מתכונת 8 בביולוגיה - שאלון עיקרי 043381

היוד: מולקולות היוד קטנות, והן עוברות דרך הנקבים שבשקית. ריכוז היוד בכוס גבוה, ובתוך השקית אין יוד, ולכן היוד עובר בדיפוזיה מן הכוס אל תוך השקית. בתוך השקית הוא פוגש את העמילן, וצובע אותו בכחול כהה.

העמילן: מולקולות העמילן גדולות מדי, ואינן עוברות דרך הנקבים. לכן הן נשארו בתוך השקית, והמים בכוס לא נצבעו בכחול.

הגלוקוז: מולקולות הגלוקוז קטנות. ריכוזו בתוך השקית גבוה, ובכוס אין גלוקוז, ולכן הוא עבר בדיפוזיה מן השקית אל המים בכוס.

הדמיון לקרום התא: השקית היא בררנית – חלק מן החומרים עוברים דרכה וחלק אינם עוברים, כמו קרום התא. (ההבדל: בקרום התא הבררנות נקבעת גם בידי חלבוני תעלות ונשאים, ויש בו גם הובלה פעילה; בשקית המעבר תלוי רק בגודל המולקולות, והוא פסיבי.)

- פוטוסינתזה: CO₂ + מים + אנרגיית אור ← חד־סוכר (גלוקוז) + חמצן. אנרגיית האור נאגרת בקשרים הכימיים של הסוכר.

- תסיסה כוהלית: חד־סוכר (גלוקוז) ← כוהל (אתנול) + CO₂ + מעט אנרגייה. התהליך מתרחש בלי חמצן; חלק מן האנרגייה שבסוכר משתחררת ונאגרת ב־ATP, ורובה נשאר בכוהל.

שימו לב ש־CO₂ הוא מגיב בפוטוסינתזה ותוצר בתסיסה, ושהחד־סוכר הוא תוצר בפוטוסינתזה ומגיב בתסיסה.

1. כשקצב הנשימה ועומקה עולים, נכנס לריאות יותר אוויר בכל דקה (אוורור מוגבר).

2. האוויר בנאדיות מתחלף מהר, ולכן ריכוז החמצן בנאדיות נשמר גבוה וריכוז ה־CO₂ בהן נשמר נמוך. הפרש הריכוזים בין הנאדיות לדם גדול, ויותר חמצן עובר בדיפוזיה לדם בכל דקה.

3. הדם מוביל את החמצן (קשור להמוגלובין) אל תאי השריר, וגם ה־CO₂ שנוצר בשרירים מסולק מהר יותר.

4. בתאי השריר החמצן משמש בנשימה התאית האווירנית, ולכן יותר גלוקוז מתפרק עד CO₂ ומים בכל דקה, ונוצר יותר ATP – האנרגייה הדרושה להתכווצות.

השפעה על ADH: המים שנספגו לדם מקטינים את ריכוז המומסים בדם. השינוי נקלט בגוף, וההיפופיזה מפרישה פחות ADH – רמתו בדם יורדת.

השפעה על הכליה: ADH מגביר את חדירות הצינוריות בנפרון למים. כשרמתו יורדת, הצינוריות פחות חדירות למים, ולכן פחות מים נספגים בחזרה מן התסנין אל הדם. יותר מים נשארים בתסנין ויוצאים בשתן – הכליה מפרישה כמות גדולה של שתן מהול. כך עודף המים מסולק, וריכוז המומסים בדם חוזר לתחום התקין (משוב שלילי).

ריכוז המומסים בשתן יירד. כמות המומסים שהכליה מפרישה (למשל שתנן ומלחים) אינה משתנה הרבה, אבל הם מופרשים בנפח גדול בהרבה של מים, ולכן ריכוזם בשתן נמוך יותר – השתן בהיר ומהול.

הנימוק – ההכלאה שחור × שחור: לשני הורים שחורים נולדו גם גורים חומים. הגורים קיבלו את האלל לחום מן ההורים, ולכן ההורים השחורים נושאים אלל לחום שאינו מתבטא בהם. מכאן שהאלל לשחור דומיננטי, והאלל לחום רצסיבי. נסמן שחור B וחום b: ההורים Bb × Bb, והצאצאים צפויים להיות 3 שחורים : 1 חום – בדיוק כמו בתוצאות (18 : 6).

תמיכה משאר ההכלאות: חום × חום (bb × bb) נותן רק גורים חומים; שחור × חום (Bb × bb) נותן כ־1:1 (11:12).

ההסבר: האלל שמקודד לאנזים הפעיל הוא האלל לשחור, כי רק בנוכחות האנזים הפעיל נוצר חומר הצבע השחור. בכלב הטרוזיגוט (Bb) יש עותק אחד של האלל B. הוא משועתק ומתורגם, ונוצר אנזים פעיל. אנזים פועל שוב ושוב, ולכן די בכמות שמייצר עותק אחד כדי ליצור חומר צבע שחור בשערות. האלל b מקודד לאנזים לא פעיל, ואינו משנה את התוצאה. לכן ההטרוזיגוט שחור – כמו ההומוזיגוט BB.

היווצרות האלל החדש: ה־DNA יכול להשתנות – למשל בעקבות טעות בשכפול ה־DNA לפני חלוקת תא. שינוי ב־DNA של הגן לצבע הפרווה יוצר אלל חדש, שמקודד לחלבון שונה (או שאינו מקודד לחלבון פעיל), וכך נוצר צבע חדש.

המעבר לגורים: כדי שהאלל יעבור לצאצאים, השינוי צריך להתרחש בתא מין או בתא באשכים או בשחלות שממנו נוצרים תאי מין. תא המין שנושא את האלל החדש משתתף בהפריה, והאלל עובר לזיגוטה – וממנה, בחלוקות מיטוזה, לכל תאי הגור. (שינוי בתא גוף אחר, למשל בתא עור, אינו עובר לגורים.)

השהייה בחושך: בחושך אין פוטוסינתזה, והתאים פירקו את העמילן שהיה בעלה לסוכרים, וניצלו אותם בנשימה תאית או העבירו אותם לחלקי צמח אחרים. לכן בתחילת הניסוי לא היה עמילן בעלה.

החלק הגלוי של העלה: התאים קיבלו אור. בכלורופלסטים התרחשה פוטוסינתזה: הכלורופיל קלט אנרגיית אור, ומ־CO₂ וממים נוצר גלוקוז. עודף הגלוקוז, שלא נוצל בנשימה, נבנה לעמילן, ולכן היוד הגיב עם העמילן והתקבל צבע כחול־כהה.

החלק המכוסה: הרדיד מנע הגעת אור לתאים, ובלי אנרגיית אור לא התרחשה פוטוסינתזה. לא נוצר גלוקוז ולכן לא נבנה עמילן, וצבע היוד לא השתנה. התאים בחלק זה המשיכו לבצע נשימה תאית, בעזרת סוכרים שהגיעו אליהם מחלקים אחרים של הצמח.

המסקנה: אור דרוש לפוטוסינתזה. מכיוון ששני החלקים היו באותו עלה, כל שאר התנאים (CO₂, מים, טמפרטורה) היו זהים, וההבדל נובע מן האור בלבד.

נימוק: הביומסה נבנית מן החומר האורגני שנשאר בצמח:

חומר אורגני לגדילה = חומר שנוצר בפוטוסינתזה − חומר שנוצל בנשימה תאית.

קצב הפוטוסינתזה בצמחים אלה זהה לזה של שאר הצמחים, ולכן הם מייצרים אותה כמות של סוכרים. אבל בנשימה התאית הם מפרקים חלק גדול יותר מן הסוכרים לפחמן דו־חמצני ומים (והאנרגייה שבהם הופכת ל־ATP ולחום). לכן נשאר להם פחות חומר אורגני לבניית תאים חדשים, והם גדלים פחות.

צימות מתרחש כשהנוגדנים שהוספו נקשרים לאנטיגן המתאים להם על פני תאי הדם האדומים.

- דנה: צימות בשתי הטיפות ← על תאיה יש אנטיגן A וגם אנטיגן B ← סוג AB.

- יוסי: אין צימות באף טיפה ← על תאיו אין אנטיגן A ואין אנטיגן B ← סוג O.

- רון: צימות רק עם נוגדנים לאנטיגן B ← על תאיו אנטיגן B בלבד ← סוג B.

יוסי. בעירוי של תאי דם אדומים צריך לבדוק אם בפלזמה של המקבל יש נוגדנים לאנטיגנים שעל תאי התורם.

•על תאי הדם של יוסי (סוג O) אין אנטיגנים A ו־B.

•בפלזמה של רון (סוג B) יש נוגדנים לאנטיגן A, ובפלזמה של דנה (סוג AB) אין נוגדנים ל־A ול־B. בשני המקרים הנוגדנים לא ימצאו על תאי יוסי אנטיגן להיקשר אליו, ולא יתרחש צימות.

לעומת זאת, רון אינו יכול לתרום ליוסי: ביוסי יש נוגדנים לאנטיגן B, והם יגרמו לצימות של תאי רון. דנה אינה יכולה לתרום לאף אחד מהם: על תאיה אנטיגן A וגם B, ושני האחרים יש להם נוגדנים לפחות לאחד מהם.

•קצב התגובות הכימיות בתא תלוי בפעילות האנזימים, ובטמפרטורה נמוכה פעילותם איטית. לכן קצב חילוף החומרים של התאים יורד: הם מנצלים לאט את הגלוקוז שבתמיסה, והתהליכים שמביאים להתבלות התאים מואטים – התאים נשמרים זמן רב יותר.

•הטמפרטורה הנמוכה גם מאטה מאוד את התרבותם של חיידקים שאולי חדרו לשקית הדם.

- (הטמפרטורה אינה יורדת מתחת לאפס, כי קפיאה הייתה יוצרת גבישי קרח שהורסים את התאים.)

•תאי הדם האדומים צריכים ATP, למשל לפעולת חלבונים בקרום המבצעים העברה פעילה של יונים, וכך שומרים על ריכוז המומסים בתא, על נפחו ועל צורתו (בלי זה מים נכנסים לתא באוסמוזה והוא עלול להתפוצץ).

•לתאי דם אדומים בוגרים אין מיטוכונדריות, ולכן הם אינם יכולים לבצע נשימה תאית אווירנית; הם מפיקים ATP רק בתסיסה לקטית של גלוקוז, בציטופלסמה. בלי גלוקוז אין להם מקור אנרגיה, והם מתים.

כל החומרים האורגניים בעץ מכילים פחמן. כל שניים מאלה, עם תפקידם:

- תאית – רב־סוכר הבונה את דופנות התאים; היא נותנת לתאים חוזק, וממנה עשוי רוב העץ (בגזע ובענפים).

- עמילן – חומר תשמורת; נאגר בשורשים ובגזע, ומפורק לגלוקוז כשהעץ זקוק לאנרגיה (למשל בהתעוררות באביב).

- גלוקוז – תוצר הפוטוסינתזה; חומר מוצא לנשימה התאית ולבניית שאר החומרים האורגניים.

- חלבונים – אנזימים, חלבוני קרום וחלבוני מבנה.

- DNA – החומר התורשתי שבתאים.

העץ קולט CO₂ מן האוויר דרך הפיוניות, ובכלורופלסטים, באור, הוא בונה ממנו ומן המים סוכר בפוטוסינתזה. מן הסוכר הוא בונה את שאר החומרים האורגניים – תאית, עמילן, חלבונים ועוד (לבניית חלבונים וחומצות גרעין הוא משתמש גם במינרלים מן הקרקע).

הנתונים: מסת העץ עלתה מ־2 קילוגרם ל־60 קילוגרם – עלייה של $60{,}000 - 2{,}000 = 58{,}000$ גרם – ואילו מסת הקרקע ירדה רק ב־60 גרם, כ־$0.1\%$ מן העלייה במסת העץ. לכן רוב החומר בעץ לא בא מן הקרקע. מן הקרקע הגיעו בעיקר מינרלים, ומן המים – מימן וחמצן. החומר האורגני, ובו הפחמן, נבנה מן ה־CO₂ שבאוויר. (חלק ממסת העץ הטרי הוא מים.)

1. פירוק: המפרקים – חיידקים ופטריות – מפרישים אל העלים אנזימי פירוק, המפרקים את התרכובות האורגניות הגדולות (תאית, חלבונים ועוד) לאבני בניין קטנות, והם קולטים אותן.

2. נשימה תאית: המפרקים מנצלים את אבני הבניין בנשימה התאית כדי להפיק אנרגיה. בנשימה החומר האורגני מפורק עד CO₂ ומים, וה־CO₂ נפלט אל האוויר.

3. קליטה מחדש: עצי הערבה (וכל הצמחים) קולטים את ה־CO₂ מן האוויר בפוטוסינתזה ובונים ממנו סוכרים.

כך הפחמן שהיה בעלים שנשרו חוזר אל העצים: עלים ← מפרקים ← CO₂ באוויר ← עץ. בלי המפרקים, הפחמן היה נשאר בחומר האורגני של העלים המתים, שהיו מצטברים על הקרקע, ולא היה חוזר לאוויר כ־CO₂. (באותו תהליך משתחררים מן העלים גם מינרלים לקרקע.)

הקשר: ככל שמשקל הגוף גדול יותר, קצב ייצור החום לכל ק"ג קטן יותר: 186 קילוקלוריות לק"ג ביממה בעכבר (0.02 ק"ג), 59 בארנבת, 36 בכלב ו־15 בלבד בסוס (500 ק"ג) – פי 12 בערך פחות מבעכבר.

1. יונקים הם הומאותרמיים – הם שומרים על טמפרטורת גוף קבועה, ולכן הם חייבים לייצר חום בקצב שבו הם מאבדים אותו.

2. החום אובד לסביבה דרך פני הגוף. בבעל חיים קטן היחס בין שטח הפנים לנפח גדול, ולכן לכל ק"ג של גוף יש יותר שטח שדרכו אובד חום.

3. לכן יונק קטן חייב לייצר יותר חום לכל ק"ג – החום נוצר בעיקר בנשימה התאית, ולכן קצב חילוף החומרים שלו ביחס למשקל גבוה יותר (הוא גם אוכל כמות מזון גדולה ביחס למשקלו).

(מספיק לציין שתי התאמות; לפניכם כמה אפשרויות.)

- אוזניים גדולות ודקות (למשל בשועל המדבר) עם רשת צפופה של כלי דם – מגדילות את שטח הפנים של הגוף, והדם החם הזורם בהן מוסר חום לאוויר.

- הרחבת כלי הדם בעור – יותר דם חם זורם ליד פני העור ומוסר חום לסביבה.

- פרווה קצרה ודלילה (לפחות בחלקים מסוימים של הגוף) – בידוד מועט, ולכן החום עובר לסביבה ביתר קלות.

- הזעה או התנשפות – אידוי מים מן העור או מדרכי הנשימה צורך חום ומקרר את הגוף.

- מבנה גוף דק עם גפיים ארוכות – יחס גדול של שטח פנים לנפח.

התאמות התנהגותיות (למשל מנוחה בצל בשעות החמות) אינן עונות על השאלה.

1. כשהגג מושקה, לצמחים יש די מים.

2. לפי פסקה 4, כשיש לצמח די מים הפיוניות פתוחות.

3. דרך הפיוניות הפתוחות מתרחשת דיות – מים יוצאים מן העלים בצורת אדים.

4. לפי פסקה 3, כדי שמים יתאדו הם קולטים חום מן הסביבה – ולכן האוויר מעל הגג מתקרר.

הנתונים: גג הבטון החשוף – 62°C; הגג הירוק המושקה – 31°C (נמוך ב־31 מעלות מגג הבטון); הגג הירוק שלא הושקה – 44°C (חם ב־13 מעלות מן המושקה, וקר ב־18 מעלות מגג הבטון).

1. אחרי שלושה שבועות בלי השקיה, ביום קיץ חם, הצמחים נמצאים במחסור במים.

2. לפי פסקה 4, במחסור במים הפיוניות נסגרות חלקית או לגמרי.

3. דרך פיוניות סגורות כמעט אין דיות, ולכן מעט מים מתאדים מן העלים.

4. לפי פסקה 3, האידוי הוא אחת משתי הדרכים שבהן הצמחים מקררים את סביבתם. בלי אידוי, החום אינו "נקלט" במים המתאדים, והגג חם יותר.

לפי פסקה 3, הדרך השנייה שבה הצמחים מקררים היא הצללה: העלים קולטים חלק גדול מקרינת השמש לפני שהיא מגיעה אל פני הגג. בגג הבטון החשוף אין הצללה, והבטון בולע חלק גדול מן הקרינה ומתחמם מאוד (פסקה 1). לכן גם הגג הירוק שלא הושקה קר יותר מגג הבטון – אבל פחות קר מן הגג המושקה, שבו פועלות שתי הדרכים.

פוטוסינתזה – גבוהה יותר בגג הדשא. בפוטוסינתזה הצמחים קולטים CO₂ ובונים ממנו סוכרים. הקליטה בגג הדשא – 900 גרם פחמן למ"ר בשנה – גדולה מזו שבגג השיחים – 700. (הדשא מושקה כל יום, ולכן הפיוניות שלו פתוחות רוב הזמן, ונכנס יותר CO₂.)

נשימה תאית – גבוהה יותר בגג הדשא. בנשימה התאית חומרים אורגניים מתפרקים, ונפלט CO₂. הנשימה מתרחשת בצמחים ובכל היצורים החיים במצע (למשל מפרקים). הפליטה בגג הדשא – 760 – גדולה מזו שבגג השיחים – 520.

טעות נפוצה: להסיק מן ההפרש (140 לעומת 180) שהפוטוסינתזה בגג השיחים גבוהה יותר. ההפרש מראה רק את המאזן בין הקליטה לפליטה.

השפעת הגג על ריכוז ה־CO₂ באוויר אינה תלויה רק בכמות שנקלטת, אלא בהפרש בין הקליטה לפליטה:

- בגג הדשא נקלטים 900 ונפלטים 760 – נשארים 140 גרם פחמן למ"ר בשנה.

- בגג השיחים נקלטים 700 ונפלטים 520 – נשארים 180 גרם פחמן למ"ר בשנה (כ־29% יותר).

ההפרש הוא הפחמן שנשאר "כלוא" בחומר האורגני של הצמחים ושל המצע, ואינו חוזר לאוויר כ־CO₂. בגג השיחים ההפרש גדול יותר – כלומר, אף שהוא קולט פחות, הוא מוציא מן האוויר יותר CO₂ נטו בכל מ"ר, ולכן תורם יותר להפחתת ריכוז ה־CO₂, שהוא גז חממה.

אפשר לבחור בכל עמדה, בתנאי ששני הנימוקים עניינים, מבוססים על הקטע, ולפחות אחד מהם ביולוגי.

- נימוק תומך (ביולוגי): הצמחים בגג הירוק מקררים את הגג ואת האוויר בשתי דרכים – הצללה, ודיות דרך הפיוניות, שבה אידוי המים קולט חום מן הסביבה. בגג ירוק מושקה נמדדו 31°C, לעומת 62°C בגג בטון. כך גגות ירוקים רבים יכולים לצמצם את אי החום העירוני (וגם את צריכת החשמל למיזוג אוויר). בנוסף, הצמחים קולטים נטו CO₂ – 140–180 גרם פחמן למ"ר בשנה – ומפחיתים מעט את ריכוז גז החממה באוויר; והגג יכול לשמש בית גידול לחרקים ולציפורים בעיר.

- נימוק מנוגד (ביולוגי): כדי שהגג יקרר היטב, הצמחים צריכים הרבה מים – רק כשיש להם די מים הפיוניות פתוחות ומתרחשת דיות. השקיה יום־יומית של אלפי גגות דורשת כמות גדולה של מים בארץ שבה המים מעטים. בלי השקיה הקירור קטן בהרבה (44°C בגג שלא הושקה). נימוק מנוגד נוסף (לא ביולוגי): גג ירוק כבד ויקר, ולא כל בניין מתאים לו.

(אפשר גם לבחור בעמדה ההפוכה ולהחליף את תפקידי הנימוקים, או להציע פשרה – למשל חובה לגגות שיחים מצמחיית הבר, שצריכים מעט מים וקולטים יותר CO₂ נטו.)

צלחת $1'$ – 48 מושבות: בתמצית שלא טופלה יש DNA של זן R, ובו הגן לעמידות לתרופה A. חלק מחיידקי S קלטו את ה־DNA מן הסביבה ושילבו אותו – זו התמרה (טרנספורמציה). החיידקים שקלטו את הגן הפכו לעמידים, ולכן הם שרדו, התרבו ויצרו מושבות על המצע שבו התרופה. החיידקים שלא קלטו את הגן נשארו רגישים, ומתו.

צלחת $2'$ – 0 מושבות: האנזים פירק את ה־DNA שבתמצית, ולכן הגן לעמידות לא היה יכול לעבור לחיידקי S. כל חיידקי S נשארו רגישים, ומתו על המצע שבו התרופה.

צלחת $3'$ – 45 מושבות: האנזים פירק את החלבונים, אבל ה־DNA נשאר שלם. ההתמרה התרחשה כמו בצלחת $1'$, ומספר המושבות דומה (45 לעומת 48).

המסקנה: רק פירוק ה־DNA מנע את העברת העמידות, ולכן החומר המעביר את העמידות הוא DNA, ולא חלבון.

מספר זהה של חיידקי S – גורם קבוע: מספר המושבות שיגדלו תלוי גם במספר החיידקים שהיו במבחנה. אילו במבחנה אחת היו יותר חיידקים, ייתכן שהיו נוצרות בה יותר מושבות רק בגלל זה. כדי שההבדלים בין הצלחות ינבעו רק מן הטיפול בתמצית – המשתנה הבלתי תלוי – יש לשמור על מספר החיידקים זהה.

מצע ובו התרופה A – בררה: חיידקי S רגילים רגישים לתרופה, ולכן הם מתים על מצע זה. רק חיידקים שקלטו את הגן לעמידות שורדים ויוצרים מושבות. כך מספר המושבות מראה כמה חיידקים עברו התמרה. על מצע בלי התרופה כל חיידקי S היו גדלים, ולא היה אפשר להבחין בין חיידקים שעברו התמרה לבין חיידקים שלא עברו.

יתרון לספירת מושבות: כל מושבה נוצרת מחיידק חי אחד שהתרבה במקומו, ולכן סופרים רק חיידקים חיים, שיכולים להתרבות. בנוסף, על מצע בררני (למשל מצע ובו תרופה) אפשר לספור רק חיידקים בעלי תכונה מסוימת. עכירות הנוזל נגרמת גם בידי חיידקים מתים ובידי חלקיקים אחרים, ואינה מבחינה בין סוגי חיידקים.

יתרון למדידת עכירות: השיטה מהירה – התוצאה מתקבלת מיד, בלי לחכות יממה עד שהמושבות יגדלו. אפשר גם למדוד שוב ושוב את אותה תרבית לאורך זמן, ולעקוב אחר קצב הגדילה שלה.

הסבר: כדי לחדור לתא, הנגיף צריך להיקשר לקולטן מתאים – חלבון מסוים – על קרום התא. ההבדל היחיד בין העכברים הרגילים לבין העכברים המהונדסים הוא הגן האנושי לחלבון הקרום. בעכברים המהונדסים הגן התבטא, והחלבון האנושי נוצר והגיע לקרום התאים. אחרי שינוי זה בלבד העכברים נדבקו.

מה זה מראה: החלבון האנושי הוא הקולטן של נגיף הפוליו. לתאי עכברים רגילים אין קולטן מתאים, ולכן הנגיף אינו נקשר אליהם ואינו חודר. כלומר, הייחודיות של הנגיף לבני אדם נקבעת בעיקר בשלב ההיקשרות – בהתאמה בין חלבוני הנגיף לבין הקולטן שעל קרום התא.

1. היקשרות לקולטן וחדירה לתא – מתרחשות כרגיל.

2. שחרור החומר התורשתי לציטופלסמה – החומר מונע אותו. ה־RNA נשאר בתוך העטיפה החלבונית.

3. תרגום – ה־RNA הנגיפי אינו מגיע לריבוזומים של התא, ולכן לא נוצרים חלבונים נגיפיים (גם לא האנזים הדרוש לשכפול ה־RNA).

4. שכפול ה־RNA – אינו מתרחש.

5. הרכבה ושחרור – אין חלבונים ואין RNA חדש, ולכן לא מורכבים נגיפים חדשים, ואין מה לשחרר.

ההשפעה: כמעט לא ייווצרו נגיפים חדשים, וההדבקה לא תתפשט בגוף.

לא. ההיקשרות של נגיף לתא היא ייחודית: חלבוני הנגיף מתאימים לקולטן מסוים. HIV נקשר לקולטן על קרום תאי T עוזרים, ואילו נגיף הפוליו נקשר לקולטן אחר, שנמצא על תאים אחרים – תאי המעי ומערכת העצבים (כפי שהראה הניסוי בעכברים המהונדסים). תרופה שמונעת את ההיקשרות של HIV לקולטן שלו אינה משפיעה על ההתאמה בין נגיף הפוליו לבין הקולטן שלו, ולכן אינה מגינה מפני הדבקה בפוליו.

הנגיף מתרבה בתאי עצב – תחילה בתאי העצב שבאזור הנשיכה, ואחר כך הוא נע בתוכם לאורך העצבים אל מערכת העצבים המרכזית, ומתרבה בתאי העצב שבה.

ספציפיות נגיף–תא: חלבון על פני מעטפת הנגיף נקשר באופן ספציפי לקולטנים מסוימים על קרום התא, בזכות התאמה במבנה המרחבי. לתאי העצב יש קולטנים כאלה, ולכן הנגיף נצמד אליהם וחודר לתוכם. לתאים שאין עליהם קולטן מתאים הנגיף אינו יכול להיצמד, ולכן אינו מתרבה בהם.

מה בדרך כלל הבעיה בחיסון אחרי הדבקה: בחיסון פעיל הגוף צריך כמה ימים עד שבועות כדי לייצר נוגדנים ותאי זיכרון. בדרך כלל, אם הנגיף כבר בגוף, הוא מתרבה וגורם למחלה לפני שהתגובה מוכנה.

מה מיוחד בכלבת: לפי התיאור, הנגיף נע לאט מאוד – במשך שבועות – בתוך תאי העצב, מן הפצע אל מערכת העצבים המרכזית. בזמן הזה:

•החיסון מכניס לגוף אנטיגן של הנגיף, ומערכת החיסון מגיבה: לימפוציטים ספציפיים מתרבים, ונוצרים נוגדנים ותאי זיכרון.

•הנוגדנים נקשרים לנגיפים ומנטרלים אותם לפני שהם מגיעים למערכת העצבים המרכזית ומתרבים בה.

כך התגובה החיסונית "מקדימה" את הנגיף. (פעמים רבות נותנים בנוסף נוגדנים מוכנים – חיסון סביל – המגנים מייד, בימים שבהם הגוף עוד לא ייצר נוגדנים משלו.)

- הלב: שתי עליות וחדר אחד – זה הלב של דו־חיים. העלייה הימנית מקבלת דם דל בחמצן מן הגוף, והשמאלית – דם עשיר בחמצן מן הריאות, ושניהם נכנסים לאותו חדר.

- הנשימה: ריאות פשוטות, בעלות שטח פנים קטן יחסית, ולכן לדו־חיים יש גם נשימת עור – העור הדק והלח משמש משטח נוסף לחילוף גזים.

- הלב: ארבעה חללים – שני חדרים מופרדים לגמרי, ולכן אין ערבוב בין הדם העשיר בחמצן לדם הדל בחמצן.

- הנשימה: ריאות המחוברות לשקי אוויר – מאפיין של עופות, שמאפשר זרימת אוויר רציפה דרך הריאות וחילוף גזים יעיל מאוד, המתאים לצריכת החמצן הגבוהה של עוף (מעופף והומאותרמי).

(מספיק שתיים)

- דופן דקה מאוד (שכבת תאים אחת או מעט שכבות) – המרחק שהגזים עוברים בדיפוזיה קצר.

- משטח לח – חמצן ו־CO₂ מתמוססים בשכבת הנוזל ועוברים דרכה בדיפוזיה.

- רשת צפופה של נימי דם – הדם מביא CO₂ ומוביל את החמצן שנקלט, וכך נשמר מפל ריכוזים.

- שטח פנים גדול ביחס לנפח.

במין א נפח הריאות ביחס למשקל הגוף 95 מ"ל לק"ג, לעומת 60 במין ב – פי 1.6 בערך.

בגובה רב בכל ליטר אוויר יש פחות חמצן. ריאות גדולות יותר מאפשרות להכניס יותר אוויר בכל שאיפה, ויש בהן שטח פנים גדול יותר של נאדיות שדרכו החמצן עובר בדיפוזיה לדם. כך מין א קולט לדם די חמצן למרות הריכוז הנמוך באוויר, והתאים יכולים לקיים נשימה תאית אווירנית ולהפיק ATP לפעילות.

במין א יש 4.2 נימים בממוצע סביב כל סיב שריר, לעומת 2.6 במין ב – פי 1.6 בערך.

החמצן עובר מן הדם לתאי השריר בדיפוזיה דרך דופן הנימים. יותר נימים ← שטח מגע גדול יותר בין הדם לבין תאי השריר, ומרחק קצר יותר שהחמצן צריך לעבור ← יותר חמצן מגיע לתאי השריר בכל יחידת זמן, גם כשריכוזו בדם נמוך יחסית. כך תאי השריר מקיימים נשימה תאית אווירנית בקצב מספיק, ומפיקים די ATP להתכווצות.

ההבדל: הראם מפריש נפח קטן של שתן מרוכז מאוד. ההיפופוטם מפריש נפח גדול של שתן מהול.

ההסבר – הספיגה החוזרת: בכליות מסונן מן הדם תסנין, שרובו מים. בצינוריות הנפרון חלק מן המים (וחומרים נוספים) נספגים בחזרה אל הדם, והשאר יוצא בשתן.

- הראם מקבל מעט מים, ולכן חייב לחסוך בהם. הכליות שלו סופגות בחזרה כמעט את כל המים שבתסנין. נשאר מעט שתן, וכל הפסולת (השתנן) מומסת במעט מים – לכן השתן מרוכז מאוד.

- ההיפופוטם מקבל הרבה מים, ואינו צריך לחסוך בהם. הכליות שלו סופגות בחזרה רק חלק מן המים, ולכן נפח השתן גדול, והפסולת מומסת בכמות רבה של מים – השתן מהול. כך הוא מסלק את עודפי המים ושומר על ריכוז קבוע של מומסים בדם.

•אמוניה רעילה מאוד ומסיסה מאוד במים. אסור שתצטבר בגוף, ואפשר לסלק אותה רק כשהיא מהולה בכמות גדולה של מים.

•לסרטנים החיים במים יש מים בשפע: האמוניה עוברת בדיפוזיה מן הגוף, בעיקר דרך הזימים, אל המים שמסביב ומתמהלת בהם מייד.

•יצירת אמוניה אינה דורשת השקעת אנרגייה – יתרון כשיש מים לסילוקה.

•חומצת שתן כמעט אינה רעילה וכמעט אינה מסיסה במים, ולכן אפשר להפריש אותה כחומר מוצק או כמשחה, כמעט בלי מים.

•ביבשה המים מוגבלים, וחרקים קטנים (שיחס שטח הפנים לנפח שלהם גדול) עלולים להתייבש מהר. הפרשת חומצת שתן חוסכת מים רבים.

•המחיר: יצירת חומצת שתן דורשת יותר אנרגייה, אבל ביבשה החיסכון במים חשוב יותר.

במי הים ריכוז המלחים גבוה מריכוזם בדם הדג. כדי להוציא מלחים מן הדם אל הים, תאי הזימים צריכים להעביר אותם נגד מפל הריכוזים – מן הריכוז הנמוך (בדם) אל הריכוז הגבוה (בים). מעבר כזה אינו יכול להתרחש בדיפוזיה; הוא מתרחש רק בהובלה פעילה, בעזרת חלבונים נשאים (משאבות) בקרום התאים, ובהשקעת אנרגייה (ATP).

(בדיפוזיה, בלי השקעת אנרגייה, המלחים היו עוברים דווקא מן הים אל הדם – וכך אכן נכנסים מלחים לגוף דרך דופן הזימים הדקה.)

במי הים ריכוז המומסים (בעיקר מלחים) גבוה מריכוזם בנוזלי הגוף של דג גרמי – כלומר פוטנציאל המים בים נמוך מבגוף הדג. לכן:

- מים יוצאים מן הגוף באוסמוזה ללא הפסקה, בעיקר דרך הזימים, שדופנם דקה ושטח הפנים שלהם גדול (הם בנויים לחילוף גזים, ולכן גם מים עוברים דרכם בקלות).

- מלחים נכנסים לגוף בדיפוזיה, מן המים המלוחים.

הדג נמצא בסכנת התייבשות, ונוזלי גופו עלולים להתרכז – אף שהוא חי במים.

- שותים הרבה מי ים, וכך מחזירים לגוף את המים שאבדו באוסמוזה. (את המלחים שנכנסו עם מי הים הם מוציאים בזימים, כמו בסעיף א.)

•מפרישים כמות קטנה מאוד של שתן, וכך חוסכים מים.

עופות ים (אחת): לעופות ים יש בלוטות מלח בראש, ליד העיניים והנחיריים. הבלוטות מפרישות בהובלה פעילה תמיסה מלוחה מאוד, מלוחה יותר ממי הים, ולכן העוף נפטר מן המלח ונשארים לו מים. (אפשר גם: הם מקבלים מים מן הדגים שהם אוכלים.)

העיקרון – השבתת כרומוזום X: בשלב מוקדם של התפתחות העובר, בכל תא של נקבה אחד משני כרומוזומי ה־X נדחס (גופיף בר), והגנים שבו אינם משועתקים. ההשבתה אקראית – בכל תא בנפרד – והיא נשמרת בכל חלוקות המיטוזה שאחריה.

מושבות מתא בודד – פס אחד: בכל תא של האישה פעיל רק X אחד, ולכן התא מייצר רק צורה אחת של האנזים – $E_1$ או $E_2$. כל התאים במושבה נוצרו בחלוקות מיטוזה מאותו תא, ולכן בכולם פעיל אותו X – והמושבה מייצרת צורה אחת בלבד.

דגימת דם – שני פסים: בדגימה יש תאים רבים, שמוצאם בתאים שונים של העובר. בחלק מהם פעיל $X^{E_1}$, ובחלק – $X^{E_2}$. התערובת מכילה את שתי הצורות, ולכן מתקבלים שני פסים.

בעור האישה יש תאים משני סוגים, באופן אקראי – תאים שבהם פעיל $X^{E_1}$ ותאים שבהם פעיל $X^{E_2}$ (כמו בסעיף א).

•אילו הגידול היה מתפתח מתאים רבים, סביר שהיו בו תאים משני הסוגים, והוא היה מייצר את שתי הצורות.

•כל תאי הגידול מייצרים רק $E_1$. מכאן שכנראה כל תאי הגידול נוצרו מתא אחד – תא שבו היה פעיל $X^{E_1}$ – שהתחיל להתחלק ללא בקרה, וכל צאצאיו ירשו את אותו X פעיל (כמו מושבה מתא בודד).

מספר גופיפי הבר ב־$XXX$: בכל תא נשאר פעיל רק X אחד, וכל כרומוזום X נוסף מושבת. לכן ב־$XXX$ יש $3-1 =$ 2 גופיפי בר.

- כרומוזום X נוסף – מושבת (נדחס לגופיף בר), ולכן כמעט כל הגנים שבו אינם משועתקים. הכמות של רוב החלבונים שמקודדים בגנים שבכרומוזום X נשארת כמעט תקינה – כמו בתא שבו X פעיל אחד.

- עותק נוסף של כרומוזום 21 – אין מנגנון השבתה לכרומוזומים שאינם כרומוזומי מין. שלושת העותקים פעילים, ומכל אחד מהם מתבצעים שעתוק ותרגום. לכן נוצר עודף (פי 1.5 בערך) של חלבונים רבים שמקודדים בכרומוזום זה, והעודף משבש את התפקוד של תאים ואיברים ← תסמינים רבים יותר.

בחלוקת המיוזה כל זוג כרומוזומים הומולוגיים נפרד, ולכל תא מין מגיע כרומוזום אחד מכל זוג – 23 כרומוזומים, ובהם כרומוזום מין אחד.

בעובר המתואר יש כרומוזום מין נוסף. הוא יכול להיווצר כאשר באחד ההורים התרחשה אי־הפרדה של כרומוזומי המין במיוזה:

- באם: שני כרומוזומי ה־X לא נפרדו, ונוצר תא ביצית ובו 24 כרומוזומים (שני X). הפריה בתא זרע נושא Y ← XXY.

- באב: כרומוזומי ה־X וה־Y לא נפרדו, ונוצר תא זרע ובו 24 כרומוזומים (X ו־Y). הפריה של תא ביצית נושא X ← XXY.

בשני המקרים הזיגוטה קיבלה 24 + 23 = 47 כרומוזומים, וכל תאי העובר, שנוצרו ממנה במיטוזה, נושאים אותם.

בתא שאינו מתחלק ה־DNA פרוש בגרעין כחוטים דקים וארוכים, ואי אפשר להבחין במיקרוסקופ בכרומוזומים בודדים. לפני החלוקה ובמהלכה ה־DNA (שכבר שוכפל) נארז בצפיפות רבה סביב חלבונים, והכרומוזומים נעשים קצרים ועבים. רק אז אפשר לראות כל כרומוזום כמבנה נפרד, לספור את הכרומוזומים ולבחון את גודלם ואת צורתם – וזו בדיקת הקריוטיפ.

ילד א – שינוי באזור הבקרה. בתאי המעי שלו אין mRNA של הגן – כלומר הגן אינו משועתק. אזור הבקרה של הגן הוא המקום שאליו נקשרים חלבוני הבקרה וה־RNA־פולימראז, והוא קובע אם הגן ישועתק, מתי ובאיזו כמות. שינוי באזור הבקרה יכול למנוע את השעתוק, אף שהרצף המקודד תקין.

ילד ב – שינוי ברצף המקודד. אצלו יש mRNA בכמות רגילה ונוצר חלבון – כלומר השעתוק תקין, ואזור הבקרה פועל כרגיל. אבל החלבון אינו פעיל. שינוי ברצף הנוקלאוטידים המקודד משנה את רצף הקודונים, ולכן את רצף החומצות האמיניות בחלבון ← המבנה המרחבי של החלבון, ובמיוחד של האתר הפעיל, משתנה ← האנזים אינו יכול לקשור את הלקטוז ולפרק אותו.

כמות ה־mRNA לא השתנתה, ולכן Q אינו משפיע על השעתוק של הגן P (וגם לא על פירוק ה־mRNA). הירידה בכמות החלבון נובעת מבקרה אחרי השעתוק. הסבר אפשרי אחד (מספיק אחד):

- בקרה בשלב התרגום: Q מונע מן הריבוזומים לתרגם את ה־mRNA של P (למשל נקשר אליו או לחלבון שמתחיל את התרגום), ולכן לפי אותה כמות mRNA נבנות פחות מולקולות חלבון.

- בקרה ברמת פירוק החלבון: Q מזרז את הפירוק של חלבון P בתא, ולכן כמותו יורדת, אף שהוא ממשיך להיבנות.

בבקרה ברמת פעילות החלבון האנזים כבר קיים בתא. כשהחומר נקשר אליו, מבנה האנזים משתנה, ופעילותו עולה או יורדת מיד – בלי צורך לבנות חלבון חדש.

בבקרה בשלב השעתוק התא צריך לעבור כמה שלבים לפני שהחלבון פועל: שעתוק הגן ל־RNA, עיבוד ה־RNA, יציאת ה־mRNA מן הגרעין, תרגום בריבוזומים, וקיפול החלבון למבנה הפעיל. שלבים אלה נמשכים זמן רב יותר, ולכן התגובה איטית יותר.

RNA־פולימראז הוא האנזים של השעתוק: הוא בונה מולקולת RNA לפי רצף הבסיסים בגדיל התבנית של ה־DNA. בתרגום הוא אינו משתתף.

שאר הרכיבים משתתפים בתרגום: הריבוזום "קורא" את ה־mRNA וקושר את החומצות האמיניות זו לזו; ה־tRNA מביא לריבוזום את החומצות האמיניות, לפי התאמה בין האנטי־קודון שלו לבין הקודון ב־mRNA; והחומצות האמיניות הן יחידות הבנייה של החלבון.