בגרות בביולוגיה 043386 - קיץ 2020 – מועד מיוחד
5 יח"ל (15%) · שאלון 043386 · 1 שאלות · 3 שעות
בחינת הבגרות בביולוגיה, בחינה מעשית (מעבדה), קיץ 2020 – מועד מיוחד: כל 1 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.
הוראות הבחינה (כמו בשאלון)
מועד הבחינה (כמודפס): קיץ תש"ף 2020, מועד מיוחד. נספח: נייר מילימטרי.
משך הבחינה: שלוש שעות.
חומר עזר מותר בשימוש: מחשבון.
הוראות מיוחדות: (1) קרא את ההנחיות ביסודיות, ושקול היטב את צעדיך. (2) רשום בעט את כל תשובותיך (גם סרטוטים). (3) בסס את תשובותיך על התוצאות שקיבלת.
בבעיה זו תעסוק בפעילות האנזים אינברטאז בשמרים. השאלות בשאלון זה ממוספרות במספרים 1-12. מספר הנקודות לכל שאלה רשום בסופה. ענה על כל השאלות במחברת. בתום הבחינה יש להגיש את המחברת והשאלון.
ההנחיות בשאלון זה מנוסחות בלשון זכר ומכוונות לנבחנות ולנבחנים כאחד.
הערה על הבחינה המעשית: בבחינה המעשית הנבחנים עונים על סמך התצפיות שלהם ועל סמך התוצאות שקיבלו בפועל, גם אם הן אינן תואמות את הצפוי. בשאלון זה (מועד מיוחד, קיץ 2020) התוצאות מוצגות בשאלון עצמו בטבלאות 1–5, ולכן הפתרונות שלהלן מבוססים על התוצאות המודפסות (שהן גם התוצאות הצפויות), עם ההסבר המלא לכל תוצאה.
בחינת המעבדה
שאלה 1 · פעילות האנזים אינברטאז בשמרים: זיהוי גלוקוז, השפעת ריכוז הסוכרוז והשפעת תרכובות חנקן
השאלות בשאלון זה ממוספרות במספרים 1-12. מספר הנקודות לכל שאלה רשום בסופה.
ענה על כל השאלות במחברת.
בתום הבחינה יש להגיש את המחברת והשאלון.
שמרים הם יצורים חד תאיים איקריוטים. בניסוי בדקו תהליך המזורז על ידי אנזים שנוצר בשמרים.
בחלק זה בדקו את פעילות האנזים אינברטאז.
א. באמצעות מקלונים לבדיקת נוכחות סוכר בדקו מים מזוקקים ושתי תמיסות סוכר (גלוקוז, סוכרוז).
בקצה המקלון יש ריבוע קטן שצבעו צהוב.
טבלו מקלון בכל תמיסה ולאחר כמחצית דקה הוציאו את המקלונים ובדקו את צבע הריבוע שבקצה של כל מקלון.
תוצאות הבדיקה מוצגות בטבלה 1.
טבלה 1:
שאלה 1 (3 נקודות)
התבסס על תוצאות הבדיקה וקבע מהו סוג הסוכר שניתן לזהות באמצעות המקלון. נמק.
אינברטאז הוא אנזים המזרז פירוק של דו סוכר (סוכרוז), לשני חד סוכרים (גלוקוז ופרוקטוז).
סוכרוז + מים ←(אינברטאז)← גלוקוז + פרוקטוז
לכלי ובו 5 גרם שמרים, הוסיפו 50 מ"ל מים מזוקקים תוך כדי בחישה עד לקבלת תרחיף שמרים.
ג. העבירו למבחנות תרחיף שמרים, תמיסת סוכרוז, אנזים אינברטאז ומים כמפורט בטבלה 2.
לאחר 10 דקות טבלו מקלון בכל אחת מהתמיסות ובדקו את צבע המקלונים.
תוצאות הבדיקה מוצגות בטבלה 2.
שאלה 2 (5 נקודות)
מה ניתן להסיק מתוצאות הבדיקות במבחנות א - ג? היעזר בתוצאות שבטבלה 1 ובמידע בקטע "לידיעתך 1".
בחלק זה בדקו את השפעת ריכוז הסוכרוז על קצב פירוקו על ידי תסנין שמרים.
להכנת התסנין השתמשו בתרחיף שמרים, בבקבוק ובמשפך המרופד בנייר סינון.
•מזגו את תרחיף השמרים לנייר הסינון שעל המשפך, והמתינו במשך כ-15 דקות עד שכל הנוזל הסתנן לבקבוק. הנוזל שבבקבוק הוא "תסנין שמרים".
לידיעתך 2: תאי השמרים אינם עוברים דרך נייר הסינון, והתסנין אינו מכיל תאים.
בחלק זה של הניסוי השתמשו בשיטת מדידה שבה בדקו את משך הזמן עד להיעלמות הצבע הסגול של תמיסת KMnO₄ בנוכחות גלוקוז.
בטבלה 3 מוצגות תוצאות הבדיקה שערכו כדי להכיר את שיטת המדידה.
שאלה 3 (5 נקודות)
התבסס על התוצאות שבטבלה 3 והסבר מה אפשר להסיק על שיטת המדידה.
ו. העבירו למבחנות תמיסת סוכרוז בריכוז 0.1M, מים ותסנין שמרים על פי המפורט בטבלה 4.
לאחר 10 דקות הוסיפו 6 טיפות של תמיסת KMnO₄ לכל מבחנה ומדדו את הזמן עד להיעלמות הצבע. התוצאות מוצגות בטבלה 4.
שאלה 4 (8 נקודות)
חשֵב את ריכוז תמיסות הסוכרוז במבחנות 5-1 ורשום את תוצאות החישובים בעמודה המתאימה שבטבלה 4. העתק למחברתך את תוצאות החישובים.
שאלה 5 (10 נקודות)
עליך להציג בדרך גרפית את תוצאות הניסוי במבחנות 1 - 4 המוצגות בטבלה 4.
מהו סוג ההצגה הגרפית המתאים ביותר לתיאור התוצאות, גרף רציף או דיאגרמת עמודות? נמק את תשובתך.
במחברת הבחינה הצג בדרך גרפית את תוצאות הניסוי במבחנות 1 – 4.
לידיעתך 3: אינברטאז הוא אנזים המופרש מתאי השמרים ופועל בסביבה החוץ תאית.
שאלה 6 (15 נקודות)
מהו המשתנה התלוי בניסוי שביצעו בחלק ב (טבלה 4)?
מהי דרך המדידה של המשתנה התלוי?
היעזר בתשובתך במידע ב"לידיעתך 2" וב"לידיעתך 3" והסבר את תוצאות הניסוי במבחנות 5-1.
שאלה 7 (8 נקודות)
במערך הניסוי המתואר בטבלה 4 כלולות שתי בקרות (מבחנה 5 ומבחנה 6).
הסבר לגבי כל אחת מהבקרות מדוע חשוב לכלול אותה במערך הניסוי.
שאלה 8 (12 נקודות)
בכל אחת מהמבחנות שבטבלה 4 הנפח הכולל של התמיסות נשמר קבוע.
הסבר כיצד בצעו זאת.
הסבר מדוע חשוב היה לשמור במבחנות 4-1 (טבלה 4) על נפח קבוע של תסנין שמרים.
ציין גורם אחר שנשמר קבוע בניסוי והסבר מדוע חשוב לשמור דווקא אותו קבוע במערך הניסוי.
שאלה 9 (6 נקודות)
בבעיה שביצעת שני חלקים. חלק א (טבלה 2) וחלק ב (טבלה 4).
רשום לגבי כל אחד מהחלקים האם הניסוי הוא איכותי או כמותי. נמק.
שאלה 10 (10 נקודות)
שמרים גדלים היטב על מצע המכיל סוכרוז, אף על פי שמעט מאוד סוכרוז חודר לתאים. היעזר ב"לידיעתך 1", בתוצאות עם תרחיף שמרים (טבלה 2) וב"לידיעתך 3" והסבר את העובדה ששמרים מנצלים ביעילות רבה סוכרוז כמקור להפקת אנרגיה.
ציין שני אברונים/חלקים/מרכיבים בתא שהם משותפים לשמרים ולחיידקים ואחד שהוא שונה בין שמרים לחיידקים.
שמרים גדלים בתמיסות גידול המכילות תרכובות פחמן, תרכובות חנקן, מינרלים וויטמינים.
חוקרים גידלו שמרים בשתי תמיסות גידול השונות זו מזה בכמות תרכובות חנקן.
תמיסת גידול א' עשירה בתרכובות חנקן, ותמיסה ב - ענייה בתרכובות חנקן.
החוקרים בדקו את כמות האנזים אינברטאז בשתי תמיסות הגידול.
החוקרים חזרו על הניסוי מספר פעמים.
תוצאות הבדיקה מוצגות בטבלה 5.
טבלה 5: כמות אינברטאז בשתי תמיסות גידול.
שאלה 11 (10 נקודות)
הצע הסבר אפשרי לכך שהרכב תמיסת הגידול משפיע על כמות האנזים אינברטאז.
I) מהי סטיית תקן?
II) מה ניתן ללמוד מההבדל בין סטיות התקן שבטבלה? הצע הסבר להבדל זה.
שאלה 12 (8 נקודות)
בדקו את קצב ההתרבות של השמרים בשתי תמיסות הגידול. באיזה תמיסת גידול (א' או ב') צפוי שקצב ההתרבות של השמרים יהיה גדול יותר? נמק.
בתשובתך התייחס להרכב תמיסת הגידול ולכמות האנזים אינברטאז.
◂ פתרון מלא לשאלה 1
סעיף 1
גלוקוז. רק בתמיסת הגלוקוז צבע הריבוע השתנה מצהוב לירוק; בתמיסת הסוכרוז ובמים המזוקקים (ביקורת) הצבע נשאר צהוב – המקלון אינו מגיב לסוכרוז.
- תמיסת גלוקוז – הריבוע הפך מצהוב לירוק ← המקלון הגיב לגלוקוז.
- תמיסת סוכרוז – הריבוע נשאר צהוב ← המקלון אינו מגיב לסוכרוז (אף שזה סוכר).
- מים מזוקקים – הריבוע נשאר צהוב. זו ביקורת: היא מראה שהטבילה בנוזל עצמה אינה משנה את הצבע.
לכן שינוי הצבע לירוק מעיד על נוכחות גלוקוז – ולא על נוכחות סוכר כלשהו.
סעיף 2
בשמרים יש אנזים אינברטאז (פעיל), המפרק סוכרוז לגלוקוז ופרוקטוז. במבחנה א (שמרים + סוכרוז) נוצר גלוקוז (ירוק), כמו במבחנה ב (אינברטאז + סוכרוז). במבחנה ג (שמרים + מים) לא היה גלוקוז (צהוב) – לכן הגלוקוז במבחנה א נוצר מפירוק הסוכרוז, ולא הגיע מהשמרים עצמם.
לפי טבלה 1 – צבע ירוק במקלון = יש גלוקוז; צבע צהוב = אין גלוקוז (המקלון אינו מגיב לסוכרוז). לפי לידיעתך 1 – אינברטאז מפרק סוכרוז לגלוקוז + פרוקטוז.
- מבחנה ב – אינברטאז + סוכרוז: ירוק. האנזים פירק את הסוכרוז ונוצר גלוקוז. זו ביקורת חיובית – היא מראה איך נראית התוצאה כשאינברטאז פועל.
- מבחנה ג – שמרים + מים (ללא סוכרוז): צהוב. בתרחיף השמרים עצמו אין גלוקוז (בכמות שהמקלון מזהה). זו ביקורת שמראה שהגלוקוז אינו מגיע מהשמרים.
- מבחנה א – שמרים + סוכרוז: ירוק. נוצר גלוקוז – כמו במבחנה ב. מאחר שהשמרים לבדם אינם מכילים גלוקוז (מבחנה ג), הגלוקוז נוצר מפירוק הסוכרוז.
המסקנה: בשמרים יש אנזים אינברטאז פעיל, המפרק סוכרוז לגלוקוז (ולפרוקטוז).
סעיף 3
ככל שריכוז הגלוקוז גבוה יותר, הצבע הסגול של KMnO₄ נעלם מהר יותר: במבחנה I (3 מ"ל גלוקוז, ריכוז גבוה) – 4 דקות; במבחנה II (0.5 מ"ל גלוקוז מהול ב-2.5 מ"ל מים, ריכוז נמוך) – 8 דקות. לכן הזמן עד היעלמות הצבע הוא מדד כמותי לריכוז הגלוקוז: זמן קצר = יותר גלוקוז.
•מבחנה I: 3 מ"ל תמיסת גלוקוז ללא מים ← ריכוז גלוקוז גבוה ← הצבע נעלם אחרי 4 דקות.
•מבחנה II: 0.5 מ"ל תמיסת גלוקוז + 2.5 מ"ל מים (אותו נפח כולל, 3 מ"ל) ← הגלוקוז מהול פי 6 ← ריכוז נמוך ← הצבע נעלם אחרי 8 דקות.
1. גלוקוז גורם להיעלמות הצבע הסגול של KMnO₄ (הגלוקוז מגיב עם ה-KMnO₄ והוא מאבד את צבעו).
2. ככל שריכוז הגלוקוז גבוה יותר – הצבע נעלם מהר יותר. כלומר, הזמן עד היעלמות הצבע הפוך לריכוז הגלוקוז.
3. לכן אפשר להשתמש בזמן עד היעלמות הצבע כמדד כמותי לכמות הגלוקוז שבמבחנה – ובחלק ב, לכמות הגלוקוז שנוצרה מפירוק הסוכרוז, כלומר לקצב פעילות האנזים.
סעיף 4
הנפח הכולל בכל מבחנה הוא 5 מ"ל, ולכן ריכוז = 0.1M × (נפח הסוכרוז / 5): מבחנה 1 – 0.05M; 2 – 0.03M; 3 – 0.02M; 4 – 0.01M; 5 – 0M (וגם מבחנה 6 – 0.05M).
שיטת החישוב (מיהול): כמות הסוכרוז נשמרת, ולכן , כלומר:
כאשר = נפח תמיסת הסוכרוז 0.1M שהוכנס, ו- = הנפח הכולל במבחנה (סוכרוז + מים + תסנין). בכל המבחנות הנפח הכולל הוא 5 מ"ל (למשל מבחנה 1: 2.5 + 1.0 + 1.5 = 5).
(מבחנה 6, שלא נשאלה: 2.5 מ"ל סוכרוז בנפח כולל של 5 מ"ל ← 0.05M.)
טעות נפוצה: לחלק בנפח הסוכרוז והמים בלבד (3.5 מ"ל) ולשכוח את נפח התסנין – גם הוא חלק מהנפח הכולל שבו הסוכרוז מהול.
סעיף 5
סעיף 6
סעיף 7
מבחנה 5 (תסנין בלי סוכרוז): מראה שהתסנין עצמו אינו מכיל גלוקוז או חומר אחר שמעלים את צבע KMnO₄ – לכן היעלמות הצבע במבחנות 1-4 נובעת מפירוק הסוכרוז. מבחנה 6 (סוכרוז בלי תסנין): מראה שהסוכרוז עצמו אינו מעלים את הצבע ואינו מתפרק לגלוקוז בלי האנזים – לכן הפירוק במבחנות 1-4 נגרם על ידי האנזים שבתסנין.
בודקת אם התסנין עצמו מכיל גלוקוז או חומר אחר שגורם להיעלמות הצבע של KMnO₄. התוצאה – הצבע לא נעלם – מראה שבתסנין לבדו אין חומר כזה. לכן היעלמות הצבע במבחנות 1-4 נובעת מגלוקוז שנוצר מפירוק הסוכרוז, ולא מחומר שהגיע עם התסנין.
בודקת אם הסוכרוז עצמו מעלים את הצבע של KMnO₄, או מתפרק לגלוקוז בלי אנזים. ריכוז הסוכרוז בה (0.05M) זהה למבחנה 1. התוצאה – הצבע לא נעלם – מראה שבלי התסנין לא נוצר גלוקוז. לכן הפירוק במבחנות 1-4 נגרם על ידי האנזים (אינברטאז) שבתסנין.
בזכות שתי הבקרות אפשר לייחס את ההבדלים במבחנות 1-4 רק לפעילות האנזים על הסוכרוז.
סעיף 8
סעיף 9
חלק א – איכותי: התוצאה היא צבע המקלון (ירוק/צהוב), שמראה רק אם יש גלוקוז או אין, בלי למדוד כמה. חלק ב – כמותי: התוצאה היא מספר – הזמן בדקות עד היעלמות הצבע – שמאפשר להשוות את קצב הפירוק בין ריכוזים שונים.
חלק א (טבלה 2) – ניסוי איכותי. התוצאה היא צבע ריבוע המקלון: ירוק = יש גלוקוז, צהוב = אין גלוקוז. הבדיקה עונה על השאלה "האם" נוצר גלוקוז, ואינה מודדת כמה גלוקוז נוצר.
חלק ב (טבלה 4) – ניסוי כמותי. התוצאה היא ערך מספרי – הזמן בדקות עד היעלמות הצבע של KMnO₄ (4, 7.5, 9, 12 דקות), וגם המשתנה הבלתי תלוי ניתן במספרים (ריכוז בM). כך אפשר להשוות בכמה משתנה קצב הפירוק בין הריכוזים, ולהציג את התוצאות בגרף.
סעיף 10
סעיף 11
סעיף 12
בתמיסה א'. היא עשירה בחנקן – חומר גלם לבניית חלבונים ונוקלאוטידים (DNA) הדרושים לבניית תאים חדשים ולשכפול DNA לפני חלוקה. בנוסף יש בה כמעט פי 2 אינברטאז (140 לעומת 72) ← פירוק מהיר יותר של סוכרוז לגלוקוז ופרוקטוז ← יותר סוכר נכנס לתאים ומפורק בנשימה ← יותר ATP לתהליכי בנייה וחלוקה ← קצב התרבות גדול יותר.
הנימוק – הרכב התמיסה (חומרי בנייה): התרבות שמרים (הנצה) דורשת בניית תאים חדשים: חלבונים (אנזימים, חלבוני מבנה וקרום) הבנויים מחומצות אמינו המכילות חנקן, ושכפול DNA לפני כל חלוקה – הנוקלאוטידים מכילים חנקן (בסיסים חנקניים). בתמיסה א' יש די חנקן לבניית החומרים האלה; בתמיסה ב' מחסור בחנקן מגביל אותם.
הנימוק – כמות האינברטאז (אנרגיה): בתמיסה א' כמות האינברטאז כמעט כפולה (140 לעומת 72 יחידות/מ"ל). לכן הסוכרוז שבמצע מפורק מהר יותר לגלוקוז ופרוקטוז ← יותר חד-סוכרים חודרים לתאים ← יותר פירוק בנשימה תאית ← יותר ATP – האנרגיה הדרושה לתהליכי הבנייה ולחלוקת התאים. (החד-סוכרים משמשים גם כמקור לשלדי פחמן לבניית חומרים בתא.)
← בתמיסה א' יש גם יותר חומרי בנייה וגם יותר אנרגיה, ולכן קצב ההתרבות גבוה יותר.
טבלת התשובות
| שאלה | סעיף | תשובה |
|---|---|---|
| 1 | 1 | גלוקוז. רק בתמיסת הגלוקוז צבע הריבוע השתנה מצהוב לירוק; בתמיסת הסוכרוז ובמים המזוקקים (ביקורת) הצבע נשאר צהוב – המקלון אינו מגיב לסוכרוז. |
| 2 | בשמרים יש אנזים אינברטאז (פעיל), המפרק סוכרוז לגלוקוז ופרוקטוז. במבחנה א (שמרים + סוכרוז) נוצר גלוקוז (ירוק), כמו במבחנה ב (אינברטאז + סוכרוז). במבחנה ג (שמרים + מים) לא היה גלוקוז (צהוב) – לכן הגלוקוז במבחנה א נוצר מפירוק הסוכרוז, ולא הגיע מהשמרים עצמם. | |
| 3 | ככל שריכוז הגלוקוז גבוה יותר, הצבע הסגול של KMnO₄ נעלם מהר יותר: במבחנה I (3 מ"ל גלוקוז, ריכוז גבוה) – 4 דקות; במבחנה II (0.5 מ"ל גלוקוז מהול ב-2.5 מ"ל מים, ריכוז נמוך) – 8 דקות. לכן הזמן עד היעלמות הצבע הוא מדד כמותי לריכוז הגלוקוז: זמן קצר = יותר גלוקוז. | |
| 4 | הנפח הכולל בכל מבחנה הוא 5 מ"ל, ולכן ריכוז = 0.1M × (נפח הסוכרוז / 5): מבחנה 1 – 0.05M; 2 – 0.03M; 3 – 0.02M; 4 – 0.01M; 5 – 0M (וגם מבחנה 6 – 0.05M). | |
| 5 א | ||
| 5 ב | ||
| 6 א | ||
| 6 ב | ||
| 6 ג | ||
| 7 | מבחנה 5 (תסנין בלי סוכרוז): מראה שהתסנין עצמו אינו מכיל גלוקוז או חומר אחר שמעלים את צבע KMnO₄ – לכן היעלמות הצבע במבחנות 1-4 נובעת מפירוק הסוכרוז. מבחנה 6 (סוכרוז בלי תסנין): מראה שהסוכרוז עצמו אינו מעלים את הצבע ואינו מתפרק לגלוקוז בלי האנזים – לכן הפירוק במבחנות 1-4 נגרם על ידי האנזים שבתסנין. | |
| 8 א | ||
| 8 ב | ||
| 8 ג | ||
| 9 | חלק א – איכותי: התוצאה היא צבע המקלון (ירוק/צהוב), שמראה רק אם יש גלוקוז או אין, בלי למדוד כמה. חלק ב – כמותי: התוצאה היא מספר – הזמן בדקות עד היעלמות הצבע – שמאפשר להשוות את קצב הפירוק בין ריכוזים שונים. | |
| 10 א | ||
| 10 ב | ||
| 11 א | ||
| 11 ב | ||
| 12 | בתמיסה א'. היא עשירה בחנקן – חומר גלם לבניית חלבונים ונוקלאוטידים (DNA) הדרושים לבניית תאים חדשים ולשכפול DNA לפני חלוקה. בנוסף יש בה כמעט פי 2 אינברטאז (140 לעומת 72) ← פירוק מהיר יותר של סוכרוז לגלוקוז ופרוקטוז ← יותר סוכר נכנס לתאים ומפורק בנשימה ← יותר ATP לתהליכי בנייה וחלוקה ← קצב התרבות גדול יותר. |