בגרות בביולוגיה 043386 - קיץ 2022

בעמודת התוצאות מופיעות כאן התוצאות הצפויות; בבחינה ממלאים בה את מה שנצפה בפועל (סעיף ה). הטבלה צריכה להראות מה שונה בין המבחנות (התוכן) ומה זהה בכולן (נפח מי הסבון ומי החמצן).

כותרת הטבלה (מה נבדק ומה נמדד): "טבלה 1: היווצרות בועות גז (פירוק מי חמצן) בנוכחות תמיסת קטלאז, נבטי עדשים כתושים או מים".

כותרות העמודות: "המבחנה"; "התוכן שהוכנס למבחנה"; "נפח מי הסבון (מ"ל)"; "נפח מי החמצן (מ"ל)"; "היווצרות בועות / קצף (+/−)" – עם יחידות מידה בכל עמודה מספרית.

תוצאות צפויות (בבחינה עונים לפי התוצאות שקיבלתם בפועל): קצף ובועות במבחנות "קטלאז" ו"עדשים", ללא בועות במבחנה "מים".

- מבחנה "קטלאז" (+): האנזים קטלאז מזרז את התגובה $2\text{H}_2\text{O}_2 \rightarrow 2\text{H}_2\text{O} + \text{O}_2$. מולקולות מי החמצן (המצע) נקשרות לאתר הפעיל של האנזים ומתפרקות במהירות; הגז חמצן משתחרר בנוזל כבועות, והסבון מייצב אותן לקצף.

- מבחנה "עדשים" (+): בתאי נבטי העדשים יש האנזים קטלאז (הוא מפרק מי חמצן הנוצרים בתא כתוצר לוואי של חילוף החומרים והם רעילים לו). הכתישה פותחת את התאים ומאפשרת למי החמצן להגיע אל האנזים, ולכן משתחרר חמצן ונוצר קצף.

- מבחנה "מים" (−): אין בה אנזים. בלי זרז מי חמצן מתפרקים באיטיות רבה מאוד, ולכן בתוך 5 דקות לא משתחררת כמות חמצן שנראית. מבחנה זו היא בקרה: היא מראה שהבועות במבחנות האחרות נובעות מן האנזים ולא ממי החמצן או ממי הסבון לבדם.

השערה: במבחנה "עדשים" ייווצרו יותר בועות וקצף רב יותר (ומהר יותר).

הסבר: בריכוז גבוה יותר של מי חמצן יש יותר מולקולות מצע ביחידת נפח, ולכן יש יותר התנגשויות בין המצע ובין האתרים הפעילים של מולקולות הקטלאז שבנבטים. ביחידת זמן מתפרקות יותר מולקולות מי חמצן ומשתחרר יותר חמצן – יותר בועות. בנוסף, יש יותר מצע בסך הכול, ולכן כמות החמצן הכוללת שתשתחרר גדולה יותר.

(הגבלה: אם כל האתרים הפעילים של האנזים כבר תפוסים – רוויה – העלאת ריכוז המצע לא תגביר עוד את קצב התגובה, אבל כמות החמצן הכוללת עדיין תגדל.)

כמות המלח אינה משתנה במהילה; רק הנפח גדל.

•כמות המלח: 10% מ־10 מ"ל = $0.10 \times 10 = 1$ גרם (תמיסה של 10% = 10 גרם ב־100 מ"ל).

•הנפח הסופי: $10 + 30 = 40$ מ"ל.

•הריכוז הסופי: $\frac{1}{40} \times 100\% = 2.5\%$.

או בנוסחת המהילה: $C_1 V_1 = C_2 V_2$ ← $10\% \times 10 = C_2 \times 40$ ← $C_2 = 2.5\%$.

דרך החישוב: בכל מבחנה מחשבים משך ציפה לכל מדידה (זמן סיום − זמן התחלה, בשניות), ואחר כך ממוצע: סכום משכי הציפה חלקי מספר המדידות שבהן הדסקית צפתה. מדידה של "לא צפה" אינה נכללת בחישוב; אם באף מדידה הדסקית לא צפתה – רושמים "לא צפה".

דוגמה לחישוב (המספרים להמחשה בלבד): אם במבחנה א נמדדו 14, 16 ו־15 שניות, הממוצע הוא $\frac{14+16+15}{3} = 15$ שניות. אם במבחנה ג נמדדו 52 שניות, 60 שניות ו"לא צפה", הממוצע הוא $\frac{52+60}{2} = 56$ שניות.

- מבחנה א (0%) – משך הציפה הקצר ביותר (הדסקית צפה מהר).

- מבחנה ב (2%) – משך ציפה ארוך יותר.

- מבחנה ג (4%) – משך הציפה הארוך ביותר, ואפשר שהדסקית לא תצוף כלל.

- מבחנה ד (מים, בלי מי חמצן) – הדסקית שוקעת ואינה צפה: "לא צפה".

משך ציפה קצר = קצב פעילות גבוה של הקטלאז (ראו שאלה 6).

•בכל מדידה יש גורמים מקריים שאי אפשר לשלוט בהם עד הסוף: כמות המיצוי שהדסקית ספגה, הגודל המדויק של הדסקית, עד איזה עומק היא שקעה, ומתי בדיוק נרשם הזמן.

•גורמים אלה גורמים לשונות בין מדידות של אותו טיפול. מדידה אחת יכולה להיות חריגה ולהוביל למסקנה שגויה.

•חישוב ממוצע של שלוש חזרות מקטין את השפעת הטעויות המקריות, ומאפשר לבדוק אם התוצאות עקביות – לכן התוצאות אמינות יותר וההשוואה בין הריכוזים תקפה יותר.

כותרת טובה כוללת את המשתנה הבלתי תלוי, את המשתנה התלוי ואת האורגניזם:

"השפעת ריכוז תמיסת המלח ($\text{NaC}\ell$) שבה הונבטו זרעי עדשים על משך זמן הציפה של דסקית נייר שנטבלה במיצוי הנבטים ונכנסה למי חמצן" (או: "...על קצב פעילות האנזים קטלאז במיצוי נבטי עדשים").

המשתנה הבלתי תלוי: ריכוז תמיסת המלח נתרן כלורי שבה הונבטו זרעי העדשים – 0%, 2% ו־4%. זה הגורם שהנסיין קבע ושינה בין הטיפולים.

המשתנה התלוי: קצב פעילות האנזים קטלאז במיצוי נבטי העדשים (קצב פירוק מי החמצן), כפי שהוא נמדד במשך זמן הציפה של דסקית הנייר (שניות). משך ציפה קצר = פעילות מהירה.

•הדסקית ספוגה במיצוי הנבטים, ובו האנזים קטלאז. כשהיא נכנסת למי החמצן היא שוקעת (הנייר הרטוב כבד מן הנוזל).

•הקטלאז שבדסקית מזרז את פירוק מי החמצן למים ולחמצן; בועות החמצן נוצרות בדסקית ובסביבתה ונאחזות בה (לידיעתכם 2).

•כשמצטברות די בועות, הדסקית נעשית קלה מן הנוזל וצפה שוב.

•ככל שקצב פעילות האנזים גבוה יותר (יותר אנזים פעיל), החמצן מצטבר מהר יותר והדסקית צפה מוקדם יותר. לכן משך זמן הציפה הוא מדד כמותי (בשניות) לקצב הפעילות – ביחס הפוך: זמן קצר = פעילות גבוהה.

•השיטה פשוטה, אפשר לחזור עליה כמה פעמים ולהשוות בין מיצויים בתנאים זהים.

תוצאות צפויות (בבחינה עונים לפי התוצאות שקיבלתם בפועל): משך הציפה עולה עם ריכוז המלח (0% < 2% < 4%), ובמבחנה ד – "לא צפה".

•הזרעים הונבטו בתמיסות מלח. בתמיסה המלח מתפרק ליונים, ויוני המלח חודרים לתאי הנבטים (לידיעתכם 1).

•היונים משפיעים על המבנה המרחבי של החלבונים – וגם של האנזים קטלאז, שהוא חלבון. שינוי המבנה המרחבי משנה את צורת האתר הפעיל, ולכן פחות מולקולות מי חמצן נקשרות אליו ומתפרקות.

•ככל שריכוז המלח גבוה יותר, נפגעות יותר מולקולות אנזים (וייתכן שגם נוצר פחות אנזים בנבטים שהתפתחותם נפגעה), ולכן קצב פירוק מי החמצן איטי יותר.

- תוצאה: בועות החמצן מצטברות לאט יותר, והדסקית צפה מאוחר יותר: משך הציפה הקצר ביותר ב־0%, ארוך יותר ב־2%, והארוך ביותר (או "לא צפה") ב־4%.

- מבחנה ד: הדסקית ספוגה במיצוי עם קטלאז פעיל (0%), אך במבחנה רק מים – אין מצע, לא משתחרר חמצן, והדסקית אינה צפה.

במבחנה ד הדסקית נטבלה באותו מיצוי כמו במבחנה א ("0%", עם קטלאז פעיל), וההבדל היחיד הוא שבמבחנה יש מים מזוקקים במקום מי חמצן. אם הדסקית אינה צפה במבחנה ד אך צפה במבחנה א, הציפה נובעת מפירוק מי החמצן (המצע) ולא מגורם אחר כמו המיצוי או הנייר עצמו.

- 120 שניות הוא רק גבול זמן שנקבע למדידה; הבקרה לא נועדה לבדוק אותו.

•כמות המיצוי על הדסקית לא שונתה במבחנה ד – היא נשמרה זהה.

•האנזים נמצא במבחנה ד (הדסקית נטבלה במיצוי "0%"), ולכן אי אפשר ללמוד ממנה על השפעת הימצאות האנזים.

חשיבותו: זו בקרה למשתנה הבלתי תלוי. היא נותנת את משך הציפה (פעילות הקטלאז) של נבטים בלי השפעת מלח, בתנאים זהים בכל השאר. רק בהשוואה אליה אפשר לקבוע אם ההנבטה בריכוזי המלח 2% ו־4% הורידה (או שינתה) את פעילות האנזים, ולייחס את ההבדל למלח.

כל שניים מאלה:

•מספר הנבטים בכל מיצוי – 20.

•נפח תמיסת הבופר – 15 מ"ל.

•משך הכתישה – כדקה.

•נפח מי החמצן במבחנות הבדיקה (עד הקו) וריכוזם (אותה תמיסה "מי חמצן לחלק ב").

•גודל הדסקיות וסוג הנייר.

•תנאי ההנבטה: יומיים, בחושך.

•הטמפרטורה (טמפרטורת החדר).

דוגמה – מספר הנבטים (20): כמות הקטלאז במיצוי תלויה במספר הנבטים שנכתשו. יותר נבטים ← יותר מולקולות אנזים ← פירוק מהיר יותר של מי החמצן ← בועות מצטברות מהר יותר ← הדסקית צפה מהר יותר. אילו מספר הנבטים היה שונה בין הטיפולים, ההבדל במשך הציפה היה יכול לנבוע מכמות האנזים ולא מריכוז המלח, ולא היה אפשר להסיק מה השפעת המלח.

(תשובה מתאימה אחרת: ריכוז מי החמצן – ריכוז המצע משפיע על קצב התגובה האנזימטית; הטמפרטורה – משפיעה על פעילות האנזים; נפח הבופר – משפיע על ריכוז האנזים במיצוי.)

גרף רציף. המשתנה הבלתי תלוי, ריכוז ה־$\text{NaC}\ell$ בתמיסת הגידול (0–1.0%), הוא משתנה כמותי רציף; גם ריכוז מי החמצן כמותי. לכן מחברים את הנקודות בקו ורואים את מגמת השינוי לאורך התחום. דיאגרמת עמודות מתאימה למשתנה בלתי תלוי קטגוריאלי. (שני הזנים מוצגים כשני קווים באותה מערכת צירים, עם מקרא.)

- ציר x: ריכוז המלח $\text{NaC}\ell$ בתמיסת הגידול (%), בקנה מידה אחיד (0, 0.1, 0.2 ... 1.0) – שימו לב שהריכוזים שנבדקו אינם במרווחים שווים (0, 0.3, 0.5, 0.7, 1.0), ולכן חייבים ציר אחיד ולא "עמודה לכל ריכוז".

- ציר y: ריכוז מי החמצן במיצוי (יחידות יחסיות), 0–5.

- שני קווים ומקרא: זן א' – (0, 2.5), (0.3, 2.3), (0.5, 2.5), (0.7, 2.3), (1.0, 2.4); זן ב' – (0, 2.5), (0.3, 2.5), (0.5, 2.7), (0.7, 3.5), (1.0, 4.7).

- כותרת: "השפעת ריכוז המלח בתמיסת הגידול על ריכוז מי החמצן בשני זנים של יבלית".

- זן א': ריכוז מי החמצן כמעט קבוע בכל ריכוזי המלח – בין 2.3 ל־2.5 יחידות יחסיות (2.5 ב־0%, 2.4 ב־1.0%).

- זן ב': בריכוזים 0% ו־0.3% ריכוז מי החמצן 2.5 (כמו בזן א'). מריכוז 0.5% ומעלה הוא עולה: 2.7 ב־0.5%, 3.5 ב־0.7% ו־4.7 ב־1.0% – עלייה של 88% לעומת 0%.

- השוואה: בריכוזים נמוכים (0–0.3%) אין כמעט הבדל בין הזנים; ככל שריכוז המלח עולה מעל 0.5%, ריכוז מי החמצן בזן ב' גבוה יותר מבזן א', וההפרש גדל (ב־1.0%: 4.7 לעומת 2.4).

זן א' – מותאם; זן ב' – אינו מותאם (הנימוק בסעיף ב).

מי החמצן הם תוצר לוואי של הנשימה התאית והם רעילים לתאים; הקטלאז מפרק אותם למים ולחמצן. צמח שמותאם למליחות צריך לשמור על ריכוז נמוך של מי חמצן בתאיו גם במליחות גבוהה.

- זן א' (מותאם): בניסוי 2 קצב פעילות הקטלאז בו יציב (כ־25) עד 0.5%, ועולה לכ־45 ב־0.7% (עלייה של 80%) ולכ־43 ב־1.0%. בהתאם, בניסוי 1 ריכוז מי החמצן בו נשאר נמוך וקבוע (2.3 ב־0.7%, 2.4 ב־1.0%). כלומר, בתנאי מליחות זן א' מגביר את פירוק מי החמצן ומונע את הצטברותם – ולכן תאיו אינם נפגעים.

- זן ב' (אינו מותאם): קצב פעילות הקטלאז בו עולה ל־40 ב־0.5%, אבל יורד ל־30 ב־0.7% ול־15 ב־1.0% (ירידה של 62.5% לעומת 0.5%). בהתאם, בניסוי 1 ריכוז מי החמצן בו עולה ל־3.5 ב־0.7% ול־4.7 ב־1.0%. בריכוזי מלח אלה האנזים אינו מפרק די מי חמצן, הם מצטברים בתאים ופוגעים בהם.

תוצאות צפויות (בבחינה עונים לפי התוצאות שקיבלתם בפועל): בחלק ב – ככל שריכוז המלח גבוה יותר, פעילות הקטלאז נמוכה יותר (שאלה 7), ואילו בזן היבלית המותאם (זן א') פעילות הקטלאז עלתה בריכוזי מלח גבוהים.

סיבה אחת אפשרית (מספיקה אחת):

- ריכוזי המלח שונים: העדשים הונבטו ב־2% וב־4% מלח – פי 2–4 מן הריכוז הגבוה ביותר בניסוי החוקרים (1.0%). בריכוזים גבוהים כאלה יוני המלח שחודרים לתאים משנים את המבנה המרחבי של הקטלאז ופוגעים באתר הפעיל, ולכן פעילותו יורדת.

- מין צמח אחר ולא מותאם: העדשים אינם צמח מותאם למליחות. בזן א' המותאם התאים מגיבים למליחות – למשל מגבירים את ייצור הקטלאז, או שיש להם קטלאז שמבנהו פחות רגיש ליונים – ואילו בעדשים אין התאמה כזו.

- משך החשיפה ושלב ההתפתחות: נבטים בני יומיים לעומת צמחים שגדלו שלושה שבועות – לצמחים היה זמן להגיב למליחות.

•ריכוז גבוה של מלחים בקרקע מגדיל את ריכוז המומסים בתמיסת הקרקע, ולכן פוטנציאל המים שלה יורד.

•מים נכנסים לשורש באוסמוזה – ממקום שפוטנציאל המים בו גבוה (הקרקע) למקום שפוטנציאל המים בו נמוך (תאי השורש). כשפוטנציאל המים בקרקע יורד, ההפרש קטן, ופחות מים נכנסים לשורש; כשהוא נמוך מזה של תאי השורש, מים אף יוצאים מן השורש לקרקע.

- התוצאה לצמח: הצמח סובל ממחסור במים גם כשהקרקע רטובה: התאים מאבדים טורגור והצמח נובל; הפיוניות נסגרות כדי לצמצם איבוד מים, ולכן נכנס פחות $\text{CO}_2$ וקצב הפוטוסינתזה יורד; הגדילה וההתפתחות נפגעות, ובמקרים קשים הצמח מת.

בעמודת התוצאות מופיעות כאן התוצאות הצפויות; בבחינה ממלאים בה את מה שנצפה בפועל (סעיף ד). הטבלה מראה מה שונה בין המבחנות (התוכן) ומה זהה בכולן (נפחי מי הסבון ומי החמצן).

כותרת הטבלה: "טבלה 1: היווצרות בועות גז (פירוק מי חמצן) בנוכחות תמיסת קטלאז, תרחיף שמרים או מים מזוקקים".

כותרות העמודות: "המבחנה"; "התוכן שבמבחנה (1 מ"ל)"; "נפח מי הסבון (מ"ל)"; "נפח מי החמצן (מ"ל)"; "היווצרות בועות / קצף (+/−)".

תוצאות צפויות (בבחינה עונים לפי התוצאות שקיבלתם בפועל): קצף ובועות במבחנות "קטלאז" ו"תרחיף שמרים", ללא בועות במבחנה "מים".

- מבחנה "קטלאז" (+): האנזים קטלאז מזרז את התגובה $2\text{H}_2\text{O}_2 \rightarrow 2\text{H}_2\text{O} + \text{O}_2$: מי החמצן (המצע) נקשרים לאתר הפעיל ומתפרקים במהירות, והחמצן משתחרר כבועות שהסבון מייצב לקצף.

- מבחנה "תרחיף שמרים" (+): שמרים הם תאים חיים (פטריות חד־תאיות) שיש בהם האנזים קטלאז – הוא מגן עליהם מפני מי חמצן, תוצר לוואי רעיל של חילוף החומרים. מי חמצן הם מולקולה קטנה שחודרת לתאים, מפורקים בהם, והחמצן משתחרר כבועות.

- מבחנה "מים" (−): אין בה אנזים; בלי זרז פירוק מי החמצן איטי מאוד, ובתוך 5 דקות לא משתחרר חמצן שנראה. זו בקרה, שמראה שהבועות נובעות מן האנזים ולא ממי החמצן או ממי הסבון לבדם.

השערה: במבחנה "תרחיף שמרים" ייווצרו יותר בועות וקצף רב יותר (ומהר יותר).

הסבר: בריכוז גבוה יותר של מי חמצן יש יותר מולקולות מצע, ולכן יותר התנגשויות בין המצע ובין האתרים הפעילים של הקטלאז שבשמרים; ביחידת זמן מתפרקות יותר מולקולות ומשתחרר יותר חמצן, וגם הכמות הכוללת של החמצן גדלה.

(הגבלה: כשכל האתרים הפעילים תפוסים – רוויה – הקצב לא יעלה עוד. בריכוז גבוה מאוד מי החמצן עלולים גם לפגוע בתאי השמרים.)

הריכוז הסופי = (נפח תמיסת המלח × 6%) ÷ הנפח הכולל:

- כוס 1: אין תמיסת מלח – $0\%$.

- כוס 2: $\frac{10 \times 6\%}{10 + 10} = 3\%$.

- כוס 3: 20 מ"ל תמיסת מלח בלי מים – $6\%$.

- כוס 4: אין תמיסת מלח – $0\%$.

דרך החישוב: לכל מדידה – זמן סיום פחות זמן התחלה (בשניות); הממוצע = סכום משכי הציפה חלקי מספר המדידות שבהן הדסקית צפתה. מדידה של "לא צפה" אינה נכללת; אם באף מדידה הדסקית לא צפתה – רושמים "לא צפה".

דוגמה לחישוב (המספרים להמחשה בלבד): 20, 24 ו־22 שניות ← $\frac{20+24+22}{3} = 22$ שניות.

- מבחנה א (דסקיות שהושרו ב־0%) – משך הציפה הקצר ביותר.

- מבחנה ב (3%) – משך ציפה ארוך יותר.

- מבחנה ג (6%) – משך הציפה הארוך ביותר, ואפשר שהדסקית לא תצוף.

- מבחנה ד (אגר בלי שמרים) – "לא צפה".

משך ציפה קצר = קצב פעילות גבוה של הקטלאז (ראו שאלה 18).

•בכל מדידה יש גורמים מקריים שאי אפשר לשלוט בהם עד הסוף: מספר תאי השמרים בכל דסקית, הגודל המדויק של הדסקית, עד איזה עומק היא שקעה, ומתי בדיוק נרשם הזמן.

•גורמים אלה גורמים לשונות בין מדידות של אותו טיפול. מדידה אחת יכולה להיות חריגה ולהוביל למסקנה שגויה.

•חישוב ממוצע של שלוש חזרות מקטין את השפעת הטעויות המקריות, ומאפשר לבדוק אם התוצאות עקביות – לכן התוצאות אמינות יותר וההשוואה בין הריכוזים תקפה יותר.

כותרת הכוללת את המשתנה הבלתי תלוי, את המשתנה התלוי ואת האורגניזם: "השפעת ריכוז תמיסת המלח ($\text{NaC}\ell$) שבה הושרו דסקיות של שמרים מקובעים באגר על משך זמן הציפה של הדסקיות במי חמצן" (או: "...על קצב פעילות האנזים קטלאז בשמרים").

המשתנה הבלתי תלוי: ריכוז תמיסת המלח נתרן כלורי שבה הושרו דסקיות השמרים המקובעים במשך 10 דקות – 0%, 3% ו־6%.

המשתנה התלוי: קצב פעילות האנזים קטלאז בשמרים המקובעים (קצב פירוק מי החמצן), כפי שהוא נמדד במשך זמן הציפה של דסקית האגר במי חמצן (שניות). משך ציפה קצר = פעילות מהירה.

•הדסקית עשויה אגר ובו תאי שמרים, ובתאים האנזים קטלאז. כשהיא נכנסת למי החמצן היא שוקעת.

•מי החמצן עוברים דרך האגר (הוא מאפשר מעבר של חומרים מומסים) וחודרים לתאי השמרים; הקטלאז מפרק אותם, ובועות חמצן נוצרות בדסקית ובשוליה (לידיעתכם 2).

•כשמצטברות די בועות, הדסקית נעשית קלה מן הנוזל וצפה.

•ככל שקצב פעילות האנזים גבוה יותר, החמצן מצטבר מהר יותר והדסקית צפה מוקדם יותר. לכן משך זמן הציפה הוא מדד כמותי לקצב הפעילות – ביחס הפוך.

•קיבוע השמרים באגר מאפשר להכניס לכל מבחנה כמות דומה של תאים (דסקיות בגודל זהה) ולהעביר אותם מתמיסה לתמיסה בלי לאבד תאים.

תוצאות צפויות (בבחינה עונים לפי התוצאות שקיבלתם בפועל): משך הציפה עולה עם ריכוז המלח (0% < 3% < 6%), ובמבחנה ד – "לא צפה".

•הדסקיות הושרו 10 דקות בתמיסות מלח. המלח מתפרק בתמיסה ליונים, ויוני הנתרן חודרים לתאי השמרים דרך האגר (לידיעתכם 1).

•בתאים היונים משפיעים על המבנה המרחבי של החלבונים, ובהם האנזים קטלאז. שינוי המבנה המרחבי משנה את האתר הפעיל, ולכן פחות מולקולות מי חמצן נקשרות אליו ומתפרקות.

•ככל שריכוז המלח גבוה יותר, חודרים יותר יונים ונפגעות יותר מולקולות אנזים – קצב פירוק מי החמצן איטי יותר.

- תוצאה: בועות החמצן מצטברות לאט יותר והדסקית צפה מאוחר יותר: הכי מהר בדסקיות מכוס 1 (0%), לאט יותר מכוס 2 (3%), והכי לאט – או בכלל לא – מכוס 3 (6%).

- מבחנה ד: דסקיות אגר בלי שמרים – אין קטלאז, מי החמצן אינם מתפרקים בקצב ניכר, לא נוצרות בועות והדסקית אינה צפה.

במבחנה ד יש מי חמצן כמו בשאר המבחנות, והדסקית הושרתה במים (0%, כוס 4) כמו בכוס 1 – ההבדל היחיד הוא שאין בדסקית שמרים. אם דסקית האגר בלי השמרים אינה צפה, הציפה במבחנות א–ג נובעת מן השמרים (מן הקטלאז שבהם) ולא מן האגר עצמו.

•מי חמצן נמצאים במבחנה ד, ולכן היא אינה בודקת את השפעת הימצאותם.

- 120 שניות הוא רק גבול זמן שנקבע למדידה.

•ריכוז מי החמצן זהה בכל המבחנות (אותה תמיסה) – הוא לא נבדק.

חשיבותו: זו בקרה למשתנה הבלתי תלוי. היא נותנת את משך הציפה (פעילות הקטלאז) של השמרים בלי השפעת מלח, כשכל השאר זהה (כולל ההשריה של 10 דקות). רק בהשוואה אליה אפשר לייחס את השינוי בפעילות בדסקיות שהושרו ב־3% וב־6% למלח.

כל שניים מאלה:

•גודל הדסקיות (נחתכו באותה קשית, מאותה צלחת).

•משך ההשריה בתמיסות המלח – 10 דקות.

•נפח התמיסה בכל כוס – 20 מ"ל; מספר הדסקיות בכל כוס – 6.

•נפח מי החמצן במבחנות הבדיקה (עד הקו, 3 ס"מ מן השפה) וריכוזם.

•הטמפרטורה (טמפרטורת החדר).

דוגמה – גודל הדסקית: מספר תאי השמרים בדסקית, ולכן כמות הקטלאז בה, תלוי בגודלה. דסקית גדולה יותר ← יותר אנזים ← פירוק מהיר יותר של מי החמצן ← הצטברות מהירה יותר של בועות ← ציפה מהירה יותר. אילו גודל הדסקיות היה שונה בין הטיפולים, ההבדל במשך הציפה היה יכול לנבוע מכמות השמרים ולא מריכוז המלח.

(תשובה מתאימה אחרת: משך ההשריה – ככל שהדסקיות שוהות זמן רב יותר בתמיסת המלח, חודרים לתאים יותר יונים והפגיעה באנזים גדולה יותר; ריכוז מי החמצן – ריכוז המצע משפיע על קצב התגובה.)

גרף רציף. המשתנה הבלתי תלוי, ריכוז ה־$\text{NaC}\ell$ בתמיסת הגידול (0–1.0%), הוא משתנה כמותי רציף; גם ריכוז מי החמצן כמותי. לכן מחברים את הנקודות בקו ורואים את מגמת השינוי לאורך התחום. דיאגרמת עמודות מתאימה למשתנה בלתי תלוי קטגוריאלי. (שני הזנים מוצגים כשני קווים באותה מערכת צירים, עם מקרא.)

- ציר x: ריכוז המלח $\text{NaC}\ell$ בתמיסת הגידול (%), בקנה מידה אחיד (0, 0.1, 0.2 ... 1.0) – שימו לב שהריכוזים שנבדקו אינם במרווחים שווים (0, 0.3, 0.5, 0.7, 1.0), ולכן חייבים ציר אחיד ולא "עמודה לכל ריכוז".

- ציר y: ריכוז מי החמצן במיצוי (יחידות יחסיות), 0–5.

- שני קווים ומקרא: זן א' – (0, 2.5), (0.3, 2.3), (0.5, 2.5), (0.7, 2.3), (1.0, 2.4); זן ב' – (0, 2.5), (0.3, 2.5), (0.5, 2.7), (0.7, 3.5), (1.0, 4.7).

- כותרת: "השפעת ריכוז המלח בתמיסת הגידול על ריכוז מי החמצן בשני זנים של יבלית".

- זן א': ריכוז מי החמצן כמעט קבוע בכל ריכוזי המלח – בין 2.3 ל־2.5 יחידות יחסיות (2.5 ב־0%, 2.4 ב־1.0%).

- זן ב': בריכוזים 0% ו־0.3% ריכוז מי החמצן 2.5 (כמו בזן א'). מריכוז 0.5% ומעלה הוא עולה: 2.7 ב־0.5%, 3.5 ב־0.7% ו־4.7 ב־1.0% – עלייה של 88% לעומת 0%.

- השוואה: בריכוזים נמוכים (0–0.3%) אין כמעט הבדל בין הזנים; ככל שריכוז המלח עולה מעל 0.5%, ריכוז מי החמצן בזן ב' גבוה יותר מבזן א', וההפרש גדל (ב־1.0%: 4.7 לעומת 2.4).

זן א' – מותאם; זן ב' – אינו מותאם (הנימוק בסעיף ב).

מי החמצן הם תוצר לוואי של הנשימה התאית והם רעילים לתאים; הקטלאז מפרק אותם למים ולחמצן. צמח שמותאם למליחות צריך לשמור על ריכוז נמוך של מי חמצן בתאיו גם במליחות גבוהה.

- זן א' (מותאם): בניסוי 2 קצב פעילות הקטלאז בו יציב (כ־25) עד 0.5%, ועולה לכ־45 ב־0.7% (עלייה של 80%) ולכ־43 ב־1.0%. בהתאם, בניסוי 1 ריכוז מי החמצן בו נשאר נמוך וקבוע (2.3 ב־0.7%, 2.4 ב־1.0%). כלומר, בתנאי מליחות זן א' מגביר את פירוק מי החמצן ומונע את הצטברותם – ולכן תאיו אינם נפגעים.

- זן ב' (אינו מותאם): קצב פעילות הקטלאז בו עולה ל־40 ב־0.5%, אבל יורד ל־30 ב־0.7% ול־15 ב־1.0% (ירידה של 62.5% לעומת 0.5%). בהתאם, בניסוי 1 ריכוז מי החמצן בו עולה ל־3.5 ב־0.7% ול־4.7 ב־1.0%. בריכוזי מלח אלה האנזים אינו מפרק די מי חמצן, הם מצטברים בתאים ופוגעים בהם.

תוצאות צפויות (בבחינה עונים לפי התוצאות שקיבלתם בפועל): בחלק ב – ככל שריכוז המלח גבוה יותר, פעילות הקטלאז בשמרים נמוכה יותר (שאלה 19), ואילו בזן היבלית המותאם (זן א') פעילות הקטלאז עלתה בריכוזי מלח גבוהים.

סיבה אחת אפשרית (מספיקה אחת):

- ריכוזי המלח שונים: הדסקיות הושרו ב־3% וב־6% – פי 3–6 מן הריכוז הגבוה ביותר בניסוי החוקרים (1.0%). בריכוזים כאלה יוני הנתרן החודרים לתאים משנים את המבנה המרחבי של הקטלאז ופוגעים באתר הפעיל.

- אורגניזם אחר ולא מותאם: שמרים אינם מותאמים למליחות; בזן א' המותאם התאים מגיבים למליחות – למשל מגבירים את ייצור הקטלאז, או שהקטלאז שלהם פחות רגיש ליונים.

- משך החשיפה: השמרים נחשפו למלח 10 דקות בלבד, והאנזים שכבר היה בתאים נפגע; צמחי היבלית גדלו במלח שלושה שבועות, והיה להם זמן להגיב (למשל לבטא יותר את הגן לקטלאז).

•ריכוז גבוה של מלחים בקרקע מגדיל את ריכוז המומסים בתמיסת הקרקע, ולכן פוטנציאל המים שלה יורד.

•מים נכנסים לשורש באוסמוזה – ממקום שפוטנציאל המים בו גבוה (הקרקע) למקום שפוטנציאל המים בו נמוך (תאי השורש). כשפוטנציאל המים בקרקע יורד, ההפרש קטן, ופחות מים נכנסים לשורש; כשהוא נמוך מזה של תאי השורש, מים אף יוצאים מן השורש לקרקע.

- התוצאה לצמח: הצמח סובל ממחסור במים גם כשהקרקע רטובה: התאים מאבדים טורגור והצמח נובל; הפיוניות נסגרות כדי לצמצם איבוד מים, ולכן נכנס פחות $\text{CO}_2$ וקצב הפוטוסינתזה יורד; הגדילה וההתפתחות נפגעות, ובמקרים קשים הצמח מת.

בעמודת התוצאות מופיעות כאן התוצאות הצפויות; בבחינה ממלאים בה את מה שנצפה בפועל (סעיף ה).

כותרת הטבלה (מה נבדק ומה נמדד): "טבלה 1: היווצרות בועות גז (פירוק מי חמצן) בנוכחות תמיסת קטלאז, רסק קולרבי או מים".

כותרות העמודות: "המבחנה"; "התוכן שהוכנס למבחנה"; "נפח מי הסבון (מ"ל)"; "נפח מי החמצן (מ"ל)"; "היווצרות בועות / קצף (+/−)" – עם יחידות מידה בכל עמודה מספרית.

תוצאות צפויות (בבחינה עונים לפי התוצאות שקיבלתם בפועל): קצף ובועות במבחנות "קטלאז" ו"קולרבי", ללא בועות במבחנה "מים".

- מבחנה "קטלאז" (+): האנזים קטלאז מזרז את התגובה $2\text{H}_2\text{O}_2 \rightarrow 2\text{H}_2\text{O} + \text{O}_2$. מולקולות מי החמצן (המצע) נקשרות לאתר הפעיל של האנזים ומתפרקות במהירות; הגז חמצן משתחרר בנוזל כבועות, והסבון מייצב אותן לקצף.

- מבחנה "קולרבי" (+): בתאי הקולרבי (תאים חיים של איבר צמחי) יש האנזים קטלאז (הוא מפרק מי חמצן הנוצרים בתא כתוצר לוואי של חילוף החומרים והם רעילים לו). הריסוק במגררת פותח תאים רבים ומאפשר למי החמצן להגיע אל האנזים, ולכן משתחרר חמצן ונוצר קצף.

- מבחנה "מים" (−): אין בה אנזים. בלי זרז מי חמצן מתפרקים באיטיות רבה מאוד, ולכן בתוך 5 דקות לא משתחררת כמות חמצן שנראית. מבחנה זו היא בקרה: היא מראה שהבועות במבחנות האחרות נובעות מן האנזים ולא ממי החמצן או ממי הסבון לבדם.

השערה: במבחנה "קולרבי" ייווצרו יותר בועות וקצף רב יותר (ומהר יותר).

הסבר: בריכוז גבוה יותר של מי חמצן יש יותר מולקולות מצע ביחידת נפח, ולכן יש יותר התנגשויות בין המצע ובין האתרים הפעילים של מולקולות הקטלאז שבתאי הקולרבי. ביחידת זמן מתפרקות יותר מולקולות מי חמצן ומשתחרר יותר חמצן – יותר בועות. בנוסף, יש יותר מצע בסך הכול, ולכן כמות החמצן הכוללת שתשתחרר גדולה יותר.

(הגבלה: אם כל האתרים הפעילים של האנזים כבר תפוסים – רוויה – העלאת ריכוז המצע לא תגביר עוד את קצב התגובה, אבל כמות החמצן הכוללת עדיין תגדל.)

הריכוז הסופי = (נפח תמיסת המלח × 4%) ÷ הנפח הכולל:

- כוס 1: אין תמיסת מלח – $0\%$.

- כוס 2: $\frac{10 \times 4\%}{10 + 10} = 2\%$.

- כוס 3: 20 מ"ל תמיסת מלח בלי מים – $4\%$.

דרך החישוב: לכל מדידה – זמן סיום פחות זמן התחלה (בשניות); הממוצע = סכום משכי הציפה חלקי מספר המדידות שבהן הגליל צף. מדידה של "לא צף" אינה נכללת; אם באף מדידה הגליל לא צף – רושמים "לא צף".

דוגמה לחישוב (המספרים להמחשה בלבד): 30, 34 ו־32 שניות ← $\frac{30+34+32}{3} = 32$ שניות.

- מבחנה א (גלילים שהושרו ב־0%) – משך הציפה הקצר ביותר.

- מבחנה ב (2%) – משך ציפה ארוך יותר.

- מבחנה ג (4%) – משך הציפה הארוך ביותר, ואפשר שהגליל לא יצוף.

משך ציפה קצר = קצב פעילות גבוה של הקטלאז (ראו שאלה 30).

•בכל מדידה יש גורמים מקריים שאי אפשר לשלוט בהם עד הסוף: כמות התאים והאנזים בכל גליל (גם גלילים מאותה פרוסה אינם זהים לגמרי), הגודל המדויק של הגליל, עד איזה עומק הוא שקע, ומתי בדיוק נרשם הזמן.

•גורמים אלה גורמים לשונות בין מדידות של אותו טיפול. מדידה אחת יכולה להיות חריגה ולהוביל למסקנה שגויה.

•חישוב ממוצע של שלוש חזרות מקטין את השפעת הטעויות המקריות, ומאפשר לבדוק אם התוצאות עקביות – לכן התוצאות אמינות יותר וההשוואה בין הריכוזים תקפה יותר.

כותרת הכוללת את המשתנה הבלתי תלוי, את המשתנה התלוי ואת האורגניזם: "השפעת ריכוז תמיסת המלח ($\text{NaC}\ell$) שבה הושרו גלילי קולרבי על משך זמן הציפה של הגלילים במי חמצן" (או: "...על קצב פעילות האנזים קטלאז בקולרבי").

המשתנה הבלתי תלוי: ריכוז תמיסת המלח נתרן כלורי שבה הושרו גלילי הקולרבי במשך 10 דקות – 0%, 2% ו־4%.

המשתנה התלוי: קצב פעילות האנזים קטלאז בתאי גלילי הקולרבי (קצב פירוק מי החמצן), כפי שהוא נמדד במשך זמן הציפה של הגליל במי חמצן (שניות). משך ציפה קצר = פעילות מהירה.

•הגליל הוא רקמה חיה של קולרבי, ובתאיו האנזים קטלאז. כשהוא נכנס למי החמצן הוא שוקע (צפיפותו גדולה מזו של הנוזל).

•מי החמצן חודרים לתאים (בעיקר בפני השטח החתוכים, שבהם התאים פתוחים); הקטלאז מפרק אותם, ובועות חמצן נוצרות ברקמה ועל פניה (לידיעתכם 2).

•כשמצטברות די בועות, הגליל נעשה קל מן הנוזל וצף.

•ככל שקצב פעילות האנזים גבוה יותר, החמצן מצטבר מהר יותר והגליל צף מוקדם יותר – משך הציפה הוא מדד כמותי (בשניות) לקצב הפעילות, ביחס הפוך.

•הגלילים בגודל אחיד (אותו קודח, אורך 0.5 ס"מ), ולכן כמות הרקמה דומה בכל מדידה וההשוואה הוגנת.

תוצאות צפויות (בבחינה עונים לפי התוצאות שקיבלתם בפועל): משך הציפה עולה עם ריכוז המלח (0% < 2% < 4%).

•הגלילים הושרו 10 דקות בתמיסות מלח. המלח מתפרק בתמיסה ליונים, ויוני הנתרן חודרים לתאי הקולרבי (לידיעתכם 1).

•בתאים היונים משפיעים על המבנה המרחבי של החלבונים, ובהם האנזים קטלאז. שינוי המבנה המרחבי משנה את האתר הפעיל, ולכן פחות מולקולות מי חמצן נקשרות אליו ומתפרקות.

•ככל שריכוז המלח גבוה יותר, חודרים יותר יונים ונפגעות יותר מולקולות אנזים – קצב פירוק מי החמצן איטי יותר.

- תוצאה: בועות החמצן מצטברות לאט יותר, והגליל צף מאוחר יותר: הכי מהר בגלילים מכוס 1 (0%), לאט יותר מכוס 2 (2%), והכי לאט – או בכלל לא – מכוס 3 (4%).

חשיבותו: זו בקרה למשתנה הבלתי תלוי. היא נותנת את משך הציפה (פעילות הקטלאז) של הגלילים בלי השפעת מלח, כשכל השאר זהה (גודל הגלילים, השריה של 10 דקות, אותם מי חמצן). רק בהשוואה אליה אפשר לייחס את השינוי בפעילות בגלילים שהושרו ב־2% וב־4% למלח.

הסבר: הגליל צפיף מן המים, ולכן הוא שוקע. הציפה בשאר המבחנות נובעת מבועות החמצן שנוצרות בפירוק מי החמצן בידי הקטלאז. במבחנה ד יש רק מים – אין מצע לאנזים, ולכן אף שהקטלאז בתאים פעיל (הגליל הושרה במים), לא משתחרר חמצן, לא נוצרות בועות, והגליל נשאר בתחתית המבחנה.

במבחנה ד הגליל זהה לגלילים שבמבחנה א (אותו גודל, הושרה במים, עם קטלאז פעיל), וההבדל היחיד הוא מים במקום מי חמצן. אם הגליל אינו צף במבחנה ד אך צף במבחנה א, הציפה נובעת מפירוק מי החמצן.

- 120 שניות הוא רק גבול זמן שנקבע למדידה.

•האנזים נמצא בגליל במבחנה ד, ולכן אי אפשר ללמוד ממנה על השפעת הימצאותו.

•גודל הגליל לא שונה – הוא זהה לגלילים האחרים.

כל שניים מאלה:

•גודל הגלילים – אותו קודח פקקים ואורך 0.5 ס"מ.

•משך ההשריה בתמיסות המלח – 10 דקות.

•מספר הגלילים בכל כוס (4) ונפח התמיסה בכוס (20 מ"ל).

•נפח מי החמצן במבחנות (עד הקו, 3 ס"מ מן השפה) וריכוזם.

•מקור הרקמה – אותה פרוסת קולרבי.

•הטמפרטורה (טמפרטורת החדר).

דוגמה – גודל הגליל: כמות התאים, ולכן כמות הקטלאז בגליל, ושטח הפנים שבמגע עם מי החמצן תלויים בגודלו (גם המסה שיש להרים תלויה בו). שינוי בגודל היה משנה את קצב שחרור החמצן ואת משך הציפה בלי קשר למלח, ולא היה אפשר לייחס את ההבדלים לריכוז המלח.

(תשובה מתאימה אחרת: משך ההשריה – ככל שהגלילים שוהים זמן רב יותר בתמיסת המלח, חודרים לתאים יותר יונים; ריכוז מי החמצן – ריכוז המצע משפיע על קצב התגובה.)

גרף רציף. המשתנה הבלתי תלוי, ריכוז ה־$\text{NaC}\ell$ בתמיסת הגידול (0–1.0%), הוא משתנה כמותי רציף; גם ריכוז מי החמצן כמותי. לכן מחברים את הנקודות בקו ורואים את מגמת השינוי לאורך התחום. דיאגרמת עמודות מתאימה למשתנה בלתי תלוי קטגוריאלי. (שני הזנים מוצגים כשני קווים באותה מערכת צירים, עם מקרא.)

- ציר x: ריכוז המלח $\text{NaC}\ell$ בתמיסת הגידול (%), בקנה מידה אחיד (0, 0.1, 0.2 ... 1.0) – שימו לב שהריכוזים שנבדקו אינם במרווחים שווים (0, 0.3, 0.5, 0.7, 1.0), ולכן חייבים ציר אחיד ולא "עמודה לכל ריכוז".

- ציר y: ריכוז מי החמצן במיצוי (יחידות יחסיות), 0–5.

- שני קווים ומקרא: זן א' – (0, 2.5), (0.3, 2.3), (0.5, 2.5), (0.7, 2.3), (1.0, 2.4); זן ב' – (0, 2.5), (0.3, 2.5), (0.5, 2.7), (0.7, 3.5), (1.0, 4.7).

- כותרת: "השפעת ריכוז המלח בתמיסת הגידול על ריכוז מי החמצן בשני זנים של יבלית".

- זן א': ריכוז מי החמצן כמעט קבוע בכל ריכוזי המלח – בין 2.3 ל־2.5 יחידות יחסיות (2.5 ב־0%, 2.4 ב־1.0%).

- זן ב': בריכוזים 0% ו־0.3% ריכוז מי החמצן 2.5 (כמו בזן א'). מריכוז 0.5% ומעלה הוא עולה: 2.7 ב־0.5%, 3.5 ב־0.7% ו־4.7 ב־1.0% – עלייה של 88% לעומת 0%.

- השוואה: בריכוזים נמוכים (0–0.3%) אין כמעט הבדל בין הזנים; ככל שריכוז המלח עולה מעל 0.5%, ריכוז מי החמצן בזן ב' גבוה יותר מבזן א', וההפרש גדל (ב־1.0%: 4.7 לעומת 2.4).

זן א' – מותאם; זן ב' – אינו מותאם (הנימוק בסעיף ב).

מי החמצן הם תוצר לוואי של הנשימה התאית והם רעילים לתאים; הקטלאז מפרק אותם למים ולחמצן. צמח שמותאם למליחות צריך לשמור על ריכוז נמוך של מי חמצן בתאיו גם במליחות גבוהה.

- זן א' (מותאם): בניסוי 2 קצב פעילות הקטלאז בו יציב (כ־25) עד 0.5%, ועולה לכ־45 ב־0.7% (עלייה של 80%) ולכ־43 ב־1.0%. בהתאם, בניסוי 1 ריכוז מי החמצן בו נשאר נמוך וקבוע (2.3 ב־0.7%, 2.4 ב־1.0%). כלומר, בתנאי מליחות זן א' מגביר את פירוק מי החמצן ומונע את הצטברותם – ולכן תאיו אינם נפגעים.

- זן ב' (אינו מותאם): קצב פעילות הקטלאז בו עולה ל־40 ב־0.5%, אבל יורד ל־30 ב־0.7% ול־15 ב־1.0% (ירידה של 62.5% לעומת 0.5%). בהתאם, בניסוי 1 ריכוז מי החמצן בו עולה ל־3.5 ב־0.7% ול־4.7 ב־1.0%. בריכוזי מלח אלה האנזים אינו מפרק די מי חמצן, הם מצטברים בתאים ופוגעים בהם.

תוצאות צפויות (בבחינה עונים לפי התוצאות שקיבלתם בפועל): בחלק ב – ככל שריכוז המלח גבוה יותר, פעילות הקטלאז בקולרבי נמוכה יותר (שאלה 31), ואילו בזן היבלית המותאם (זן א') פעילות הקטלאז עלתה בריכוזי מלח גבוהים.

סיבה אחת אפשרית (מספיקה אחת):

- ריכוזי המלח שונים: הגלילים הושרו ב־2% וב־4% – פי 2–4 מן הריכוז הגבוה ביותר בניסוי החוקרים (1.0%). בריכוזים כאלה יוני הנתרן החודרים לתאים משנים את המבנה המרחבי של הקטלאז ופוגעים באתר הפעיל.

- אורגניזם אחר ולא מותאם: קולרבי אינו מותאם למליחות; בזן א' המותאם התאים מגיבים למליחות – למשל מגבירים את ייצור הקטלאז, או שהקטלאז שלהם פחות רגיש ליונים.

- משך החשיפה: גלילי הקולרבי נחשפו למלח 10 דקות בלבד, והאנזים שכבר היה בתאים נפגע; צמחי היבלית גדלו במלח שלושה שבועות, והיה להם זמן להגיב (למשל לבטא יותר את הגן לקטלאז).

•ריכוז גבוה של מלחים בקרקע מגדיל את ריכוז המומסים בתמיסת הקרקע, ולכן פוטנציאל המים שלה יורד.

•מים נכנסים לשורש באוסמוזה – ממקום שפוטנציאל המים בו גבוה (הקרקע) למקום שפוטנציאל המים בו נמוך (תאי השורש). כשפוטנציאל המים בקרקע יורד, ההפרש קטן, ופחות מים נכנסים לשורש; כשהוא נמוך מזה של תאי השורש, מים אף יוצאים מן השורש לקרקע.

- התוצאה לצמח: הצמח סובל ממחסור במים גם כשהקרקע רטובה: התאים מאבדים טורגור והצמח נובל; הפיוניות נסגרות כדי לצמצם איבוד מים, ולכן נכנס פחות $\text{CO}_2$ וקצב הפוטוסינתזה יורד; הגדילה וההתפתחות נפגעות, ובמקרים קשים הצמח מת.

הקביעה: לפי "לידיעתכם", צבע כחול כהה, שחור או חום כהה מעיד על עמילן, וצבע צהוב־כתום (צבע היוד עצמו) מעיד שאין עמילן. בתאי פקעת תפוח האדמה יש הרבה עמילן, ולכן הרסק נצבע בכהה. גרגרי העמילן עוברים דרך הגזה (בתסנין א מצטבר משקע לבן של עמילן, ולפני לקיחת הטיפה מטלטלים את המבחנה), אך אינם עוברים דרך נייר הסינון.

העמילן לא עבר דרך נייר הסינון. הנוזל שנשפך על נייר הסינון בא מתסנין א, שבו נמצא עמילן (צבע כהה עם יוד). בתסנין ב, שעבר דרך נייר הסינון, הצבע עם יוד נשאר צהוב־כתום – אין בו עמילן. כלומר, גרגרי העמילן (מולקולות גדולות מאוד, הצבורות בגרגרים) נעצרו בנקבוביות הזעירות של נייר הסינון. (את רוב העמילן השאירו גם במשקע הלבן שלא נשפך.)

תוצאות צפויות (בבחינה עונים לפי התוצאות שקיבלתם בפועל): הכמות היחסית של העמילן הגבוהה ביותר בשורה א, נמוכה יותר בב, נמוכה עוד יותר בג, ובשורה ד – 0 (צבע היוד). דוגמה לתוצאות אפשריות (להמחשה בלבד): א – 4, ב – 3, ג – 1.5, ד – 0.

בטבלה: שורה לכל טיפול, המשתנה הבלתי תלוי (מספר טיפות התסנין) והגורמים הקבועים בעמודות הראשונות, ועמודת התוצאות אחרונה.

כותרת הטבלה: "השפעת מספר טיפות התסנין מתפוח אדמה (כמות האנזימים) על הכמות היחסית של העמילן הנוצר מגלוקוז פוספט, לאחר 10 דקות".

כותרות העמודות: "הטיפול (שורה)"; "תסנין ב (מספר טיפות)"; "מים מזוקקים (מספר טיפות)"; "גלוקוז פוספט (מספר טיפות)"; "כמות יחסית של עמילן לאחר 10 דקות (יחידות שרירותיות)".

המשתנה הבלתי תלוי: כמות התסנין מתפוח אדמה בשקע – 3, 2, 1 או 0 טיפות – ובעקבותיה ריכוז האנזימים (שהיו בתאים ובאברונים) בתערובת.

בכל שורה טפטפו מספר שונה של טיפות תסנין ב: 3 (א), 2 (ב), 1 (ג), 0 (ד), והשלימו במים מזוקקים – 0, 1, 2, 3 טיפות בהתאמה – כך שבכל שקע יש 3 טיפות לפני הוספת 2 הטיפות של גלוקוז פוספט. כך משתנה ריכוז האנזים בלבד, והנפח הכולל נשאר קבוע.

המשתנה התלוי: הכמות היחסית של העמילן שנוצר בשקע מגלוקוז פוספט (ביחידות שרירותיות 0–5), שנקבעה לפי הצבע שהתקבל לאחר הוספת יוד ובהשוואה לטבלת הצבעים – מדד לקצב יצירת העמילן בפעילות האנזים.

- יוד הוא מגיב לזיהוי עמילן: בתגובה עם עמילן הוא משנה את צבעו מצהוב־כתום לכחול כהה, שחור או חום כהה.

•המצע, גלוקוז פוספט, הוא סוכר קטן שאינו מגיב עם היוד בצורה זו – לכן כל שינוי צבע בשקע מעיד על עמילן שנוצר בניסוי (התסנין שהשתמשו בו – תסנין ב – נבדק בחלק א ונמצא שאין בו עמילן).

•ככל שנוצר יותר עמילן, הצבע כהה יותר. ההשוואה לטבלת הצבעים הופכת את הצבע לערך מספרי (0–5), וכך אפשר להשוות באופן כמותי למחצה בין הטיפולים ובין 2 ל־10 דקות.

•הבדיקה מהירה ונעשית בנפחים קטנים, ולכן אפשר לבדוק ארבעה טיפולים בשני זמנים באותם תנאים.

תוצאות צפויות (בבחינה עונים לפי התוצאות שקיבלתם בפועל): כמות העמילן יורדת משורה א לשורה ד; בשורה ד – 0.

- מה קורה בשקע: בריסוק נפגעו קרומי התאים והאברונים, ולכן בתסנין יש אנזימים של תאי הפקעת – בהם אנזים שבונה עמילן ממולקולות גלוקוז פוספט (מחבר יחידות גלוקוז לשרשרת ארוכה ומשחרר את הפוספט). התסנין עצמו אינו מכיל עמילן (חלק א).

- שורות א–ג: בכולן יש אותה כמות מצע (2 טיפות גלוקוז פוספט באותו נפח כולל). ככל שיש יותר טיפות תסנין, יש יותר מולקולות אנזים ויותר אתרים פעילים, ולכן בזמן נתון יותר מולקולות גלוקוז פוספט מחוברות לעמילן – קצב יצירת העמילן גבוה יותר והצבע עם היוד כהה יותר: א (3 טיפות) > ב (2) > ג (1).

- שורה ד (בקרה): אין בה תסנין ולכן אין אנזים. בלי זרז גלוקוז פוספט אינו הופך לעמילן, ולכן הצבע נשאר צבע היוד (0). מכאן שהעמילן בשורות א–ג נוצר בפעילות האנזים שבתסנין.

תוצאות צפויות (בבחינה עונים לפי התוצאות שקיבלתם בפועל): בשורה א (וגם בשורה ב) הכמות היחסית של העמילן לאחר 10 דקות גדולה מזו שלאחר 2 דקות.

הסבר (לדוגמה, שורה א): בשני השקעים של שורה א אותה כמות אנזים ואותה כמות מצע. האנזים פועל ברציפות מרגע הוספת הגלוקוז פוספט, ובכל דקה הוא מחבר עוד מולקולות גלוקוז לשרשראות העמילן. לכן העמילן מצטבר עם הזמן: אחרי 10 דקות נוצר יותר עמילן מאשר אחרי 2 דקות, והצבע עם היוד כהה יותר. (לכן בודקים כל זמן בשקעים נפרדים: היוד נוסף לעמודה "2 דקות" אחרי 2 דקות ולעמודה "10 דקות" אחרי 10 דקות, וכך כל עמודה מראה את כמות העמילן שהצטברה עד אותו רגע.)

המשתנה התלוי נמדד בצבע שהיוד נותן עם עמילן. אילו תסנין ב הכיל עמילן מן הפקעת, השקעים שבהם יותר תסנין היו נצבעים בכהה גם בלי שנוצר עמילן חדש, והתוצאות היו מוטות – ההבדלים בין השורות היו יכולים לנבוע מכמות העמילן שהגיעה עם התסנין ולא מפעילות האנזים. בדיקת היוד בתסנין ב (צבע צהוב־כתום) מבטיחה שכל עמילן שמתגלה בשקעים נוצר בניסוי מגלוקוז פוספט.

מספר טיפות התסנין שונה בין השורות (3, 2, 1, 0), ולכן הוסיפו מים מזוקקים במספר טיפות משלים (0, 1, 2, 3), כך שבכל שקע יש 3 טיפות של תסנין ומים יחד. לכל השקעים הוסיפו אותו מספר טיפות גלוקוז פוספט (2). לכן בכל שקע יש $3 + 2 = 5$ טיפות.

בכל שקע יש 2 טיפות גלוקוז פוספט. רק כשהנפח הכולל זהה (5 טיפות), גם ריכוז המצע זהה בכל השקעים – וריכוז המצע משפיע על קצב התגובה האנזימטית. כך ההבדל היחיד בין הטיפולים הוא כמות התסנין.

•ריכוז התסנין (והאנזים) הוא המשתנה הבלתי תלוי – הוא משתנה בכוונה בין הטיפולים, ולא נשמר קבוע.

•גם נפח האנזים (טיפות התסנין) שונה בכוונה בין הטיפולים.

•משך הזמן נקבע על ידי הנסיין (2 ו־10 דקות) ואינו תלוי בנפח הכולל; הניסוי גם אינו מודד את הזמן עד לסיום התגובה.

כמות הגלוקוז פוספט אינה משתנה במהילה, והנפח גדל:

•הנפח הסופי: $1 + 4 = 5$ מ"ל.

- $C_1 V_1 = C_2 V_2$ ← $0.5\% \times 1 = C_2 \times 5$ ← $C_2 = \frac{0.5\%}{5} = 0.1\%$.

(התמיסה נמהלה פי 5.) התשובה: 0.1%.

השערה: התוצאה נמוכה יותר (פחות עמילן, צבע בהיר יותר).

נימוק: כמות האנזים בשורה א זהה (3 טיפות תסנין), אבל ריכוז הגלוקוז פוספט – המצע – נמוך פי 5 (0.1% במקום 0.5%). בריכוז מצע נמוך יש פחות התנגשויות בין מולקולות המצע ובין האתרים הפעילים של האנזים, ולכן קצב יצירת העמילן איטי יותר. בנוסף, יש פחות מצע בסך הכול שממנו אפשר לבנות עמילן. לכן לאחר 10 דקות ייווצר פחות עמילן.

מאפיין אחד מאלה:

- מבנה: קרום ביולוגי בנוי משכבה כפולה של פוספוליפידים שבה משוקעים חלבונים (מודל הפסיפס הנוזלי).

- תפקוד: הקרום בררני – הוא מאפשר מעבר של חומרים מסוימים (למשל מולקולות קטנות או חומרים שיש להם חלבוני נשא) ומונע מעבר של אחרים (למשל מולקולות גדולות כמו עמילן).

•הקרום מפריד בין תוכן האברון לציטופלסמה ויוצר בו סביבה שונה.

נימוק:

•עמילן הוא רב־סוכר – מולקולה גדולה מאוד (שרשראות ארוכות של גלוקוז). קרום האברון בררני, ומולקולה גדולה כזו אינה יכולה לעבור דרכו. לכן עמילן שהיה נוצר בציטופלסמה לא היה יכול לחדור לעמילופלסטידה (תיאור I אינו אפשרי).

- גלוקוז פוספט היא מולקולה קטנה, שיכולה לעבור דרך קרום האברון (בעזרת חלבוני נשא). בתוך העמילופלסטידה נמצא האנזים שבונה ממנה עמילן, והעמילן נשאר ונאגר שם.

- האיור מתאים לכך: הצבע של יוד ועמילן מופיע רק בתוך העמילופלסטידות, והציטופלסמה סביבן אינה צבועה – אין בה עמילן.

- (התסנין בחלק ב יכול ליצור עמילן כי הריסוק פגע בקרומי האברונים ושחרר את האנזים מתוכם – כפי שנאמר בפתיח לחלק ב.)

גרף רציף. המשתנה הבלתי תלוי, הטמפרטורה (25–45°C), הוא משתנה כמותי רציף, וגם הפעילות כמותית. מחברים את הנקודות בקו כדי לראות את המגמה לאורך התחום ולהעריך ערכי ביניים. שני האנזימים מוצגים כשני קווים באותה מערכת צירים, עם מקרא.

- ציר x: טמפרטורה (°C), בקנה מידה אחיד (למשל שנתה לכל 1°C או 5°C) – שימו לב שהמרווח בין 40 ל־42 ובין 42 ל־45 אינו 5 מעלות.

- ציר y: פעילות האנזים (יחידות תוצר/מ"ג אנזים/יחידת זמן), 0–5.

- קו 1 – רוביסקו פעיל: (25, 1.00), (30, 1.75), (35, 2.50), (40, 3.00), (42, 4.00), (45, 4.50).

- קו 2 – אקטיבאז: (25, 1.25), (30, 1.50), (35, 2.00), (40, 2.50), (42, 2.00), (45, 0.75).

- מקרא וכותרת: "השפעת הטמפרטורה על פעילות האנזים רוביסקו הפעיל ועל פעילות האנזים אקטיבאז".

- רוביסקו פעיל: ככל שהטמפרטורה עולה בתחום 25–45°C, הפעילות עולה: 1.00 ב־25°C, 1.75 ב־30°C, 2.50 ב־35°C, 3.00 ב־40°C, 4.00 ב־42°C ו־4.50 ב־45°C – פי 4.5 בכל התחום.

- אקטיבאז: בתחום 25–40°C הפעילות עולה – מ־1.25 ל־2.50 (הפעילות המרבית, ב־40°C). מעל 40°C היא יורדת: 2.00 ב־42°C ו־0.75 ב־45°C – ירידה של 70% בין 40°C ל־45°C.

- השוואה: עד 40°C שני האנזימים מגבירים את פעילותם; מעל 40°C הם מתנהגים בצורה הפוכה – הרוביסקו הפעיל ממשיך לעלות, והאקטיבאז יורד.

בטבלה I: בין 25°C ל־40°C קצב קיבוע ה־$\text{CO}_2$ עולה מ־32 ל־45 (עלייה של כ־41%).

•העלייה בטמפרטורה מגבירה את האנרגיה הקינטית של המולקולות, ולכן את קצב ההתנגשויות בין אנזים למצע – ובתחום זה האנזימים אינם נפגעים.

- אקטיבאז: פעילותו עולה (1.25 ← 2.50), ולכן הוא מפעיל יותר מולקולות רוביסקו (מעביר אותן מצורה לא פעילה לצורה פעילה – לפי התרשים).

- רוביסקו פעיל: גם פעילותו של כל מ"ג אנזים פעיל עולה (1.00 ← 3.00).

- התוצאה: בעלים יש יותר רוביסקו פעיל, וכל אחד מהם פועל מהר יותר – קצב קיבוע ה־$\text{CO}_2$ (השלב השני של הפוטוסינתזה) עולה.

בטבלה I: בין 40°C ל־45°C קצב קיבוע ה־$\text{CO}_2$ יורד מ־45 ל־28 (ירידה של כ־38%).

- אקטיבאז: בטמפרטורות גבוהות מ־40°C פעילותו יורדת חדות (2.50 ← 2.00 ← 0.75). סביר שהחום משנה את המבנה המרחבי שלו (דנטורציה), והאתר הפעיל נפגע.

•לכן האקטיבאז מפעיל פחות מולקולות רוביסקו, ורוב הרוביסקו בעלים נשאר בצורה הלא פעילה (לפי התרשים).

•אמנם הרוביסקו הפעיל עמיד לחום ואף פעיל יותר (3.00 ← 4.50), אבל כמותו בעלים קטנה, ולכן הקיבוע הכולל של $\text{CO}_2$ יורד.

•כלומר, מעל 40°C הגורם המגביל הוא פעילות האקטיבאז, ולא פעילות הרוביסקו.

נימוק לפי טבלה I: מעל 40°C קצב קיבוע ה־$\text{CO}_2$ יורד – מ־45 ב־40°C ל־28 ב־45°C (ירידה של כ־38%). קיבוע $\text{CO}_2$ הוא השלב שבו נבנים הסוכרים בפוטוסינתזה, ולכן ירידה בו פירושה שהצמחים מייצרים פחות חומר אורגני. פחות חומר אורגני משמש לגדילה ולבניית רקמות, ובמקביל הנשימה התאית ממשיכה לצרוך חומר אורגני (ובחום אף מואצת) – לכן הביומסה של הצמחים תקטן.

נימוק:

•בטמפרטורה ממוצעת מעל 40°C קצב הפוטוסינתזה של רוב מיני הצמחים יורד (טבלה I). מינים שאינם מותאמים לחום (שהאקטיבאז שלהם נפגע) יגדלו פחות, יתרבו פחות, ויכולים להיעלם מן האזור.

•הצמחים הם היצרנים – בסיס מארג המזון. ירידה בכמות ובמגוון של הצמחים פירושה פחות מזון ופחות בתי גידול ומחסה לצרכנים; מינים של בעלי חיים התלויים בצמחים מסוימים ייעלמו או יעזבו.

•רק מינים מותאמים לחום יוכלו להתקיים באזור, ולכן מספר המינים (המגוון) יקטן. (אפשר לציין שבטווח ארוך ייתכנו שינויים במגוון בעקבות הגירת מינים עמידים לחום – אך הצפי המיידי הוא ירידה.)

תוצאות צפויות (בבחינה עונים לפי התוצאות שקיבלתם בפועל): ההתקדמות הגדולה ביותר במבחנה א, קטנה יותר בב, הקטנה ביותר בג, ובמבחנה ד – 0 ס"מ (אין התקדמות).

בטבלה: שורה לכל טיפול, המשתנה הבלתי תלוי (המרחק מן המנורה, כלומר עוצמת האור) והגורמים הקבועים בעמודות הראשונות, ועמודת התוצאות עם יחידות.

כותרת הטבלה: "השפעת המרחק של המבחנה ממקור האור (עוצמת האור) על המרחק שעבר קו הנוזל בפיפטה במשך 10 דקות, במבחנות עם עלעלי סלרי בתמיסת ביקרבונט" (או: "השפעת עוצמת האור על קצב הפוטוסינתזה בעלעלי סלרי").

כותרות העמודות: "המבחנה"; "מספר עלעלי סלרי"; "המרחק מבסיס המנורה (ס"מ)"; "תמיסת ביקרבונט 2%"; "המרחק שעבר קו הנוזל בפיפטה ב־10 דקות (ס"מ)".

המשתנה הבלתי תלוי: עוצמת האור שמגיעה לעלעלים – ככל שהמבחנה רחוקה יותר מן המנורה, עוצמת האור נמוכה יותר.

שינינו את המרחק של המבחנות ממקור האור: מבחנה א צמודה לבסיס המנורה, מבחנה ב במרחק 12 ס"מ ממבחנה א, ומבחנה ג במרחק 12 ס"מ ממבחנה ב (24 ס"מ ממבחנה א). ככל שהמרחק מן הנורה גדל, עוצמת האור שמגיעה לעלעלים קטנה.

המשתנה התלוי: קצב הפוטוסינתזה בעלעלי הסלרי, כפי שהוא נמדד במרחק שעבר קו הנוזל בפיפטה (בס"מ) במשך 10 דקות – מדד לנפח הגז (החמצן) שנפלט מן העלעלים.

•בפוטוסינתזה מים מתפרקים בתגובות האור, וחמצן משתחרר כתוצר; חלקו יוצא מן העלעלים כגז.

•המבחנה מלאה עד השפה ופקוקה, ולכן הגז שנפלט תופס נפח ודוחק נוזל דרך המחט אל הפיפטה (לידיעתכם 2) – קו הנוזל מתקדם.

•ככל שקצב הפוטוסינתזה גבוה יותר, בזמן קבוע (10 דקות) נפלט יותר חמצן, ונדחק יותר נוזל – המרחק גדול יותר. לכן המרחק הוא מדד כמותי לקצב הפוטוסינתזה.

•תמיסת הביקרבונט מספקת $\text{CO}_2$ (לידיעתכם 1), כך ש־$\text{CO}_2$ אינו נגמר במבחנה הסגורה, והמדידה משקפת את השפעת האור.

- (הגבלה: זו פוטוסינתזה נטו – העלעלים גם צורכים חמצן בנשימה; וחלק מן החמצן מתמוסס בנוזל.)

תוצאות צפויות (בבחינה עונים לפי התוצאות שקיבלתם בפועל): א > ב > ג, ובמבחנה ד – 0.