2\text{CO}_2CO2​ – תוצר; חמצן – מגיב; חד־סוכר – מגיב; חומצה לקטית – לא קשור; אנרגייה – רבה. תסיסה כוהלית: CO2\text{CO}_2CO2​ – תוצר; חמצן – לא קשור; חד־סוכר – מגיב; חומצה לקטית – לא קשור; אנרגייה – מעטה.

התהליכיםCO2\text{CO}_2CO2​חמצןחד־סוכרחומצה לקטיתהאנרגייה המתקבלת
נשימה תאית אווירניתתוצרמגיבמגיבלא קשור לתהליךרבה
תסיסה כוהליתתוצרלא קשור לתהליךמגיבלא קשור לתהליךמעטה
הסבר:
- נשימה תאית אווירנית: C6H12O6+6O2→6CO2+6H2O\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6 + 6\text{O}_2 \rightarrow 6\text{CO}_2 + 6\text{H}_2\text{O}C6​H12​O6​+6O2​→6CO2​+6H2​O. החד־סוכר (גלוקוז) מתפרק במלואו בנוכחות חמצן, ולכן מופקת אנרגייה רבה (כ־303030 ATP ויותר לכל מולקולת גלוקוז).
- תסיסה כוהלית: C6H12O6→2C2H5OH+2CO2\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6 \rightarrow 2\text{C}_2\text{H}_5\text{OH} + 2\text{CO}_2C6​H12​O6​→2C2​H5​OH+2CO2​. מתרחשת ללא חמצן; הגלוקוז מתפרק רק חלקית (לכוהל, שעדיין עשיר באנרגייה), ולכן מופקת אנרגייה מעטה (222 ATP לכל מולקולת גלוקוז, מהגליקוליזה).
- חומצה לקטית היא תוצר של תסיסה לקטית (למשל בתאי שריר או בחיידקי חומצת חלב), ואינה קשורה לאף אחד משני התהליכים שבטבלה.
טעות נפוצה: לסמן שבתסיסה כוהלית נוצרת חומצה לקטית, או שאין בה שחרור CO2\text{CO}_2CO2​. בתסיסה כוהלית התוצרים הם כוהל ו־CO2\text{CO}_2CO2​.

התהליכים	$\text{CO}_2$	חמצן	חד־סוכר	חומצה לקטית	האנרגייה המתקבלת
נשימה תאית אווירנית	תוצר	מגיב	מגיב	לא קשור לתהליך	רבה
תסיסה כוהלית	תוצר	לא קשור לתהליך	מגיב	לא קשור לתהליך	מעטה

פרק שלישי (18 נקודות)

בפרק זה שלוש שאלות, 28–30. קראו את תיאור המחקר ("מחסום לתעלה – ואולי למחלה"), וענו על כל השאלות 28–30. מספר הנקודות לכל סעיף רשום בסופו.

שאלה 28 · תעלות ומשאבות בקרום התא

ניתוח מחקר מדעי

קִראו את תיאור המחקר שלהלן, וענו על כל השאלות 28–30. מספר הנקודות לכל סעיף רשום בסופו.
מחסום לתעלה – ואולי למחלה
המחקר המתואר בקטע שלהלן מציע דרך להתמודדות עם נגיף הקורונה באמצעות חומר המשבש תפקוד של חלבון נגיפי מסוים. האפשרויות לערוך ניסויים בנגיפים הן מוגבלות משום שנגיפים אינם פעילים מחוץ לתא מאכסן. מִסיבה זו מחקרים רבים הקשורים לנגיפים נערכים בתאים שהחדירו אליהם גנים נגיפיים, ובעקבות זאת מיוצרים בתאים אלה חלבונים נגיפיים. תאים כאלה שהוחדרו אליהם גנים זרים נקראים תאים מהונדסים.
פרופסור שי ארקין וצוותו מהאוניברסיטה העברית בירושלים ערכו מחקר שמטרתו הייתה למצוא חומרים שיפגעו בנגיף הקורונה. החוקרים שיערו שפגיעה בחלבון של הנגיף תביא לפגיעה בהתרבותו. אחד החלבונים המרכיבים את המעטפת של נגיף הקורונה הוא חלבון E .
החוקרים יצרו תאים מהונדסים שהכילו את הגן הנגיפי המקודד לחלבון E . הגן התבטא בתאים אלה, ונוצר בהם חלבון E . נמצא שחלבון E פועל כתעלה בקרומי התאים המהונדסים.

בקרומי תאים פועלות תעלות ומשאבות. צַיינו הבדל אחד בין תעלות ובין משאבות.

(4 נקודות)

◂ פתרון מלא לשאלה 28

פתרון

תשובה:

מעבר דרך תעלה הוא פסיבי – ללא השקעת אנרגייה (ATP), במורד מפל הריכוזים (מריכוז גבוה לנמוך); משאבה מעבירה חומרים בהובלה פעילה – בהשקעת אנרגייה (ATP), גם נגד מפל הריכוזים (מריכוז נמוך לגבוה).

ההבדל (אחד מספיק):
- תעלה – חלבון היוצר מעבר (נקבובית) בקרום; החומר (למשל יונים) עובר דרכה בדיפוזיה (הובלה סבילה), במורד מפל הריכוזים – מריכוז גבוה לריכוז נמוך – ללא השקעת אנרגייה (ATP).
- משאבה – חלבון המעביר חומר בהובלה פעילה, בהשקעת אנרגייה (ATP), ויכול להעביר אותו נגד מפל הריכוזים – מריכוז נמוך לריכוז גבוה.
הבדל אפשרי נוסף: בתעלה החומר עובר דרך מעבר פתוח, ואילו המשאבה נקשרת לחומר ומשנה את צורתה המרחבית כדי להעבירו לצד השני של הקרום (ולכן קצב המעבר במשאבה איטי יותר).
טעות נפוצה: לכתוב ש"תעלה מכניסה חומרים ומשאבה מוציאה חומרים". ההבדל אינו בכיוון ביחס לתא (פנימה/החוצה) אלא בכיוון ביחס למפל הריכוזים ובשימוש באנרגייה.

שאלה 29 · חלבון E, חומר Z וקצב חלוקת התאים

שאלה פתוחה

בניסויים המתוארים בהמשך נעשה שימוש בתאים מהונדסים שהכילו את הגן הנגיפי המקודד לחלבון E , כדי לחקור חומרים המשפיעים על הפעילות של חלבון E .
חלבון E שמיוצר בתאים המהונדסים משבש בהם תהליכים ופוגע בחלוקתם: נמצא שבתאים מהונדסים אלה, שהכילו את הגן הנגיפי, קצב חלוקות התאים היה נמוך בהרבה בהשוואה לתאים שלא הכילו גן זה.
החוקרים בדקו את השפעתם של חומרים רבים על חלבון E בתאים המהונדסים. הם החליטו להתמקד בחומר Z , החוסם תעלות בקרום. ההשפעה של חומר Z על פעילותו של חלבון E , המשבש את חלוקת התאים, נבדקה בשני ניסויים.
ניסוי 1
קצב חלוקות התאים נבדק בשלושה טיפולים:
טיפול I : תאים לא מהונדסים ללא הגן המקודד לחלבון E וללא הוספת חומר Z ;
טיפול II : תאים מהונדסים עם הגן המקודד לחלבון E וללא הוספת חומר Z ;
טיפול III : תאים מהונדסים עם הגן המקודד לחלבון E ועם הוספת חומר Z .
תוצאות הניסוי מוצגות בגרף שלהלן.

א.

(1)

הַסבירו את ההבדל בתוצאות בין טיפול II לבין טיפול I .

(2)

הַסבירו את ההבדל בתוצאות בין טיפול III לבין טיפול II .

(5 נקודות)

ב.

ניסוי 2
בניסוי זה החוקרים השתמשו בתאים מוטנטים. אלה הם תאים מאותו הסוג כמו התאים בניסוי 1, אך חדירות הקרום שלהם לאשלגן נמוכה בעקבות מוטציה. ריכוז מיטבי (אופטימלי) של אשלגן הוא חיוני לתפקוד תקין של תאים ולחלוקתם, והוא חודר לתאים דרך התעלה שנוצרת מחלבון E בקרומי התאים.
בניסוי זה קצב חלוקות התאים המוטנטים נבדק בשלושה טיפולים, כמו בניסוי 1:
טיפול I : תאים מוטנטים לא מהונדסים ללא הגן המקודד לחלבון E וללא הוספת חומר Z ;
טיפול II : תאים מוטנטים מהונדסים עם הגן המקודד לחלבון E וללא הוספת חומר Z ;
טיפול III : תאים מוטנטים מהונדסים עם הגן המקודד לחלבון E ועם הוספת חומר Z .
תוצאות הניסוי מוצגות בגרף שלהלן.

(1)

הַסבירו את ההבדל בתוצאות בין טיפול I בניסוי 2 לבין טיפול I בניסוי 1.

(2)

הַסבירו כיצד ההבדל בתוצאות בין טיפול III לבין טיפול II בניסוי 2 תומך בהשערה שחומר Z משבש את תפקודו של חלבון E כתעלה.

(5 נקודות)

◂ פתרון מלא לשאלה 29

סעיף א

(1)

תשובה:

בטיפול II קצב חלוקת התאים נמוך בהרבה (כשישית) מבטיפול I. בטיפול II התאים מייצרים חלבון E, היוצר תעלות בקרום ← חומרים (יונים) עוברים דרך הקרום בלי בקרה ← הסביבה הפנימית של התא והתהליכים בו משתבשים ← פחות חלוקות תאים.

התוצאות: בטיפול II (תאים מהונדסים עם חלבון E, ללא Z) קצב חלוקות התאים נמוך בהרבה מבטיפול I (תאים לא מהונדסים) – לפי הגרף כשישית ממנו בלבד.
ההסבר: בטיפול II הגן הנגיפי מתבטא (שעתוק ותרגום), ובתאים נוצר חלבון E, הפועל כתעלה בקרום התא. תעלות נוספות אלה משנות את חדירות הקרום: חומרים (יונים) עוברים דרכן בדיפוזיה, במורד מפל הריכוזים, בלי שהתא מבקר את מעברם ← הריכוזים בתוך התא משתנים ← התהליכים בתא משתבשים (כמתואר בקטע) ← התא אינו מתחלק כרגיל ← קצב החלוקות יורד.
טיפול I הוא הבקרה: התאים זהים, פרט לנוכחות הגן לחלבון E – ולכן אפשר לייחס את ההבדל לחלבון E.

(2)

תשובה:

בטיפול III קצב החלוקות גבוה מבטיפול II (בערך פי 2), כי חומר Z חוסם את תעלות חלבון E ← פחות מעבר לא מבוקר של חומרים דרך הקרום ← פחות שיבוש בתהליכים ← יותר חלוקות. הקצב עדיין נמוך מבטיפול I, כנראה כי החסימה חלקית.

התוצאות: בטיפול III (חלבון E + חומר Z) קצב חלוקות התאים גבוה מבטיפול II (חלבון E ללא Z) – בערך פי 222 – אך עדיין נמוך בהרבה מבטיפול I.
ההסבר: חומר Z חוסם תעלות בקרום. בטיפול III הוא חוסם (לפחות בחלקן) את התעלות שיוצר חלבון E ← פחות חומרים עוברים דרכן באופן לא מבוקר ← השיבוש בתהליכי התא קטן ← קצב החלוקות עולה בהשוואה לטיפול II.
הקצב אינו חוזר לרמה של טיפול I, ככל הנראה כי חומר Z אינו חוסם את כל תעלות E (חסימה חלקית, או ריכוז Z לא מספיק), או שחלבון E פוגע בתא גם בדרכים נוספות – או שחומר Z עצמו פוגע במידה מסוימת בתאים (למשל בחסימת תעלות אחרות).

סעיף ב

(1)

תשובה:

בטיפול I בניסוי 2 (תאים מוטנטים) קצב החלוקות נמוך (כמחצית) מבטיפול I בניסוי 1 (תאים רגילים): בגלל המוטציה חדירות הקרום לאשלגן נמוכה ← נכנס לתאים פחות אשלגן ← ריכוזו בתאים נמוך מהמיטבי ← תפקוד התאים וחלוקתם נפגעים.

התוצאות: בשני הטיפולים התאים אינם מהונדסים (אין חלבון E) ואין חומר Z. קצב החלוקות של התאים המוטנטים (ניסוי 2, טיפול I) נמוך מזה של התאים הרגילים (ניסוי 1, טיפול I) – לפי הגרפים בערך מחצית.
ההסבר: בתאים המוטנטים חדירות הקרום לאשלגן נמוכה בעקבות המוטציה (ככל הנראה פגיעה בחלבוני התעלות לאשלגן בקרום) ← פחות אשלגן נכנס לתאים ← ריכוז האשלגן בתאים נמוך מהריכוז המיטבי ← מאחר שריכוז מיטבי של אשלגן חיוני לתפקוד תקין של תאים ולחלוקתם, התהליכים בתא נפגעים ← קצב החלוקות נמוך.
(הערה: ההשוואה בין שני הגרפים מניחה שסולם הציר האנכי זהה בשניהם; גם בלי הנחה זו, ההבדל המהותי בין התאים הוא חדירות הקרום לאשלגן.)

(2)

תשובה:

בתאים המוטנטים התעלה של חלבון E מועילה: דרכה נכנס אשלגן, ולכן בטיפול II קצב החלוקות הגבוה ביותר. בטיפול III, עם Z, קצב החלוקות יורד (לכ־70% מטיפול II) – כלומר פחות אשלגן נכנס דרך תעלת E. מכאן ש־Z חוסם את מעבר החומרים דרך חלבון E, כלומר משבש את תפקודו כתעלה (ולא, למשל, פשוט מעודד חלוקה).

התוצאות בניסוי 2: בטיפול II (תאים מוטנטים עם חלבון E, ללא Z) קצב החלוקות הגבוה ביותר – בערך פי 222 מטיפול I. בטיפול III (חלבון E + Z) קצב החלוקות נמוך מבטיפול II (כ־70%70\%70% ממנו).
ההסבר:
1. בתאים המוטנטים חדירות הקרום לאשלגן נמוכה. בטיפול II נוצרות בקרום תעלות של חלבון E, ודרכן חודר אשלגן לתאים ← ריכוז האשלגן מתקרב למיטבי ← קצב החלוקות עולה. כלומר כאן תפקוד E כתעלה מועיל לתאים.
2. בטיפול III חומר Z נוסף לתאים ← קצב החלוקות יורד בהשוואה לטיפול II. ההסבר המתאים: Z חוסם את תעלות E ← פחות אשלגן חודר דרכן ← ריכוז האשלגן יורד ← פחות חלוקות.
מדוע זה תומך בהשערה: בניסוי 1 העלייה בקצב החלוקות בעקבות Z יכולה הייתה להיות מוסברת גם בהשפעה אחרת של Z (למשל השפעה כללית המעודדת חלוקת תאים). בניסוי 2 אותו חומר Z מוריד את קצב החלוקות – בדיוק במצב שבו המעבר דרך תעלת E מועיל לתא. כך מתקבל שבשני המצבים Z מבטל את ההשפעה של מעבר חומרים דרך חלבון E (מזיקה בניסוי 1, מועילה בניסוי 2) – ולכן ההשפעה של Z היא על תפקודו של חלבון E כתעלה.

שאלה 30 · האם להמליץ על חומר Z כתרופה לקורונה

שאלה פתוחה

על בסיס תוצאות ניסויים אלה, שנערכו בתאים, הועלתה השערה שחומר Z יכול לשבש את פעילותו של חלבון E בנגיפים.
כאמור חלבון E הוא חלבון נגיפי החיוני להתרבותו של נגיף הקורונה.

האם לדעתכם אפשר להמליץ על שימוש בחומר Z כתרופה נגד נגיף הקורונה לפי המידע ותוצאות הניסויים שבקטע?
הָביאו נימוק אחד מתחום הביולוגיה התומך בדעתכם.

(4 נקודות)

◂ פתרון מלא לשאלה 30

פתרון

תשובה:

לא (עדיין). למשל: חומר Z חוסם תעלות בקרום באופן כללי – בגוף הוא עלול לחסום גם תעלות חיוניות בתאי הגוף (למשל תעלות יונים בתאי עצב ושריר) ולפגוע בתפקודם. (נימוק אחר: הניסויים נערכו בתאים מהונדסים בתרבית, לא בנגיפים ולא באורגניזם שלם.)

לא – לפי המידע שבקטע עדיין אי אפשר להמליץ על חומר Z כתרופה.
נימוק (אחד מספיק): לפי הקטע, חומר Z הוא חומר החוסם תעלות בקרום – הוא אינו ייחודי לתעלת חלבון E. בתאי הגוף יש תעלות רבות החיוניות לתפקודם (למשל תעלות יונים בתאי עצב ושריר, המאפשרות הולכה עצבית וכיווץ שרירים, ותעלות אשלגן החיוניות לתפקוד התא ולחלוקתו, כפי שעולה מניסוי 2). חומר Z עלול לחסום גם אותן ← פגיעה בתאי הגוף ותופעות לוואי מסוכנות.
נימוקים אפשריים נוספים:
•הניסויים נערכו בתאים מהונדסים המייצרים חלבון E בלבד, ולא בנגיפים ולא בתאים נגועים בנגיף – לא נבדק אם Z אכן פוגע בהתרבות הנגיף. (נגיפים מתרבים רק בתוך תאים, ולכן התוצאות בתאים מהונדסים הן רק עדות עקיפה.)
•הניסויים נערכו בתרבית תאים ולא באורגניזם שלם (בבעלי חיים או בבני אדם) – לא ידוע אם Z יגיע לתאים הנגועים בריכוז מתאים, ומה יהיו השפעותיו על הגוף.
•בניסוי 1 חומר Z לא החזיר את קצב החלוקות לרמה של תאים ללא חלבון E – החסימה חלקית בלבד.
(תשובה "כן" אפשרית רק אם היא מנומקת בתוצאות – למשל ש־Z ביטל חלק מהפגיעה שגרם חלבון E בניסוי 1 – אך יש להבין שהיא מתעלמת ממגבלות המחקר שצוינו.)

פרק רביעי (15 נקודות)

בפרק זה שלושה נושאים: נושא I – בקרה על ביטוי גנים והנדסה גנטית; נושא II – פיזיולוגיה השוואתית בהיבט התפתחותי; נושא III – חיידקים ונגיפים בגוף האדם. יש לבחור בנושא אחד ולענות בו על שתי שאלות: על השאלה הראשונה בנושא (חובה – 31, 34 או 37) ועל אחת משתי השאלות שאחריה (32–33, 35–36 או 38–39). מספר הנקודות לכל סעיף רשום בסופו.

נושא I – בקרה על ביטוי גנים והנדסה גנטית

ענו על שתי שאלות: על שאלה 31 (חובה) ועל אחת מן השאלות 32–33.

שאלה 31 · בקרה על ייצור הקולטן לטרנספרין בעזרת ברזל

שאלה פתוחהחובה בנושא9 נקודות

ברזל הוא חומר החיוני לתפקוד תקין של תאים. עודף ברזל או חוסר בו עלולים לשבש תהליכים בתאים. ברזל מועבר בדם כשהוא קשור לחלבון שנקרא טרנספרין. הברזל הקשור לטרנספרין מוכנס לתאים באמצעות קולטן לטרנספרין הנמצא בקרומי התאים. ריכוז הברזל בתא משפיע על כמות הקולטנים לטרנספרין באמצעות חלבון בקרה: כאשר חסר ברזל בתא, חלבון הבקרה נקשר ל־RNA שליח (mRNA), ומגן עליו מפני פירוק. במצב זה מתאפשרת יצירת הקולטן לטרנספרין (ראו איור 1).
איור 1: מצב שבו נוצר קולטן לטרנספרין
כאשר יש עודף ברזל בתא, הברזל נקשר לחלבון הבקרה, ולכן חלבון הבקרה אינו יכול להיקשר ל־RNA שליח. ה־RNA שליח מפורק במהירות על ידי אנזימים. במצב זה ייצור הקולטן לטרנספרין מופסק (ראו איור 2).
איור 2: מצב שבו לא נוצר קולטן לטרנספרין

א.

הסבירו כיצד משפיע חלבון הבקרה על ייצור הקולטן לטרנספרין כאשר חסר ברזל בתא.

(2 נקודות)

ב.

הסבירו כיצד התהליכים המתוארים בעמוד הקודם מאפשרים שמירה על ההומאוסטזיס של ריכוז הברזל בתא.

(2.5 נקודות)

ג.

להלן שלוש מוטציות I–III:
I. מוטציה בגן המקודד לחלבון הבקרה, שמונעת מחלבון הבקרה להיקשר ל־RNA שליח (mRNA).
II. מוטציה בגן המקודד לאנזים מפרק RNA שליח, שגורמת לפגיעה באתר הפעיל של האנזים.
III. מוטציה בגן המקודד לחלבון הבקרה, שגורמת לפגיעה ביכולת של חלבון הבקרה לקשור ברזל.
בחרו בשתיים מבין המוטציות I–III, וקבעו בנוגע לכל אחת מהן אם היא תגרום לעלייה או לירידה בריכוז הברזל בתא. נמקו כל קביעה.

(4.5 נקודות)

◂ פתרון מלא לשאלה 31

סעיף א

תשובה:

חלבון הבקרה נקשר ל־mRNA המקודד לקולטן ומגן עליו מפני האנזים מפרק ה־RNA; ה־mRNA נשאר בתא זמן רב ומתורגם שוב ושוב בריבוזומים, ולכן נוצרים קולטנים רבים לטרנספרין.

כאשר חסר ברזל בתא, חלבון הבקרה אינו קשור לברזל, ולכן הוא נקשר ל־mRNA המקודד לקולטן לטרנספרין (איור 1).
הקישור מגן על ה־mRNA מפני האנזימים מפרקי ה־RNA – האנזים אינו יכול לפרק אותו ← ה־mRNA נשאר שלם בציטופלסמה זמן רב ← ריבוזומים מתרגמים אותו שוב ושוב ← נוצרות מולקולות רבות של הקולטן לטרנספרין, המוצבות בקרום התא.
כלומר, חלבון הבקרה מגביר את ייצור הקולטן על ידי הארכת "זמן החיים" של ה־mRNA – בקרה בשלב שלאחר השעתוק (על התרגום), ולא על שעתוק הגן.

סעיף ב

תשובה:

משוב שלילי: חוסר ברזל ← mRNA מוגן ← יותר קולטנים ← יותר ברזל נכנס לתא וריכוזו עולה; עודף ברזל ← הברזל נקשר לחלבון הבקרה ← mRNA מפורק ← אין ייצור קולטנים ← פחות ברזל נכנס, וריכוזו אינו ממשיך לעלות. כך ריכוז הברזל נשמר בתחום קבוע.

התהליכים פועלים כמנגנון של משוב שלילי – שינוי בריכוז הברזל מפעיל תגובה המחזירה אותו לתחום התקין:
- כשריכוז הברזל בתא יורד: חלבון הבקרה חופשי מברזל ונקשר ל־mRNA של הקולטן ← ה־mRNA מוגן מפירוק ומתורגם ← בקרום התא יש יותר קולטנים לטרנספרין ← יותר טרנספרין הנושא ברזל נקשר לתא, ויותר ברזל מוכנס לתא ← ריכוז הברזל בתא עולה בחזרה.
- כשריכוז הברזל בתא עולה (עודף): הברזל נקשר לחלבון הבקרה, וחלבון הבקרה אינו נקשר ל־mRNA ← ה־mRNA מפורק במהירות על ידי האנזים ← ייצור הקולטן נפסק, ומספר הקולטנים בקרום קטן (קולטנים ישנים מתפרקים ואינם מוחלפים) ← פחות ברזל נכנס לתא ← ריכוז הברזל אינו ממשיך לעלות ויורד בחזרה (עם צריכת הברזל בתא).
כך ריכוז הברזל עצמו קובע את קצב הכנסת הברזל לתא, וריכוזו נשמר בתחום קבוע יחסית – הומאוסטזיס.

סעיף ג

תשובה:

(יש לבחור שתיים) I – ירידה: ה־mRNA אינו מוגן אף פעם ומפורק, לא נוצרים קולטנים ופחות ברזל נכנס. II – עלייה: ה־mRNA אינו מפורק גם בעודף ברזל, הקולטן מיוצר כל הזמן והברזל ממשיך להיכנס. III – עלייה: חלבון הבקרה אינו קושר ברזל ולכן תמיד נקשר ל־mRNA ומגן עליו (כמו במצב של חוסר), הקולטן מיוצר כל הזמן והברזל ממשיך להיכנס.

יש לבחור בשתיים מן המוטציות; להלן הניתוח של שלושתן.
מוטציה I – ירידה בריכוז הברזל. חלבון הבקרה אינו יכול להיקשר ל־mRNA של הקולטן, גם כשחסר ברזל ← ה־mRNA אינו מוגן ומפורק במהירות על ידי האנזים מפרק ה־RNA ← כמעט אינו מתורגם ← נוצרים מעט מאוד קולטנים לטרנספרין ← מעט ברזל נכנס לתא, ואין אפשרות להגביר את הכנסתו כשחסר ← ריכוז הברזל בתא יורד.
מוטציה II – עלייה בריכוז הברזל. האתר הפעיל של האנזים מפרק ה־RNA פגוע, ולכן האנזים אינו יכול להיקשר ל־mRNA ולפרק אותו ← גם כשיש עודף ברזל וחלבון הבקרה אינו קשור ל־mRNA, ה־mRNA אינו מפורק ← הוא ממשיך להיות מתורגם, והקולטן לטרנספרין ממשיך להיווצר ← ברזל ממשיך להיכנס לתא גם בעודף ← ריכוז הברזל בתא עולה.
מוטציה III – עלייה בריכוז הברזל. חלבון הבקרה אינו יכול לקשור ברזל, ולכן הוא "מתנהג" תמיד כאילו חסר ברזל בתא: גם בעודף ברזל הוא נקשר ל־mRNA ומגן עליו מפירוק ← הקולטן מיוצר כל הזמן ← ברזל ממשיך להיכנס לתא ← ריכוז הברזל בתא עולה.
בכל המוטציות נשבר מנגנון המשוב השלילי: ייצור הקולטן אינו תלוי עוד בריכוז הברזל בתא.
טעות נפוצה: לקבוע שמוטציה II תגרום לירידה בריכוז הברזל משום ש"אנזים נפגע" – האנזים שנפגע הוא האנזים המפרק את ה־mRNA, ולכן הפגיעה בו מגדילה את ייצור הקולטן.

שאלה 32 · עגבניות סגולות – אנזימים בהנדסה גנטית

שאלה פתוחהאחת מן השאלות 32–336 נקודות

חוקרים רצו ליצור עגבניות סגולות. לשם כך הם החדירו לצמחי עגבנייה גן של צמח הסֶלק, החיוני לייצור חומר שצבעו סגול.

א.

להלן שלושה מן השלבים של התהליך:
I. חיתוך של פלסמיד.
II. חיבור הגן של הסלק לפלסמיד.
III. החדרת הפלסמיד המהונדס לצמחי עגבנייה.
נתונים ארבעה אנזימים: ליגאז, אנזים מתעתק DNA, אנזים הגבלה, אנזים משכפל DNA.
קבעו באֵילו מן האנזימים השתמשו החוקרים. בנוגע לכל אנזים שקבעתם, צַיינו באיזה שלב הוא פועל.

(4 נקודות)

ב.

הַסבירו מדוע השתמשו החוקרים בהנדסה גנטית ולא בהכלאה כדי להעביר את התכונה של ייצור החומר הסגול מן הסלק לעגבנייה.

(2 נקודות)

◂ פתרון מלא לשאלה 32

סעיף א

תשובה:

אנזים הגבלה – בשלב I (חיתוך הפלסמיד, וגם חיתוך הגן מן ה־DNA של הסלק); ליגאז – בשלב II (חיבור הגן לפלסמיד). באנזים מתעתק DNA ובאנזים משכפל DNA החוקרים לא השתמשו בשלבים אלה.

אנזים הגבלה – שלב I. אנזים ההגבלה מזהה רצף נוקלאוטידים מסוים ב־DNA וחותך אותו באתר זה. החוקרים חותכים בו את הפלסמיד (הטבעתי) כדי לפתוח אותו. באותו אנזים הגבלה חותכים גם את ה־DNA של הסלק משני צדי הגן, וכך בגן ובפלסמיד נוצרים קצוות מתאימים (משלימים) זה לזה.
ליגאז – שלב II. הליגאז יוצר קשרים קוולנטיים בין הנוקלאוטידים בקצות הגן לבין הנוקלאוטידים בקצות הפלסמיד הפתוח, ו"מדביק" את הגן לתוך הפלסמיד – נוצר פלסמיד מהונדס (DNA רקומביננטי).
שלב III – החדרת הפלסמיד לתאי העגבנייה – אינה נעשית באמצעות אחד מן האנזימים ברשימה.
אנזימים שהחוקרים לא השתמשו בהם: האנזים המתעתק DNA (RNA־פולימראז) והאנזים המשכפל DNA (DNA־פולימראז) פועלים בתוך התאים עצמם – הם משעתקים את הגן ומשכפלים את ה־DNA של התא המהונדס – ואינם חלק משלבי החיתוך, החיבור וההחדרה שהחוקרים מבצעים.

סעיף ב

תשובה:

סלק ועגבנייה הם מינים שונים, ולכן אי אפשר להכליא ביניהם וליצור צאצאים פוריים; הנדסה גנטית מאפשרת להעביר גן בין מינים שונים.

הכלאה אפשרית רק בין פרטים מאותו מין (או ממינים קרובים מאוד), שיכולים להעמיד יחד צאצאים פוריים. הסלק והעגבנייה הם מינים שונים ורחוקים, ולכן אי אפשר להכליא ביניהם ולהעביר את הגן מן הסלק לעגבנייה בדרך של רבייה זוויגית.
בהנדסה גנטית מעבירים גן בודד ישירות מתא של מין אחד לתא של מין אחר. הדבר אפשרי משום שהצופן הגנטי אוניברסלי – תאי העגבנייה משעתקים ומתרגמים את הגן של הסלק לאותו חלבון (אנזים), ונוצר החומר הסגול.
(יתרון נוסף: בהנדסה גנטית מועבר רק הגן הרצוי, בלי לשנות תכונות אחרות של העגבנייה.)

שאלה 33 · אופרון הלקטוז – mRNA ואנזים לאחר הוספת לקטוז

שאלה פתוחהאחת מן השאלות 32–336 נקודות

אופרון הלקטוז פועל במינים רבים של חיידקים.

א.

בחיידקים החיים בסביבה שאין בה לקטוז אין תעתוק של הגנים המבניים באופרון הלקטוז.
הַסבירו מהו היתרון בכך עבור חיידקים אלה.

(2.5 נקודות)

ב.

חוקרים גידלו חיידקים על מצע מזון שאין בו לקטוז. הם הוסיפו לקטוז למצע המזון, ולאחר מכן הוציאו את הלקטוז ממצע המזון. העקומים a ו־b בגרף שלהלן מתארים את כמות האנזים מפרק הלקטוז ואת כמות ה־RNA שליח (mRNA) המקודד לאנזים זה, לאחר הוספת לקטוז למצע המזון ולאחר הוצאתו.
קבעו איזה עקום, a או b, מתאר את כמות האנזים, ואיזה עקום מתאר את כמות ה־RNA שליח בתאי החיידקים. נמקו כל קביעה על פי נתונים מן הגרף.

(3.5 נקודות)

◂ פתרון מלא לשאלה 33

סעיף א

תשובה:

החיידק אינו מבזבז אנרגיה (ATP) וחומרי בניין (נוקלאוטידים, חומצות אמיניות) על ייצור mRNA ואנזימים לפירוק לקטוז כשאין לקטוז לפרק; משאבים אלה מנוצלים לתהליכים אחרים, כמו גדילה והתרבות.

האנזימים שהגנים המבניים באופרון הלקטוז מקודדים להם דרושים רק לקליטת לקטוז ולפירוקו. ייצורם – שעתוק ותרגום – דורש אנרגיה (ATP) וחומרי בניין (נוקלאוטידים לבניית mRNA, חומצות אמיניות לבניית החלבונים).
כשאין לקטוז בסביבה, לאנזימים אלה אין מצע לפעול עליו, ולכן ייצורם היה בזבוז. כאשר החלבון המדכא קשור לאתר הבקרה (האופרטור) ומונע את השעתוק, החיידק חוסך אנרגיה וחומרים ומנצל אותם לתהליכים אחרים – גדילה והתרבות. לכן חיידק כזה יכול להתרבות מהר יותר ולהתחרות טוב יותר בחיידקים אחרים.

סעיף ב

תשובה:

עקום a – ה־mRNA: עולה ראשון, מיד לאחר הוספת הלקטוז (כ־3 דקות), ויורד לאפס עד כ־15 דקות לאחר הוצאת הלקטוז (10 דקות) – השעתוק נפסק וה־mRNA מתפרק מהר. עקום b – האנזים: מתחיל לעלות מאוחר יותר (כ־4 דקות), כי התרגום מתרחש לאחר השעתוק, ממשיך לעלות כל עוד יש mRNA (עד כ־13 דקות) ואחר כך נשאר קבוע, כי החלבון יציב ואינו מתפרק מהר.

עקום a מתאר את כמות ה־mRNA; עקום b מתאר את כמות האנזים.
נימוק לעקום a (mRNA):
•עקום a מתחיל לעלות ראשון – מיד עם הוספת הלקטוז (כ־3 דקות). הלקטוז נקשר לחלבון המדכא, המדכא משתחרר מן האופרטור, וה־RNA־פולימראז מתחיל לשעתק את הגנים המבניים – ה־mRNA הוא התוצר הראשון של הפעלת הגן.
•לאחר הוצאת הלקטוז (10 דקות) עקום a יורד במהירות ומגיע לאפס בערך בדקה 15. בהיעדר לקטוז המדכא נקשר שוב לאופרטור והשעתוק נפסק, ומולקולות ה־mRNA הקיימות מתפרקות מהר (ל־mRNA בחיידקים זמן חיים קצר).
נימוק לעקום b (אנזים):
•עקום b מתחיל לעלות מאוחר יותר מעקום a (כ־4 דקות) – האנזים נוצר בתרגום ה־mRNA, ולכן כמותו יכולה לעלות רק אחרי שנוצר mRNA.
•לאחר הוצאת הלקטוז עקום b ממשיך לעלות עד כ־13 דקות – כל עוד נותר בתאים mRNA, הוא ממשיך להיות מתורגם לאנזים.
•מכ־13 דקות ואילך, כשה־mRNA כבר כמעט התפרק, עקום b נשאר קבוע (עד 20 דקות): אנזים חדש אינו נוצר, אך האנזים הקיים הוא חלבון יציב שאינו מתפרק מהר, ולכן כמותו אינה יורדת.
טעות נפוצה: לקבוע שהעקום שיורד לאחר הוצאת הלקטוז הוא האנזים "כי אין לו עוד מצע" – היעדר המצע אינו מפרק את האנזים; מה שנפסק הוא השעתוק, ולכן כמות ה־mRNA יורדת.

נושא II – פיזיולוגיה השוואתית בהיבט התפתחותי: מחד־תאיים ליונקים

ענו על שתי שאלות: על שאלה 34 (חובה) ועל אחת מן השאלות 35–36.

שאלה 34 · קצב הלב בצפרדע ובשחרור בטמפרטורות שונות

שאלה פתוחהחובה בנושא9 נקודות

ליצורים רב־תאיים יש מערכות הובלה.

א.

הַסבירו מדוע מערכת הובלה היא הכרחית לקיומם של יצורים רב־תאיים.

(2 נקודות)

ב.

חוקרים בדקו את קצב הלב של צפרדע (מחלקת הדו־חיים) בטמפרטורות סביבה שונות.
התוצאות מוצגות בגרף 1 שלהלן.
גרף 1
בטווח הטמפרטורות המוצג בגרף, דו־חיים פעילים יותר עם העלייה בטמפרטורת הסביבה.
הַסבירו כיצד השינוי בקצב הלב מאפשר זאת. בתשובה התייחסו גם לתהליכים המתרחשים בתאים.

(3.5 נקודות)

ג.

חוקרים בדקו את ההשפעה של ירידה בטמפרטורת הסביבה על קצב הלב של שַׁחֲרוּרִים (מחלקת העופות).
תוצאות הניסוי מוצגות בגרף 2 שלהלן.
גרף 2
הַסבירו כיצד השינוי בקצב הלב עם הירידה בטמפרטורת הסביבה תורם לשמירה על טמפרטורת גוף קבועה של עופות. בתשובה התייחסו גם לתהליכים המתרחשים בתאים.

(3.5 נקודות)

◂ פתרון מלא לשאלה 34

סעיף א

תשובה:

ביצור רב־תאי גדול היחס בין שטח הפנים לנפח קטן ורוב התאים רחוקים מן הסביבה; דיפוזיה איטית מדי למרחקים גדולים, ולכן דרושה מערכת הובלה המביאה חמצן וחומרי מזון לכל תא ומרחיקה ממנו פחמן דו־חמצני ופסולת.

בכל תא מתרחשים תהליכים (כמו נשימה תאית) הדורשים אספקה קבועה של חמצן וחומרי מזון והרחקה של פחמן דו־חמצני ופסולת.
ביצור חד־תאי או ביצור קטן מאוד כל תא קרוב לסביבה, ומעבר החומרים בדיפוזיה מהיר מספיק. ביצור רב־תאי גדול היחס בין שטח הפנים לנפח קטן, ורוב התאים נמצאים רחוק מפני הגוף ומאיברי הקליטה (ריאות, מעי). דיפוזיה יעילה רק למרחקים קצרים – למרחק של מילימטרים ויותר היא איטית מדי לספק את צורכי התאים.
לכן דרושה מערכת הובלה, שבה נוזל (דם) זורם בכוח הלב ומוביל במהירות חמצן וחומרי מזון מאיברי הקליטה אל סמוך לכל תא, ומחזיר פחמן דו־חמצני ופסולת לאיברי ההפרשה. (מערכת ההובלה מובילה גם הורמונים ומפזרת חום.)

סעיף ב

תשובה:

קצב הלב עולה מ־5 פעימות לדקה ב־5°C ל־35 ב־20°C (פי 7). בצפרדע הפויקילותרמית טמפרטורת הגוף עולה עם טמפרטורת הסביבה ← פעילות האנזימים וקצב הנשימה התאית עולים ← דרושים יותר חמצן וגלוקוז ל־ATP. קצב לב גבוה מגביר את זרימת הדם ← יותר חמצן וגלוקוז מגיעים לתאים (ו־CO₂ מורחק) ← יותר ATP לפעילות השרירים.

הנתונים: עם העלייה בטמפרטורת הסביבה קצב הלב של הצפרדע עולה: 5 פעימות לדקה ב־5°C, 10 ב־10°C, 20 ב־15°C ו־35 ב־20°C – עלייה של פי 7.
הסבר: הצפרדע היא בעל חיים פויקילותרמי – טמפרטורת גופה משתנה עם טמפרטורת הסביבה.
•כשטמפרטורת הסביבה עולה, טמפרטורת הגוף עולה ← פעילות האנזימים בתאים עולה ← קצב חילוף החומרים ובמיוחד קצב הנשימה התאית עולה. הצפרדע פעילה יותר (תנועה, ציד), ולכן תאי השריר צורכים יותר ATP.
•לייצור ATP רב יותר בנשימה התאית התאים זקוקים ליותר חמצן וגלוקוז, ונוצר בהם יותר פחמן דו־חמצני שיש להרחיק.
•העלייה בקצב הלב מגבירה את כמות הדם שהלב מזרים ליחידת זמן ← יותר חמצן וחומרי מזון מגיעים לתאים, ויותר פחמן דו־חמצני מורחק מהם ← התאים יכולים לקיים קצב נשימה תאית גבוה ולייצר את האנרגיה הדרושה לפעילות המוגברת.

סעיף ג

תשובה:

קצב הלב עולה עם הירידה בטמפרטורה: מכ־331 פעימות לדקה ב־15°C לכ־453 בכ־−4∘C-4^{\circ}\text{C}−4∘C (עלייה של כ־37%). בקור העוף ההומאותרמי מאבד יותר חום לסביבה, ולכן מגביר את הנשימה התאית כדי לייצר יותר חום; לשם כך התאים זקוקים ליותר חמצן וגלוקוז, וקצב לב מהיר מגביר את אספקתם (ואת הרחקת ה־CO₂), וכך נשמרת טמפרטורת גוף קבועה.

הנתונים: ככל שטמפרטורת הסביבה יורדת, קצב הלב של השחרור עולה: כ־331 פעימות לדקה ב־15°C, כ־360 ב־10°C, כ־382 ב־5°C, כ־423 בכ־−2∘C-2^{\circ}\text{C}−2∘C וכ־453 בכ־−4∘C-4^{\circ}\text{C}−4∘C – עלייה של כ־37%.
הסבר: השחרור הוא בעל חיים הומאותרמי – הוא שומר על טמפרטורת גוף קבועה, ללא תלות בטמפרטורת הסביבה.
•כשטמפרטורת הסביבה יורדת, הפרש הטמפרטורות בין הגוף לסביבה גדל, והעוף מאבד יותר חום לסביבה.
•כדי לשמור על טמפרטורת גוף קבועה העוף צריך לייצר יותר חום. חום משתחרר בתהליכי חילוף החומרים, ובעיקר בנשימה התאית (חלק מן האנרגיה המשתחררת בפירוק הגלוקוז משתחרר כחום; למשל ברעד של השרירים). לכן קצב הנשימה התאית בתאים עולה.
•נשימה תאית מוגברת דורשת אספקה גדולה יותר של חמצן וגלוקוז לתאים ומייצרת יותר פחמן דו־חמצני.
•העלייה בקצב הלב מגבירה את זרימת הדם ← יותר חמצן וגלוקוז מגיעים לתאים, ויותר CO₂ מורחק ← קצב הנשימה התאית וייצור החום יכולים לעלות ← החום המיוצר מפצה על איבוד החום, וטמפרטורת הגוף נשמרת קבועה.
טעות נפוצה: לכתוב שהלב "מחמם את הגוף" או שהדם "מביא חום" – החום נוצר בתאים בנשימה התאית; תפקיד הלב הוא לספק לתאים את החמצן והגלוקוז הדרושים לכך.

שאלה 35 · הפרשה ומאזן מים בדגים וביונקים

שאלה פתוחהאחת מן השאלות 35–366 נקודות

א.

צַיינו פעולה חיונית המתבצעת ביונקים באמצעות הכליות, ואינה מתבצעת בדגים באמצעות הכליות.
צַיינו באיזה איבר בדגים מתבצעת פעולה זו.

(2 נקודות)

ב.

(1)

הַסבירו את הקושי שיש לבעלי חיים המתקיימים בסביבה של מים מתוקים לשמור על מאזן מים תקין.

(2)

ליצורים (אורגניזמים) החיים במים מתוקים יש דרכים שונות לשמור על מאזן מים תקין.
צַיינו דרך אחת של יצורים חד־תאיים ושתי דרכים של דגים לשמור על מאזן מים תקין.

(4 נקודות)

◂ פתרון מלא לשאלה 35

סעיף א

תשובה:

הפרשת הפסולת החנקנית (ביונקים – אוריאה בשתן); בדגים רוב הפסולת החנקנית (אמוניה) מופרשת דרך הזימים.

הפעולה: הפרשת הפסולת החנקנית הנוצרת בפירוק חלבונים. ביונקים הפסולת החנקנית מופרשת כאוריאה, שהכליות מסננות מן הדם ומפרישות בשתן.
בדגים פעולה זו מתבצעת בעיקר בזימים: הפסולת החנקנית של דגים היא אמוניה, המסיסה מאוד במים; היא עוברת בדיפוזיה מן הדם שבנימי הזימים אל המים הזורמים סביבם, ואינה מופרשת בעיקר דרך הכליות.

סעיף ב

(1)

תשובה:

ריכוז המומסים בנוזלי הגוף גבוה מזה שבמים המתוקים (הסביבה היפוטונית), ולכן מים נכנסים לגוף באוסמוזה ללא הפסקה ומלחים אובדים בדיפוזיה – הגוף עלול להתנפח ונוזליו להימהל.

ריכוז המומסים (המלחים) בנוזלי הגוף ובתאים של בעלי החיים גבוה בהרבה מריכוזם במים המתוקים – הסביבה היפוטונית ביחס לגוף, ופוטנציאל המים בסביבה גבוה מזה שבגוף.
לכן מים נכנסים לגוף ללא הפסקה באוסמוזה דרך קרומים חדירים (למשל דרך הזימים והעור הדקים, שדרכם חייב להתקיים חילוף גזים). בנוסף, מלחים יוצאים מן הגוף בדיפוזיה אל המים, שבהם ריכוזם נמוך.
אם בעל החיים לא יסלק את עודף המים ולא יחזיר את המלחים, נוזלי הגוף יימהלו ותאים יתנפחו (ואף יתפוצצו) – ולכן עליו להשקיע אנרגיה כדי לשמור על מאזן מים ומלחים תקין.

(2)

תשובה:

חד־תאיים: חלולית מתכווצת (פועמת) המרכזת את עודף המים ומוציאה אותו מן התא. דגים: (1) הפרשת כמות גדולה של שתן מהול מאוד; (2) קליטה פעילה של מלחים מן המים דרך הזימים (וגם – כמעט אינם שותים מים).

יצורים חד־תאיים (למשל סנדלית): חלולית מתכווצת (פועמת) – חלולית האוספת את המים העודפים שנכנסו לתא באוסמוזה, ומתכווצת ומוציאה אותם מן התא (תהליך הדורש אנרגיה).
דגים במים מתוקים (שתיים מן הדרכים):
1. הפרשת כמות גדולה של שתן מהול מאוד – הכליות מסננות הרבה נוזל ומחזירות (בספיגה חוזרת) את רוב המלחים לדם, וכך מסולקים מים עודפים עם מעט מלחים.
2. קליטה פעילה של מלחים מן המים דרך הזימים – תאים מיוחדים בזימים מעבירים יוני מלח מן המים אל הדם בהעברה פעילה, ומחזירים את המלחים שאבדו.
3. הדגים כמעט אינם שותים מים.

שאלה 36 · מערכת הקנים בחרקים

שאלה פתוחהאחת מן השאלות 35–366 נקודות

א.

(1)

הַסבירו כיצד מגיע החמצן מן האוויר אל התאים בגוף החרקים.

(2)

פעולת השרירים בחרקים מושפעת מכמות החמצן שנקלטת במערכת הנשימה.
פעולת השרירים (בחרקים מסוימים) גם משפיעה על כמות החמצן שנקלטת במערכת הנשימה.
הַסבירו את שני המשפטים.

(4 נקודות)

ב.

בחרקים מסוימים זרימת האוויר במערכת הנשימה היא דו־כיוונית – האוויר נכנס ויוצא דרך אותו הפתח.
בחרקים אחרים זרימת האוויר במערכת הנשימה היא חד־כיוונית – האוויר נכנס דרך פתח אחד ויוצא דרך פתח אחר.
באיזו מבין שתי מערכות הנשימה המתוארות אספקת החמצן לתאים יעילה יותר? נַמקו.

(2 נקודות)

◂ פתרון מלא לשאלה 36

סעיף א

(1)

תשובה:

דרך פתחי נשימה בדופן הגוף האוויר נכנס למערכת קנים (טרכיאות) המסתעפים לקנונים דקים המגיעים סמוך לכל תא; מקצות הקנונים החמצן עובר בדיפוזיה ישירות לתאים, בלי להיות מובל בהמולימפה.

לחרקים יש מערכת קנים (טרכיאות): בדופן הגוף, לאורך צידי החזה והבטן, יש פתחי נשימה (פתחי קנים). האוויר נכנס דרכם לקנים – צינורות אוויר המסתעפים בתוך הגוף לצינורות דקים יותר ויותר (קנונים), שקצותיהם מגיעים סמוך לכל תא או אף חודרים אליו.
בקצות הקנונים יש מעט נוזל, והחמצן מתמוסס בו ועובר בדיפוזיה ישירות לתאים, מאזור של ריכוז חמצן גבוה (האוויר בקנים) לאזור של ריכוז נמוך (התאים, שבהם הוא נצרך בנשימה התאית). פחמן דו־חמצני עובר בכיוון ההפוך.
כך החמצן מגיע לתאים ללא מעורבות של מערכת ההובלה (ההמולימפה כמעט אינה נושאת חמצן).

(2)

תשובה:

מושפעת: השרירים מפיקים ATP להתכווצות בנשימה תאית אווירנית, ולכן פעולתם תלויה בחמצן שמגיע אליהם. משפיעה: התכווצות והרפיה של שרירי הגוף (בעיקר שרירי הבטן) לוחצות על הקנים ושקי האוויר ומרחיבות אותם – אוורור פעיל – ואוויר טרי נכנס למערכת; בנוסף, שריר פעיל צורך יותר חמצן, וריכוזו בתא יורד – מפל הריכוזים גדל והדיפוזיה מהירה יותר.

פעולת השרירים מושפעת מכמות החמצן הנקלטת: התכווצות השרירים דורשת אנרגיה בצורת ATP, שרובו מופק בנשימה התאית האווירנית במיטוכונדריות – תהליך הדורש חמצן. ככל שנקלט יותר חמצן ומגיע לתאי השריר, נוצר יותר ATP והשרירים יכולים לפעול (להתכווץ) בעוצמה רבה יותר ולאורך זמן רב יותר (למשל שרירי התעופה). כשאספקת החמצן מוגבלת, פעולת השרירים מוגבלת.
פעולת השרירים משפיעה על כמות החמצן הנקלטת:
- אוורור פעיל: בחרקים מסוימים (למשל חרקים גדולים ופעילים) התכווצות שרירי הבטן (והחזה) לוחצת על הקנים ועל שקי האוויר ודוחקת החוצה את האוויר המשומש; כשהשרירים מרפים, הקנים מתרחבים ואוויר טרי, עשיר בחמצן, נשאב פנימה. כך מתחלף האוויר במערכת, ונקלט יותר חמצן מאשר בדיפוזיה בלבד.
•בנוסף, שריר פעיל צורך יותר חמצן ← ריכוז החמצן בתאיו יורד ← מפל הריכוזים בין האוויר שבקנים לבין התאים גדל ← החמצן עובר בדיפוזיה מהר יותר.

סעיף ב

תשובה:

במערכת החד־כיוונית: אוויר טרי זורם ברציפות ואינו מתערבב באוויר המשומש (דל חמצן), ולכן ריכוז החמצן בקנים גבוה יותר, מפל הריכוזים לתאים גדול והדיפוזיה מהירה יותר.

במערכת החד־כיוונית אספקת החמצן יעילה יותר.
בזרימה דו־כיוונית האוויר נכנס ויוצא באותו פתח: בכל מחזור נשאר במערכת אוויר משומש – דל חמצן ועשיר בפחמן דו־חמצני – והאוויר הטרי שנכנס מתערבב בו; בזמן היציאה אין כניסה של אוויר טרי.
בזרימה חד־כיוונית האוויר הטרי נכנס בפתח אחד ויוצא בפתח אחר, והזרימה רציפה, בלי ערבוב של אוויר טרי עם אוויר משומש. לכן ריכוז החמצן באוויר שבקנים גבוה יותר לאורך כל המערכת ← מפל הריכוזים של החמצן בין האוויר לתאים גדול יותר ← קצב הדיפוזיה של החמצן לתאים גבוה יותר.

נושא III – חיידקים ונגיפים בגוף האדם

ענו על שתי שאלות: על שאלה 37 (חובה) ועל אחת מן השאלות 38–39.

שאלה 37 · התמרה בחיידקים – העברת היכולת לייצר חומצה אמינית

שאלה פתוחהחובה בנושא9 נקודות

חוקרים בודדו מגוף האדם שני מינים של חיידקים הזקוקים לחומצה אמינית X לקיומם. חיידקים ממין א מסוגלים לייצר חומצה אמינית X, וחיידקים ממין ב לא מסוגלים לייצר אותה. החוקרים ערכו ניסוי בשני המינים של החיידקים.
מהלך הניסוי מתואר בקטע ובאיור 1 שלהלן.
איור 1: מהלך הניסוי
שלב ראשון:
החוקרים הכניסו חיידקים ממין א לשלוש מבחנות, 1–3, שהכילו מצע נוזלי בטמפרטורות שונות.
לאחר זמן מה הפרידו החוקרים בכל אחת מן המבחנות 1–3 את הנוזל מן החיידקים.
שלב שני:
החוקרים הכניסו חיידקים ממין ב לשלוש מבחנות נוספות, 1′1'1′–3′3'3′, בטמפרטורה של 37°C.
הם העבירו מכל אחת מן המבחנות 1–3 טיפת נוזל למבחנות 1′1'1′–3′3'3′, בהתאמה. טיפות הנוזל שהועברו לא הכילו חיידקים ולא הכילו חומצה אמינית X.
גידלו את החיידקים ממין ב עם טיפות הנוזל שהופרד מן החיידקים ממין א.
לאחר יומיים בטמפרטורה של 37°C הוציאו החוקרים דגימה של חיידקים מכל אחת מן המבחנות 1′1'1′–3′3'3′ וזרעו אותם בצלחות 1′1'1′–3′3'3′ שבהן מצע מזון מוצק שלא הכיל חומצה אמינית X.
איור 2 מתאר את התוצאות שהתקבלו בצלחות אחרי יממה.
איור 2: תוצאות הניסוי

א.

הַסבירו כיצד חשיפת החיידקים ממין א לטמפרטורות השונות בשלב הראשון של הניסוי גרמה לתוצאות השונות בכל אחת מן הצלחות 1′1'1′–3′3'3′.

(4 נקודות)

ב.

בשלב השני של הניסוי שמרו החוקרים על טמפרטורה של 37°C בכל אחת מן המבחנות 1′1'1′–3′3'3′.
הַסבירו מדוע היה חשוב שהטמפרטורה בשלוש המבחנות 1′1'1′–3′3'3′ תהיה זהה, ומדוע בחרו החוקרים דווקא בטמפרטורה של 37°C.

(2.5 נקודות)

ג.

בניסוי המתואר, גידלו חיידקים גם במצע מזון נוזלי וגם במצע מזון מוצק.
צַיינו יתרון אחד לשיטה של גידול חיידקים במצע מזון נוזלי לעומת גידולם במצע מזון מוצק, ויתרון אחד לשיטה של גידול חיידקים במצע מזון מוצק לעומת גידולם במצע מזון נוזלי.

(2.5 נקודות)

◂ פתרון מלא לשאלה 37

סעיף א

תשובה:

צלחת 1′1'1′ (30°C): החיידקים ממין א נשארו שלמים ולא שחררו DNA לנוזל ← לא הייתה התמרה ← חיידקי ב לא קיבלו את הגן לייצור X ולא גדלו. צלחת 2′2'2′ (50°C): חלק מחיידקי א נהרסו ושחררו מעט DNA ← מעט חיידקי ב עברו התמרה ← מעט מושבות. צלחת 3′3'3′ (80°C): כמעט כל חיידקי א נהרסו ושחררו הרבה DNA (ה־DNA עמיד בחום) ← חיידקי ב רבים קלטו את הגן לייצור X ← מושבות רבות.

העיקרון: במצע המוצק אין חומצה אמינית X, ולכן יכולים לגדול בו ולהתרבות למושבות רק חיידקים המסוגלים לייצר X. חיידקים ממין ב אינם מסוגלים לייצר X, והטיפות שהועברו לא הכילו חיידקים ממין א ולא חומצה אמינית X. לכן מושבות יכולות להופיע רק אם חיידקים ממין ב קיבלו מן הנוזל DNA של חיידקי מין א הנושא את הגן לאנזים לייצור X, קלטו אותו ושילבו אותו – כלומר עברו התמרה (טרנספורמציה).
טמפרטורה גבוהה גורמת לדנטורציה של חלבונים ולהרס קרומי התא, ולכן להתפרקות החיידקים ולשחרור תוכנם – כולל ה־DNA – לנוזל. ה־DNA עצמו יציב יחסית לחום, וקטעיו נשארים פעילים.
- צלחת 1′1'1′ (נוזל ממבחנה 1, 30°C): בטמפרטורה זו חיידקי מין א חיים ושלמים, ולכן כמעט לא השתחרר DNA לנוזל. חיידקי ב לא קיבלו את הגן ונשארו לא מסוגלים לייצר X ← אין מושבות.
- צלחת 2′2'2′ (נוזל ממבחנה 2, 50°C): חלק מחיידקי א נהרסו ושחררו מעט DNA לנוזל ← מעט חיידקי ב קלטו את הגן ונעשו מסוגלים לייצר X ← מושבות מעטות.
- צלחת 3′3'3′ (נוזל ממבחנה 3, 80°C): כמעט כל חיידקי א נהרסו ושחררו כמות גדולה של DNA ← חיידקי ב רבים עברו התמרה ← מושבות רבות.
טעות נפוצה: לטעון שבטמפרטורה הגבוהה "נהרס הגן" או שהנוזל העביר חומצה אמינית X – בנוזל אין X, והחום אינו הורס את ה־DNA אלא דווקא משחרר אותו מן התאים ההרוסים.

סעיף ב

תשובה:

זהה – זהו גורם קבוע: הטמפרטורה משפיעה על קצב התרבות החיידקים ועל קליטת ה־DNA, ולכן כדי שההבדלים בתוצאות ינבעו רק מן הנוזל שהועבר (מן הטמפרטורה בשלב הראשון – המשתנה הבלתי תלוי) יש לשמור עליה זהה. 37°C – טמפרטורת גוף האדם, שממנו בודדו החיידקים; זו הטמפרטורה המיטבית לפעילות האנזימים שלהם ולהתרבותם.

מדוע טמפרטורה זהה: בניסוי המשתנה הבלתי תלוי הוא הטמפרטורה שאליה נחשפו חיידקי מין א בשלב הראשון (30°C, 50°C, 80°C), והמשתנה התלוי הוא מספר המושבות בצלחות. הטמפרטורה בשלב השני משפיעה על פעילות האנזימים של חיידקי ב, על קצב התרבותם ועל יכולתם לקלוט DNA. לכן היא חייבת להיות גורם קבוע – זהה בשלוש המבחנות – כדי שההבדלים במספר המושבות ינבעו רק מן ההבדל בנוזל שהועבר, כלומר מן הטמפרטורה בשלב הראשון.
מדוע 37°C: החיידקים בודדו מגוף האדם, שטמפרטורתו כ־37°C. זו הטמפרטורה שאליה הם מותאמים – הטמפרטורה המיטבית לפעילות האנזימים שלהם – ולכן בה הם מתרבים בקצב הגבוה ביותר. כך מתקבלת התרבות טובה של החיידקים ממין ב, והתוצאות ברורות.

סעיף ג

תשובה:

נוזלי: החיידקים מפוזרים בכל הנוזל ובמגע עם כל המצע (ועם החומרים המוספים, כמו ה־DNA), ולכן מתרבים מהר לכמות גדולה; קל להפריד את הנוזל ולהעביר טיפות. מוצק: כל חיידק מתרבה במקומו ויוצר מושבה נפרדת הנראית לעין – אפשר לספור מושבות (להעריך את מספר החיידקים) ולבודד תרבית טהורה.

יתרון למצע נוזלי: במצע נוזלי החיידקים מפוזרים בכל נפח המצע ובמגע ישיר עם חומרי המזון ועם חומרים שמוסיפים לו (בניסוי – ה־DNA בטיפות שהועברו), ולכן הם מתרבים מהר ומגיעים למספר גדול. בנוסף, קל להפריד את הנוזל מן החיידקים ולהעביר ממנו טיפות או דגימות (כפי שנעשה בניסוי).
יתרון למצע מוצק: במצע מוצק כל חיידק שנזרע נשאר במקומו, ומתרבה ויוצר מושבה נפרדת הנראית לעין. לכן אפשר לספור את המושבות ולהשוות בין טיפולים (כמו בצלחות 1′1'1′–3′3'3′), להעריך את מספר החיידקים שהיו בדגימה, ולבודד מושבה של חיידקים זהים (תרבית טהורה).

שאלה 38 · נגיף FIV בחתולים ותרופה נגד המתעתק ההפוך

שאלה פתוחהאחת מן השאלות 38–396 נקודות

הנגיף FIV גורם למחלת הכשל החיסוני בחתולים. פעולתו בתאי מערכת החיסון של חתולים דומה לפעולתו של נגיף האיידס (HIV-1) באדם.

א.

(1)

הנגיף FIV חודר לתאי מערכת החיסון של החתול ואינו חודר לתאי מערכת החיסון של האדם.
איזה הבדל בין תאי חתולים לבין תאי בני אדם יכול להיות הסיבה לכך?

(2)

הנגיף FIV הוא רטרווירוס.
הַסבירו מה תהיה ההשפעה של תרופה המונעת את פעילותו של האנזים המתעתק ההפוך (RT) על היווצרות נגיפי FIV בגוף החתול. בהסבר התייחסו לשלבי ההתרבות של הנגיפים.

(4 נקודות)

ב.

בטיפול באדם שחלה באיידס משתמשים בתרופה הפוגעת באנזים המתעתק ההפוך (RT).
האם תרופה זו תפגע גם בהתרבות של נגיף ההרפס בגוף האדם? נַמקו.

(2 נקודות)

◂ פתרון מלא לשאלה 38

סעיף א

(1)

תשובה:

הבדל בקולטנים (חלבונים) שעל קרום התא: לתאי החתול יש קולטן שחלבוני המעטפת של FIV מתאימים לו ונקשרים אליו, ולתאי האדם אין קולטן כזה.

חדירת נגיף לתא מתחילה בהיקשרות של חלבונים במעטפת הנגיף לקולטנים ספציפיים – חלבונים על קרום התא המאכסן – בהתאמה של צורה (מבנה מרחבי משלים). הנגיף יכול לחדור רק לתאים שיש עליהם קולטן מתאים.
לכן ההבדל הוא בחלבוני הקולטן שעל קרום התאים: לתאי מערכת החיסון של החתול יש קולטן שאליו נקשר FIV, ואילו על תאי מערכת החיסון של האדם אין קולטן כזה (או שהקולטן שונה במבנהו). FIV אינו נקשר לתאי האדם, ולכן אינו חודר אליהם.

(2)

תשובה:

לא ייווצרו נגיפים חדשים (או ייווצרו מעט מאוד): הנגיף נקשר לתא וחודר אליו, אך בלי RT ה־RNA הנגיפי אינו מתועתק ל־DNA, ה־DNA הנגיפי אינו משתלב ב־DNA של התא, ולכן אין שעתוק ותרגום של גני הנגיף, אין הרכבה ואין שחרור של נגיפים חדשים.

שלבי ההתרבות של רטרווירוס:
1. היקשרות לקולטן על קרום התא המאכסן וחדירה לתא; שחרור ה־RNA הנגיפי ואנזים ה־RT.
2. תעתוק הפוך – האנזים RT בונה DNA לפי תבנית ה־RNA הנגיפי.
3. שילוב ה־DNA הנגיפי ב־DNA של התא המאכסן.
4. שעתוק ה־DNA הנגיפי ל־RNA ותרגום לחלבוני הנגיף בעזרת מערכות התא.
5. הרכבה של נגיפים חדשים ושחרורם מן התא.
התרופה מונעת את פעילות ה־RT, ולכן ההתרבות נעצרת בשלב 2: הנגיף עדיין נקשר לתא וחודר אליו, אך ה־RNA שלו אינו מתועתק ל־DNA ← אין DNA נגיפי שישתלב בגנום התא ← אין שעתוק ותרגום של גני הנגיף ← לא נוצרים חלבונים ו־RNA נגיפיים, ולא מורכבים ולא משתחררים נגיפים חדשים. מספר נגיפי FIV בגוף החתול לא יעלה, והרס תאי מערכת החיסון יואט.
(תאים שבהם ה־DNA הנגיפי כבר השתלב לפני מתן התרופה ימשיכו לייצר נגיפים, ולכן התרופה מעכבת את המחלה אך אינה מרפאת אותה.)

סעיף ב

תשובה:

לא. נגיף ההרפס הוא נגיף DNA – החומר התורשתי שלו הוא DNA, והוא אינו עובר תעתוק הפוך ואינו משתמש באנזים RT; לכן תרופה הפוגעת ב־RT אינה פוגעת בהתרבותו.

לא. התרופה פוגעת רק באנזים המתעתק ההפוך, הדרוש לרטרווירוסים (כמו HIV) – נגיפים שהחומר התורשתי שלהם הוא RNA, שיש להפוך אותו ל־DNA.
נגיף ההרפס הוא נגיף DNA: החומר התורשתי שלו הוא DNA, שמשוכפל ומשועתק בתא המאכסן ישירות, ללא שלב של תעתוק הפוך. ההרפס אינו משתמש באנזים RT, ולכן התרופה אינה פוגעת באף שלב במחזור ההתרבות שלו.

שאלה 39 · אקנה – דלקת ועמידות לאנטיביוטיקה

שאלה פתוחהאחת מן השאלות 38–396 נקודות

אקנֶה (פצעי בגרות) היא מחלה זיהומית הנגרמת מחיידקים, ומתבטאת בפצעונים דלקתיים בעור הפנים.

א.

האם התפתחות דלקת היא תגובה חיסונית ייחודית? נַמקו.

(2 נקודות)

ב.

אחד הטיפולים למחלת אקנֶה חמורה הוא באמצעות אנטיביוטיקה.

(1)

השימוש הרב באנטיביוטיקה מסוימת נגד אקנה גרם לעלייה בשכיחותם של חיידקים שעמידים לאנטיביוטיקה זו. הַסבירו.

(2)

הַסבירו מדוע אנטיביוטיקה פוגעת בחיידקים אך אינה פוגעת בנגיפים.

(4 נקודות)

◂ פתרון מלא לשאלה 39

סעיף א

תשובה:

לא. דלקת היא תגובה חיסונית לא ייחודית (מולדת): היא מתפתחת באותו אופן נגד כל גורם זר או פגיעה ברקמה, בלי זיהוי של אנטיגן מסוים ובלי צורך בחשיפה קודמת.

לא – דלקת היא תגובה חיסונית לא ייחודית.
תגובה ייחודית (של לימפוציטים B ו־T) מכוונת נגד אנטיגן מסוים שזוהה, מתפתחת רק לאחר כמה ימים בחשיפה ראשונה, ויוצרת תאי זיכרון.
הדלקת, לעומת זאת, מתפתחת מהר ובאותו אופן נגד כל גורם – כל סוג של חיידק, נגיף, גוף זר או פגיעה ברקמה: תאים ברקמה הפגועה משחררים חומרים (כמו היסטמין) הגורמים להרחבת כלי הדם ולהגברת חדירותם, ותאי דם לבנים בולעים (כמו נויטרופילים ומקרופאגים) יוצאים אל הרקמה ובולעים את הגורם הזר. התגובה אינה תלויה בזיהוי אנטיגן מסוים ואינה משתפרת בחשיפה חוזרת.

סעיף ב

(1)

תשובה:

באוכלוסיית החיידקים קיימת שונות: חלק קטן מן החיידקים עמיד לאנטיביוטיקה עוד לפני הטיפול (בעקבות מוטציה אקראית). האנטיביוטיקה הורגת את הרגישים, והעמידים שורדים, מתרבים ומעבירים את גן העמידות לצאצאים – ברירה טבעית; שימוש רב חוזר על הברירה פעמים רבות, ושכיחות העמידים עולה.

התהליך הוא ברירה טבעית:
1. שונות: באוכלוסיית החיידקים, הגדולה מאוד והמתרבה מהר, נוצרות מוטציות אקראיות. חלק מן החיידקים נושאים, עוד לפני החשיפה לאנטיביוטיקה, גן המקנה עמידות לה (למשל גן לאנזים המפרק אותה). חיידקים יכולים לקבל גן עמידות גם מחיידקים אחרים (למשל בפלסמיד).
2. ברירה: כשמטפלים באנטיביוטיקה, החיידקים הרגישים מתים, ואילו החיידקים העמידים שורדים.
3. התרבות ותורשה: החיידקים העמידים מתרבים (בחלוקה) ומעבירים את גן העמידות לצאצאיהם – והם גם נהנים מכך שהמתחרים הרגישים סולקו.
4. השימוש הרב באנטיביוטיקה חוזר על תהליך הברירה פעמים רבות, ולכן שכיחות החיידקים העמידים באוכלוסייה עולה, עד שהאנטיביוטיקה מאבדת מיעילותה.
טעות נפוצה: לכתוב שהאנטיביוטיקה גרמה לחיידקים "להתרגל" או ליצור מוטציה של עמידות – המוטציות אקראיות וקיימות לפני הטיפול; האנטיביוטיקה רק בוררת את החיידקים העמידים.

(2)

תשובה:

אנטיביוטיקה פוגעת במבנים ובתהליכים של התא החיידקי – למשל בניית דופן התא או הריבוזומים של החיידק. לנגיפים אין דופן תא, ריבוזומים או חילוף חומרים עצמאי; הם מתרבים רק בתוך תא המאכסן בעזרת מערכותיו, ולכן לאנטיביוטיקה אין בהם מטרה.

אנטיביוטיקה פועלת על מבנים ותהליכים הייחודיים לתא החיידקי, למשל:
•עיכוב בניית דופן התא של החיידק ← החיידק מתפוצץ;
•פגיעה בריבוזומים של החיידק (השונים מן הריבוזומים בתאי האדם) ← עיכוב ייצור החלבונים;
•עיכוב אנזימים של החיידק בתהליכי חילוף החומרים או בשכפול ה־DNA שלו.
חיידק הוא תא חי בעל חילוף חומרים עצמאי, ולכן יש באנטיביוטיקה מטרה לפגוע בה.
נגיף אינו תא: הוא בנוי מחומר תורשתי עטוף בקופסית חלבון (ולעיתים במעטפת), ואין לו דופן תא, ריבוזומים או חילוף חומרים משלו. הנגיף מתרבה רק בתוך תא המאכסן ובעזרת המערכות של התא (ריבוזומים, אנזימים, ATP). לכן אין בנגיף את המבנים והתהליכים שהאנטיביוטיקה פוגעת בהם, והיא אינה פוגעת בו.

טבלת התשובות

שאלה	סעיף	תשובה
1	-	ג – המערכת ההורמונלית (יחד עם מערכת העצבים) היא מערכת התיאום והבקרה של הגוף.
2	-	א – בפוטוסינתזה נקלט $\text{CO}_2$ מן האוויר, וכך יורד ריכוזו של גז החממה – והתחממות כדור הארץ מתמתנת.
3	-	ב – חלבון הוא חומר אורגני שבקשרים הכימיים שלו אצורה אנרגיה, והתא יכול לפרק אותו (את חומצות האמינו) בנשימה התאית ולהפיק ממנו ATP.
4	-	א – המשפט שגוי: מהירות זרימת הדם בנימים היא הנמוכה ביותר במערכת ההובלה – נמוכה יותר מאשר בוורידים.
5	-	ג – ביצירת עמילן הגלוקוז (המגיב) הולך ופוחת והעמילן (התוצר) הולך ומצטבר מאפס – כך בגרף ג.
6	-	ד – המים הם סביבה דומם – גורם אביוטי – וצורת הגוף של הדגים מותאמת לתנועה בתווך זה.
7	-	ב – חיסון מונע (חיסון פעיל) מכיל נגיף מוחלש, שמעורר את מערכת החיסון של הכלב ליצור נוגדנים ותאי זיכרון.
8	-	ד – mRNA הוא התבנית לתרגום בריבוזומים; כמות גדולה שלו מעידה על שעתוק מוגבר לצורך יצירה מוגברת של חלבונים.
9	-	א – המסתם אמור למנוע זרימה חוזרת מעורק הריאה לחדר הימני; כשאינו נסגר, דם דל בחמצן חוזר לחדר הימני.
10	-	ב – רק בשושלת ב לכל צאצא עם שיער מקורזל יש הורה עם שיער מקורזל, כמצופה בתכונה דומיננטית.
11	-	ד – הבידוד הגאוגרפי מונע זרימת גנים; הצטברות של שינויים גנטיים שונים עלולה ליצור מחסום רבייתי – ובסופו של דבר שני מינים נפרדים.
12	-	ג – תאי הכליה צורכים חמצן בנשימה התאית (להפקת ATP), ולכן הדם היוצא מן הכליה דל יותר בחמצן.
13	-	ב – החלפה של נוקלאוטיד אחד משנה קודון אחד, ולכן רק חומצת אמינו אחת בחלבון משתנה.
14	-	א – אוטוטרופים קולטים $\text{CO}_2$ ופולטים $\text{O}_2$ בפוטוסינתזה; אוטוטרופים והטרוטרופים קולטים $\text{O}_2$ ופולטים $\text{CO}_2$ בנשימה התאית – כך בתרשים א.
15	-	ב – מי החמצן (הסובסטרט) פורקו כולם, ולכן לא נוצר עוד חמצן, וריכוזו נשאר קבוע.
16	-	א – $\text{CO}_2$ נוצר בנשימה התאית, עובר בדיפוזיה מן התאים לדם, ובריאות עובר בדיפוזיה מן הדם לחלל הנאדית ונפלט בנשיפה.
17	-	ד – בבית גידול עם תקופות יובש ארוכות המים זמינים רק לזמן קצר אחרי הגשם, ולכן יש יתרון לצמחים שמשלימים את מחזור החיים במהירות.
18	-	א – חילוף חומרים הוא כלל התגובות הכימיות בתא – פירוק (קטבוליזם) ובנייה (אנבוליזם) – המזורזות על ידי אנזימים.
19	-	ב – המפרקים מפרקים חומר אורגני מת (פגרים, הפרשות, עלים נושרים) לחומרים אי־אורגניים; בלעדיהם הפירוק הזה כמעט נעצר.
20	-	ג – בתמיסות המלח הנמוכות (0.5%, 1%) פוטנציאל המים בתמיסה גבוה מבתאים, מים נכנסים לתאים באוסמוזה, התאים מתנפחים והרצועה מתעגלת.
21	א	1. השרירים הבין־צלעיים והסרעפת – מתכווצים; 2. נפח בית החזה – גדל; 3. לחץ האוויר בריאות – קטן; 4. אוויר – נכנס.
21	ב	פחות דם ← פחות חמצן וגלוקוז מגיעים לתאי השרירים ← פחות נשימה תאית ← פחות ATP ← השרירים מתכווצים פחות (חלש יותר) ← נפח בית החזה גדל פחות ← הלחץ בריאות יורד פחות ← נכנס פחות אוויר.
22	א 1	בפעילות מאומצת נוצר בשרירים חום רב (נשימה תאית מוגברת). אידוי הזיעה מעור הגוף צורך חום מהגוף ← הגוף מתקרר ← נמנעת עלייה מסוכנת בטמפרטורת הגוף, השומרת על פעילות האנזימים.
	א 2	עליית ריכוז ה־ $\text{CO}_2$ בדם מזוהה במרכז הנשימה (בגזע המוח) ← קצב הנשימה ועומקה עולים ← יותר אוויר נשוף בכל דקה, והאוויר הנשוף רווי באדי מים ← יותר מים נפלטים מהריאות (650 לעומת 350 מ"ל ליום).
	ב	ADH מגביר את ספיגת המים חזרה בכליות; בלעדיו החולים מאבדים כמות גדולה של מים בשתן ואינם יכולים לצמצם אותה. בפעילות מאומצת איבוד המים בזיעה עולה מ־100 ל־5000 מ"ל ליום, ובאדם בריא הדבר מאוזן בירידת השתן מ־1500 ל־500 מ"ל (בזכות ADH). אצל החולים השתן לא יקטן ← איבוד מים גדול מאוד ← סכנת התייבשות.
23	א 1	ברירה טבעית: בסביבה עשירה בפלסטיק, לחיידקים שיש להם אנזים לפירוק פלסטיק יש מקור מזון שאין לחיידקים אחרים ← הם שורדים ומתרבים יותר ← שכיחותם באוכלוסייה עולה. בסביבה עם מעט פלסטיק התכונה אינה מקנה יתרון.
	א 2	כן. למשל: פירוק הפלסטיק בידי החיידקים איטי, והחיידקים נמצאים רק במקומות מסוימים (מזבלות), ואילו הפלסטיק מצטבר בכמויות עצומות ובכל מקום (בים, בקרקע) ופוגע בבעלי חיים כבר עכשיו.
	ב	עד לטמפרטורה המיטבית: עלייה בטמפרטורה מגבירה את תנועת המולקולות ← יותר מפגשים בין האנזימים לסובסטרט ← קצב הפירוק עולה. מעל הטמפרטורה המיטבית: האנזימים (וחלבוני החיידקים) עוברים דנטורציה – המבנה המרחבי והאתר הפעיל משתנים ← פחות קומפלקסים אנזים–סובסטרט ← קצב הפירוק יורד (והחיידקים עלולים למות).
24	א	ב־ $\text{t}_1$ (תחילת החורף) משקל החומרים האורגניים בבצל מינימלי: מסוף הקיץ ובסתיו החומרים האגורים בבצל נוצלו לנשימה תאית ולבניית העלים (ולפריחה), בלי פוטוסינתזה. מ־ $\text{t}_1$ העלים מבצעים פוטוסינתזה בקצב גבוה, והעודף מועבר לבצל – משקלו מתחיל לעלות. ב־ $\text{t}_2$ (אביב) משקל הבצל גבוה (כמעט מרבי): במשך החורף והאביב נאגרו בו תוצרי הפוטוסינתזה של העלים; ב־ $\text{t}_2$ העלים מתייבשים ומתים (משקלם יורד לאפס), והחומרים מהם הועברו לבצל, שבו הם נשמרים לקיץ.
24	ב	לחצב יש עלים רק בעונה הגשומה (מהסתיו ועד האביב, לפי הגרף), ובקיץ היבש הוא שורד כבצל תת־קרקעי ללא עלים ← אין איבוד מים בדיות בעונה היבשה; החומרים שנאגרו בבצל מאפשרים לו לבנות עלים במהירות בתחילת עונת הגשמים.
25	א 1	בטווח A – בו עלייה בריכוז האינסולין מעלה את קצב כניסת הגלוקוז לתאים; בטווח B הקצב קבוע למרות העלייה בריכוז האינסולין.
	א 2	למשל מספר הקולטנים לאינסולין על קרום התא (או מספר החלבונים הנשאים לגלוקוז בקרום): בטווח B כל הקולטנים תפוסים, ולכן תוספת אינסולין אינה מגבירה את האות לתא, ומספר הנשאים בקרום וקצב כניסת הגלוקוז נשארים קבועים.
	ב	בכליות גלוקוז מסונן מהדם אל התסנין, אך אצל אדם בריא כולו נספג חזרה לדם בצינוריות (בעזרת חלבונים נשאים, בהובלה פעילה). רמת הגלוקוז בדם מווסתת (בעזרת אינסולין), ולכן כמות הגלוקוז בתסנין אינה עולה על יכולת הספיגה – ולא נשאר גלוקוז בשתן.
26	א 1	האלל לצבע אדום הוא הרצסיבי: בהכלאה לבן × לבן נולדו גם צאצאים אדומים (בערך 3 לבנים : 1 אדום), כלומר ההורים הלבנים נושאים אלל לאדום שאינו מתבטא בהם.
	א 2	לבן. האלל הדומיננטי (ללבן) מקודד לחלבון A; בהטרוזיגוט יש עותק אחד של אלל זה, ודי בו כדי לייצר חלבון A שמפרק את חומר הצבע האדום ← הפרח לבן.
	ב	במיוזה (חלוקה ראשונה) הכרומוזומים ההומולוגיים מכל זוג נפרדים זה מזה ומתחלקים באקראי ובאופן בלתי תלוי בין התאים הנוצרים ← כל תא מין מקבל צירוף שונה של אללים של גנים שונים (גם שחלוף יוצר צירופים חדשים) ← בהפריה נוצרים צאצאים בצירופים מגוונים.
27	א	בתוך תאי השמרים הסביבה חומצית, והקרום השלם (בררני) שומר על הבדל בין תוך התא לתמיסה הבסיסית שבחוץ – לכן האינדיקטור בתאים אדום. הדטרגנט ממיס את הפוספוליפידים של הקרום ← הקרום מתפרק ← תוכן התא מתערבב עם התמיסה הבסיסית ← האינדיקטור בתאים נמצא בסביבה בסיסית ← צהוב.
27	ב	נשימה אווירנית: $\text{CO}_2$ – תוצר; חמצן – מגיב; חד־סוכר – מגיב; חומצה לקטית – לא קשור; אנרגייה – רבה. תסיסה כוהלית: $\text{CO}_2$ – תוצר; חמצן – לא קשור; חד־סוכר – מגיב; חומצה לקטית – לא קשור; אנרגייה – מעטה.
28	-	מעבר דרך תעלה הוא פסיבי – ללא השקעת אנרגייה (ATP), במורד מפל הריכוזים (מריכוז גבוה לנמוך); משאבה מעבירה חומרים בהובלה פעילה – בהשקעת אנרגייה (ATP), גם נגד מפל הריכוזים (מריכוז נמוך לגבוה).
29	א 1	בטיפול II קצב חלוקת התאים נמוך בהרבה (כשישית) מבטיפול I. בטיפול II התאים מייצרים חלבון E, היוצר תעלות בקרום ← חומרים (יונים) עוברים דרך הקרום בלי בקרה ← הסביבה הפנימית של התא והתהליכים בו משתבשים ← פחות חלוקות תאים.
	א 2	בטיפול III קצב החלוקות גבוה מבטיפול II (בערך פי 2), כי חומר Z חוסם את תעלות חלבון E ← פחות מעבר לא מבוקר של חומרים דרך הקרום ← פחות שיבוש בתהליכים ← יותר חלוקות. הקצב עדיין נמוך מבטיפול I, כנראה כי החסימה חלקית.
	ב 1	בטיפול I בניסוי 2 (תאים מוטנטים) קצב החלוקות נמוך (כמחצית) מבטיפול I בניסוי 1 (תאים רגילים): בגלל המוטציה חדירות הקרום לאשלגן נמוכה ← נכנס לתאים פחות אשלגן ← ריכוזו בתאים נמוך מהמיטבי ← תפקוד התאים וחלוקתם נפגעים.
	ב 2	בתאים המוטנטים התעלה של חלבון E מועילה: דרכה נכנס אשלגן, ולכן בטיפול II קצב החלוקות הגבוה ביותר. בטיפול III, עם Z, קצב החלוקות יורד (לכ־70% מטיפול II) – כלומר פחות אשלגן נכנס דרך תעלת E. מכאן ש־Z חוסם את מעבר החומרים דרך חלבון E, כלומר משבש את תפקודו כתעלה (ולא, למשל, פשוט מעודד חלוקה).
30	-	לא (עדיין). למשל: חומר Z חוסם תעלות בקרום באופן כללי – בגוף הוא עלול לחסום גם תעלות חיוניות בתאי הגוף (למשל תעלות יונים בתאי עצב ושריר) ולפגוע בתפקודם. (נימוק אחר: הניסויים נערכו בתאים מהונדסים בתרבית, לא בנגיפים ולא באורגניזם שלם.)
31	א	חלבון הבקרה נקשר ל־mRNA המקודד לקולטן ומגן עליו מפני האנזים מפרק ה־RNA; ה־mRNA נשאר בתא זמן רב ומתורגם שוב ושוב בריבוזומים, ולכן נוצרים קולטנים רבים לטרנספרין.
	ב	משוב שלילי: חוסר ברזל ← mRNA מוגן ← יותר קולטנים ← יותר ברזל נכנס לתא וריכוזו עולה; עודף ברזל ← הברזל נקשר לחלבון הבקרה ← mRNA מפורק ← אין ייצור קולטנים ← פחות ברזל נכנס, וריכוזו אינו ממשיך לעלות. כך ריכוז הברזל נשמר בתחום קבוע.
	ג	(יש לבחור שתיים) I – ירידה: ה־mRNA אינו מוגן אף פעם ומפורק, לא נוצרים קולטנים ופחות ברזל נכנס. II – עלייה: ה־mRNA אינו מפורק גם בעודף ברזל, הקולטן מיוצר כל הזמן והברזל ממשיך להיכנס. III – עלייה: חלבון הבקרה אינו קושר ברזל ולכן תמיד נקשר ל־mRNA ומגן עליו (כמו במצב של חוסר), הקולטן מיוצר כל הזמן והברזל ממשיך להיכנס.
32	א	אנזים הגבלה – בשלב I (חיתוך הפלסמיד, וגם חיתוך הגן מן ה־DNA של הסלק); ליגאז – בשלב II (חיבור הגן לפלסמיד). באנזים מתעתק DNA ובאנזים משכפל DNA החוקרים לא השתמשו בשלבים אלה.
32	ב	סלק ועגבנייה הם מינים שונים, ולכן אי אפשר להכליא ביניהם וליצור צאצאים פוריים; הנדסה גנטית מאפשרת להעביר גן בין מינים שונים.
33	א	החיידק אינו מבזבז אנרגיה (ATP) וחומרי בניין (נוקלאוטידים, חומצות אמיניות) על ייצור mRNA ואנזימים לפירוק לקטוז כשאין לקטוז לפרק; משאבים אלה מנוצלים לתהליכים אחרים, כמו גדילה והתרבות.
33	ב	עקום a – ה־mRNA: עולה ראשון, מיד לאחר הוספת הלקטוז (כ־3 דקות), ויורד לאפס עד כ־15 דקות לאחר הוצאת הלקטוז (10 דקות) – השעתוק נפסק וה־mRNA מתפרק מהר. עקום b – האנזים: מתחיל לעלות מאוחר יותר (כ־4 דקות), כי התרגום מתרחש לאחר השעתוק, ממשיך לעלות כל עוד יש mRNA (עד כ־13 דקות) ואחר כך נשאר קבוע, כי החלבון יציב ואינו מתפרק מהר.
34	א	ביצור רב־תאי גדול היחס בין שטח הפנים לנפח קטן ורוב התאים רחוקים מן הסביבה; דיפוזיה איטית מדי למרחקים גדולים, ולכן דרושה מערכת הובלה המביאה חמצן וחומרי מזון לכל תא ומרחיקה ממנו פחמן דו־חמצני ופסולת.
	ב	קצב הלב עולה מ־5 פעימות לדקה ב־5°C ל־35 ב־20°C (פי 7). בצפרדע הפויקילותרמית טמפרטורת הגוף עולה עם טמפרטורת הסביבה ← פעילות האנזימים וקצב הנשימה התאית עולים ← דרושים יותר חמצן וגלוקוז ל־ATP. קצב לב גבוה מגביר את זרימת הדם ← יותר חמצן וגלוקוז מגיעים לתאים (ו־CO₂ מורחק) ← יותר ATP לפעילות השרירים.
	ג	קצב הלב עולה עם הירידה בטמפרטורה: מכ־331 פעימות לדקה ב־15°C לכ־453 בכ־ $-4^{\circ}\text{C}$ (עלייה של כ־37%). בקור העוף ההומאותרמי מאבד יותר חום לסביבה, ולכן מגביר את הנשימה התאית כדי לייצר יותר חום; לשם כך התאים זקוקים ליותר חמצן וגלוקוז, וקצב לב מהיר מגביר את אספקתם (ואת הרחקת ה־CO₂), וכך נשמרת טמפרטורת גוף קבועה.
35	א	הפרשת הפסולת החנקנית (ביונקים – אוריאה בשתן); בדגים רוב הפסולת החנקנית (אמוניה) מופרשת דרך הזימים.
	ב 1	ריכוז המומסים בנוזלי הגוף גבוה מזה שבמים המתוקים (הסביבה היפוטונית), ולכן מים נכנסים לגוף באוסמוזה ללא הפסקה ומלחים אובדים בדיפוזיה – הגוף עלול להתנפח ונוזליו להימהל.
	ב 2	חד־תאיים: חלולית מתכווצת (פועמת) המרכזת את עודף המים ומוציאה אותו מן התא. דגים: (1) הפרשת כמות גדולה של שתן מהול מאוד; (2) קליטה פעילה של מלחים מן המים דרך הזימים (וגם – כמעט אינם שותים מים).
36	א 1	דרך פתחי נשימה בדופן הגוף האוויר נכנס למערכת קנים (טרכיאות) המסתעפים לקנונים דקים המגיעים סמוך לכל תא; מקצות הקנונים החמצן עובר בדיפוזיה ישירות לתאים, בלי להיות מובל בהמולימפה.
	א 2	מושפעת: השרירים מפיקים ATP להתכווצות בנשימה תאית אווירנית, ולכן פעולתם תלויה בחמצן שמגיע אליהם. משפיעה: התכווצות והרפיה של שרירי הגוף (בעיקר שרירי הבטן) לוחצות על הקנים ושקי האוויר ומרחיבות אותם – אוורור פעיל – ואוויר טרי נכנס למערכת; בנוסף, שריר פעיל צורך יותר חמצן, וריכוזו בתא יורד – מפל הריכוזים גדל והדיפוזיה מהירה יותר.
	ב	במערכת החד־כיוונית: אוויר טרי זורם ברציפות ואינו מתערבב באוויר המשומש (דל חמצן), ולכן ריכוז החמצן בקנים גבוה יותר, מפל הריכוזים לתאים גדול והדיפוזיה מהירה יותר.
37	א	צלחת $1'$ (30°C): החיידקים ממין א נשארו שלמים ולא שחררו DNA לנוזל ← לא הייתה התמרה ← חיידקי ב לא קיבלו את הגן לייצור X ולא גדלו. צלחת $2'$ (50°C): חלק מחיידקי א נהרסו ושחררו מעט DNA ← מעט חיידקי ב עברו התמרה ← מעט מושבות. צלחת $3'$ (80°C): כמעט כל חיידקי א נהרסו ושחררו הרבה DNA (ה־DNA עמיד בחום) ← חיידקי ב רבים קלטו את הגן לייצור X ← מושבות רבות.
	ב	זהה – זהו גורם קבוע: הטמפרטורה משפיעה על קצב התרבות החיידקים ועל קליטת ה־DNA, ולכן כדי שההבדלים בתוצאות ינבעו רק מן הנוזל שהועבר (מן הטמפרטורה בשלב הראשון – המשתנה הבלתי תלוי) יש לשמור עליה זהה. 37°C – טמפרטורת גוף האדם, שממנו בודדו החיידקים; זו הטמפרטורה המיטבית לפעילות האנזימים שלהם ולהתרבותם.
	ג	נוזלי: החיידקים מפוזרים בכל הנוזל ובמגע עם כל המצע (ועם החומרים המוספים, כמו ה־DNA), ולכן מתרבים מהר לכמות גדולה; קל להפריד את הנוזל ולהעביר טיפות. מוצק: כל חיידק מתרבה במקומו ויוצר מושבה נפרדת הנראית לעין – אפשר לספור מושבות (להעריך את מספר החיידקים) ולבודד תרבית טהורה.
38	א 1	הבדל בקולטנים (חלבונים) שעל קרום התא: לתאי החתול יש קולטן שחלבוני המעטפת של FIV מתאימים לו ונקשרים אליו, ולתאי האדם אין קולטן כזה.
	א 2	לא ייווצרו נגיפים חדשים (או ייווצרו מעט מאוד): הנגיף נקשר לתא וחודר אליו, אך בלי RT ה־RNA הנגיפי אינו מתועתק ל־DNA, ה־DNA הנגיפי אינו משתלב ב־DNA של התא, ולכן אין שעתוק ותרגום של גני הנגיף, אין הרכבה ואין שחרור של נגיפים חדשים.
	ב	לא. נגיף ההרפס הוא נגיף DNA – החומר התורשתי שלו הוא DNA, והוא אינו עובר תעתוק הפוך ואינו משתמש באנזים RT; לכן תרופה הפוגעת ב־RT אינה פוגעת בהתרבותו.
39	א	לא. דלקת היא תגובה חיסונית לא ייחודית (מולדת): היא מתפתחת באותו אופן נגד כל גורם זר או פגיעה ברקמה, בלי זיהוי של אנטיגן מסוים ובלי צורך בחשיפה קודמת.
	ב 1	באוכלוסיית החיידקים קיימת שונות: חלק קטן מן החיידקים עמיד לאנטיביוטיקה עוד לפני הטיפול (בעקבות מוטציה אקראית). האנטיביוטיקה הורגת את הרגישים, והעמידים שורדים, מתרבים ומעבירים את גן העמידות לצאצאים – ברירה טבעית; שימוש רב חוזר על הברירה פעמים רבות, ושכיחות העמידים עולה.
	ב 2	אנטיביוטיקה פוגעת במבנים ובתהליכים של התא החיידקי – למשל בניית דופן התא או הריבוזומים של החיידק. לנגיפים אין דופן תא, ריבוזומים או חילוף חומרים עצמאי; הם מתרבים רק בתוך תא המאכסן בעזרת מערכותיו, ולכן לאנטיביוטיקה אין בהם מטרה.

התהליכים	$\text{CO}_2$	האנרגייה המתקבלת
	(מגיב / תוצר / לא קשור לתהליך)	(מעטה / רבה)
נשימה תאית אווירנית (אירובית)
תסיסה כוהלית

פרק ראשון (32 נקודות)

שאלה 1 · מערכת מתאמת בגוף האדם

למה האחרות שגויות:

שאלה 2 · פוטוסינתזה וההתחממות הגלובלית

למה האחרות שגויות:

שאלה 3 · מקור אנרגיה בתא

למה האחרות שגויות:

שאלה 4 · נימי הדם

למה האחרות שגויות:

שאלה 5 · גרף של יצירת עמילן מגלוקוז

למה האחרות שגויות:

שאלה 6 · התאמה לגורם אביוטי

למה האחרות שגויות:

שאלה 7 · חיסון נגד כלבת

למה האחרות שגויות:

שאלה 8 · כמות גדולה של mRNA בתא

למה האחרות שגויות:

שאלה 9 · פגיעה במסתם עורק הריאה

למה האחרות שגויות:

שאלה 10 · שושלת של תכונה דומיננטית

למה האחרות שגויות:

שאלה 11 · היווצרות מינים בבידוד גאוגרפי

למה האחרות שגויות:

שאלה 12 · ריכוז חמצן בעורק ובווריד הכליה

למה האחרות שגויות:

שאלה 13 · מוטציה באנמיה חרמשית

למה האחרות שגויות:

שאלה 14 · מעברי CO2​ ו־O2​ בטבע

למה האחרות שגויות:

שאלה 15 · הפסקת יצירת חמצן בפירוק מי חמצן

למה האחרות שגויות:

שאלה 16 · מסלול ה־CO2​ בגוף

למה האחרות שגויות:

שאלה 17 · מחזור חיים קצר בצמחים

למה האחרות שגויות:

שאלה 18 · הגדרת חילוף חומרים

למה האחרות שגויות:

שאלה 19 · סילוק המפרקים מבית גידול

למה האחרות שגויות:

שאלה 20 · התעגלות רצועות בצל בתמיסות מלח

למה האחרות שגויות:

פרק שני (35 נקודות)

שאלה 21 · מנגנון השאיפה ואספקת דם לשרירי הנשימה

סעיף א

סעיף ב

שאלה 22 · איבוד מים מהגוף במנוחה ובפעילות מאומצת

סעיף א

סעיף ב

שאלה 23 · חיידקים מפרקי פלסטיק וטמפרטורה במזבלה

סעיף א

כן, עדיין יש צורך להגביל את השימוש בפלסטיק.

סעיף ב

שאלה 24 · החצב – חומרים אורגניים בבצל ובעלים במהלך השנה

סעיף א

סעיף ב

ההתאמה: השלת העלים בעונה היבשה ואגירת חומרים בבצל תת־קרקעי.

שאלה 25 · אינסולין וקצב כניסת גלוקוז לתאים; גלוקוז בשתן

סעיף א

בטווח A.

גורם אפשרי: מספר הקולטנים לאינסולין בקרום התא.

גורמים אפשריים נוספים (כל אחד עם הסבר מתאים):

סעיף ב

שאלה 26 · תורשת צבע הפרחים בכלניות ומיוזה

סעיף א

האלל לצבע אדום הוא האלל הרצסיבי.

צבע ההטרוזיגוט: לבן.

סעיף ב

הסבר (אחד מספיק):

שאלה 27 · קרום התא – אינדיקטור אדום ניטרלי; נשימה תאית ותסיסה

סעיף א

סעיף ב

הסבר:

פרק שלישי (18 נקודות)

שאלה 28 · תעלות ומשאבות בקרום התא

מחסום לתעלה – ואולי למחלה

פתרון

ההבדל (אחד מספיק):

שאלה 29 · חלבון E, חומר Z וקצב חלוקת התאים

ניסוי 1

ניסוי 2

שאלה 14 · מעברי $CO_{2}$ ו־ $O_{2}$ בטבע

שאלה 16 · מסלול ה־ $CO_{2}$ בגוף