בגרות בביולוגיה 043386 - קיץ 2023
5 יח"ל (15%) · שאלון 043386 · 5 שאלות · 3 שעות
בחינת הבגרות בביולוגיה, בחינה מעשית (מעבדה), קיץ 2023: כל 5 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)
בחינת בגרות מעשית בביולוגיה, קיץ תשפ"ג, 2023, שאלון 43386.
א. משך הבחינה: שלוש שעות.
ב. חומר עזר מותר בשימוש: מחשבון.
ג. הוראות מיוחדות: (1) יש לקרוא את ההנחיות ביסודיות, ולשקול היטב את הצעדים. (2) יש לרשום בעט את כל התצפיות והתשובות (גם סרטוטים). (3) יש לבסס את התשובות על תצפיותיכם ועל התוצאות שקיבלתם, גם אם הן אינן תואמות את הצפוי.
יש לכתוב במחברת הבחינה בלבד. יש לרשום "טיוטה" בראש כל עמוד המשמש טיוטה. כתיבת טיוטה בדפים שאינם במחברת הבחינה עלולה לגרום לפסילת הבחינה.
השאלות בשאלון זה מנוסחות בלשון רבים, אף על פי כן על כל תלמידה וכל תלמיד להשיב עליהן באופן אישי.
בשאלון זה חמש בעיות חלופיות (בעיה 1 – בעיה 5), וכל אחת מהן היא מחברת בחינה נפרדת בת 12 שאלות (100 נקודות). כל נבחן מבצע בעיה אחת בלבד – זו שמסר לו המורה המלווה של המעבדה – ועונה על כל השאלות שבה. בעיות 1–3 עוסקות באנזים אוראז בתסנין מזרעי סויה (בעיה 1 – השפעת ריכוז האוראה, בעיה 2 – השפעת המעכב נחושת גופרתית, בעיה 3 – השפעת ריכוז התסנין), ובעיות 4–5 עוסקות בנשימה התאית בשמרים (בעיה 4 – השפעת אתנול ומגנזיום כלורי, בעיה 5 – השפעת אתנול וריכוז הגלוקוז).
שימו לב (לגבי הפתרון): בבחינה המעשית האמיתית עונים על סמך התצפיות והתוצאות שקיבלתם בפועל, גם אם הן אינן תואמות את הצפוי. הפתרונות כאן נכתבו לפי התוצאות הצפויות, עם ההסבר המלא, כדי להראות מה בודקים ואיך מנמקים; תוצאה אחרת שקיבלתם בניסוי מנמקים באותה דרך.
בחינת המעבדה
שאלה 1 · השפעת ריכוז האוראה על פעילות האנזים אוראז בתסנין מזרעי סויה
השאלות בשאלון זה ממוספרות במספרים 1–12. מספר הנקודות לכל שאלה רשום לימינה. ענו על כל השאלות במחברת.
בחלק זה של הבחינה תבדקו הימצאות של חלבונים בזרעי סויה.
הבדיקה תיערך באמצעות שתי תמיסות: תמיסת בסיס הנתרן () שהיא חסרת צבע, ותמיסת נחושת גופרתית (), שצבעה תכלת. בנוכחות תערובת של שתי התמיסות האלה, צבעו של נוזל שיש בו חלבונים ייהפך לסגול.
על השולחן:
•עלי ומכתש. במכתש יש 5 זרעי סויה מותפחים.
•מבחנה ובה תסנין סויה מורתח, מסומנת "תסנין מורתח".
•כלי ובו מים מזוקקים, מסומן "מים מזוקקים".
•תמיסת בסיס הנתרן (). זהירות! יש להימנע ממגע של תמיסת הבסיס בעור הגוף.
•תמיסת נחושת גופרתית ( 2%).
•כפית
עטו את הכפפות והרכיבו את משקפי המגן.
א. באמצעות עט לרישום על זכוכית רשמו "תסנין" על מבחנה ריקה.
סמנו על המבחנה קו בגובה 10 ס"מ מתחתית המבחנה.
ב. על השולחן משפך ופיסת גזה מקופלת. רפדו את המשפך בפיסת הגזה והכניסו את קצה המשפך למבחנה "תסנין".
העמידו את המבחנה בכַן המבחנות.
ג. באמצעות העֱלי מעכו מעט את הזרעים שבמכתש.
•רשמו על פיפטה של 10 מ"ל "מים", והוסיפו באמצעותה למכתש 10 מ"ל מים מן הכלי "מים מזוקקים".
•כתשו את הזרעים במשך כשתי דקות.
ד. הוסיפו למכתש עוד 10 מ"ל מים, וכתשו במשך דקה נוספת עד לקבלת רסק.
•באמצעות הכפית העבירו את כל הרסק והנוזל מן המכתש לגזה שעל המשפך, והמתינו עד שיתקבל תסנין במבחנה.
•אספו את שולי הגזה וסחטו אותה כדי ששארית הנוזל תסתנן למבחנה. נפח התסנין צריך להגיע עד לקו שסימנתם על המבחנה או מעליו.
•אם נפח התסנין אינו מגיע עד לקו שסימנתם על המבחנה, סחטו שוב את הגזה.
ה. העבירו למכתש את המשפך ואת הגזה שבה שאריות הזרעים.
ו. בכַן המבחנות יש שלוש מבחנות ריקות. סמנו אותן 1, 2, 3.
מבחנות אלה ישמשו לבדיקת הימצאות חלבונים בתמיסות: מבחנה 1 לבדיקת התסנין, מבחנה 2 לבדיקת תסנין מורתח, מבחנה 3 לבדיקת מים.
ז. רשמו "תסנין" על פיפטה של 5 מ"ל.
•העבירו באמצעותה 1 מ"ל מן התסנין שבמבחנה "תסנין" למבחנה 1.
ח. רשמו "תסנין מורתח" על פיפטה של 5 מ"ל.
•העבירו באמצעותה 1 מ"ל תסנין מורתח מן המבחנה "תסנין מורתח" למבחנה 2.
ט. באמצעות הפיפטה המסומנת "מים" העבירו 1 מ"ל מים מזוקקים למבחנה 3.
•הוסיפו 5 טיפות מתמיסת הבסיס לכל אחת משלוש מבחנות הבדיקה 1–3.
•הוסיפו 5 טיפות מתמיסת לכל אחת משלוש מבחנות הבדיקה.
•ערבבו את התכולה של כל אחת מן המבחנות על ידי טלטול קל, ובדקו את צבע התמיסה בכל אחת מן המבחנות.
ענו על שאלות 1–3.
העתיקו למחברת את הטבלה שלפניכם, והשלימו אותה. קבעו הימצאות של חלבונים בתמיסות על פי המידע שבפתיח של חלק א.
טבלה 1: בדיקת הימצאות חלבונים בתמיסות (להעתקה למחברת)
הסבירו מהי חשיבות הבדיקה שערכתם במבחנה 3.
האם אפשר לקבוע מהו ריכוז החלבונים בתסנין הסויה שבמבחנה 1 על סמך הבדיקה שערכתם? נמקו.
העבירו לכלי האיסוף שעל שולחנכם את מבחנות 1–3.
התרכובת אוּרֵאָה היא תוצר של תהליכי חילוף חומרים בתאים חיים.
ביצורים שונים (ובהם צמח סויה) מצוי האנזים אוראז המזרז את פירוק האוראה.
אחד מתוצרי הפירוק של אוראה הוא אמוניה (), שבסביבה מימית מתרכבת עם מים ונוצר החומר בסיס האמוניום.
על השולחן:
•מבחנה ובה תמיסת אוראה המסומנת "אוראה 1%".
•בקבוקון טפי ובו תמיסת חומר בוחן (אינדיקטור) "פנול אדום".
•תמיסה של חומצת מלח (). זהירות! יש להימנע ממגע של תמיסת החומצה בעור הגוף.
•פיפטת פסטר
י. סמנו 5 מבחנות ריקות: א–ה.
•רשמו "אוראה" על פיפטה של 1 מ"ל, והעבירו באמצעותה תמיסת אוראה למבחנות ב–ה לפי הפירוט בטבלה 2 שלפניכם.
יא. רשמו "מים" על פיפטה של 1 מ"ל, והעבירו באמצעותה מים למבחנות א–ג לפי הפירוט בטבלה 2.
•ערבבו את תכולת המבחנות על ידי טלטול קל.
יב. באמצעות הפיפטה המסומנת "תסנין מורתח" הוסיפו 3 מ"ל תסנין מורתח למבחנה ה.
יג. פקקו היטב את המבחנה "תסנין" וערבבו את הנוזל שבמבחנה על ידי הפיכת המבחנה פעמיים.
•באמצעות הפיפטה "תסנין" העבירו 3 מ"ל מן התסנין שבמבחנה "תסנין" לכל אחת מארבע המבחנות א–ד.
•טלטלו קלות כל אחת מן המבחנות והחזירו אותן לכַן.
•כתבו את השעה ______, והמתינו 3 דקות.
בזמן ההמתנה קראו (בלי לבצע) את סעיפים יד–טו ואת המידע שבקטע "לידיעתכם 1".
יד. כעבור 3 דקות מן השעה שכתבתם בסעיף יג, הוסיפו טיפה אחת של פנול אדום לכל אחת מחמש המבחנות א–ה, וטלטלו קלות את המבחנות.
פנול אדום הוא חומר בוחן (אינדיקטור) שצבעו בניסוי שתערכו הוא אדום–ורוד בסביבה בסיסית, וצהוב–כתום בסביבה חומצית.
טו. התבססו על המידע שבקטע "לידיעתכם 1", וכתבו בנוגע לכל אחת מן התמיסות שבמבחנות א–ה אם היא חומצית או בסיסית:
מבחנה א ____, מבחנה ב ____, מבחנה ג ____, מבחנה ד ____, מבחנה ה ____.
בהמשך הניסוי תשתמשו בתמיסה של חומצת מלח () שעל השולחן. החומצה תגיב עם בסיס האמוניום שנוצר בתמיסות.
ככל שכמות הבסיס שנוצרה בתמיסה רבה יותר, תידרש כמות גדולה יותר של חומצה כדי לנטרל את הבסיס ולשנות את הצבע של חומר הבוחן (האינדיקטור) פנול אדום.
קראו את ההנחיות בסעיפים טז–יז לפני שתתחילו לבצע אותן. יהיה עליכם להוסיף טיפות חומצה בהדרגה לכל אחת מן התמיסות שבמבחנות א–ה, ולספור את הטיפות.
עבדו בזהירות ובדייקנות.
טז. רשמו "חומצה" על פיפטת הפסטר שעל השולחן.
•הוציאו את מבחנה א מכַּן המבחנות, ובאמצעות פיפטת הפסטר הוסיפו לתוכה טיפה אחת של החומצה . צבע התמיסה שבמבחנה ייהפך לצהוב בהיר.
•החזירו את מבחנה א לכַּן.
יז. הוציאו את מבחנה ב מן הכַּן. טפטפו למבחנה טיפה אחר טיפה של חומצה וטלטלו את המבחנה לאחר הוספת כל טיפה.
החזירו את המבחנה לכַּן.
•כתבו את מספר הטיפות שטפטפתם למבחנה ב: ____ טיפות.
שימו לב: לאחר החזרת המבחנה לכַּן, ייתכן שיחול שינוי בצבע התמיסה שבה. התעלמו משינוי זה.
יח. חזרו על ההנחיות שבסעיף יז עם מבחנות ג, ד, ה.
•כתבו את מספר הטיפות שטפטפתם: למבחנה ג ____ טיפות, למבחנה ד ____ טיפות, למבחנה ה ____ טיפות.
בהמשך הבחינה אין צורך בכפפות ובמשקפי מגן, לכן הסירו אותם כעת.
ענו על שאלות 4–8.
חַשבו את הריכוז של תמיסת האוראה בכל אחת מן המבחנות א–ה לאחר הוספת התסנין (בסעיפים יב–יג).
שימו לב: הריכוז של תמיסת האוראה שהשתמשתם בה הוא 1%, והנפח הסופי בכל מבחנה הוא 4 מ"ל (אין לכלול בחישוב את הנפח של פנול אדום שהוספתם למבחנות).
רשמו את תוצאות החישובים במחברת.
פרטו את חישוביכם בנוגע למבחנות ב ו־ג בלבד.
– הכינו טבלה שתסכמו בה את כל מערך הניסוי שערכתם בחלק ב ואת תוצאותיו (סעיפים י–יח).
– הוסיפו לטבלה עמודה וכתבו בה את תוצאות החישוב של ריכוז תמיסת האוראה (שאלה 4).
– רשמו במקום המתאים בטבלה את הטיפה האחת שהוספתם למבחנה א (סעיף טז).
– העתיקו לטבלה את תוצאות הניסוי שכתבתם בסעיפים יז–יח.
– הוסיפו כותרת לטבלה.
– הוסיפו כותרות לעמודות.
הסבירו את תוצאות הניסוי במבחנות ב–ד. בהסבר התייחסו גם לשיטת המדידה.
הטיפול במבחנה א הוא טיפול בקרה. הסבירו מהי החשיבות של טיפול הבקרה במבחנה א במערך הניסוי.
התבססו על תוצאות הבדיקה שערכתם בחלק א ועל תוצאת הניסוי במבחנה ה (בחלק ב), וענו על התת־סעיפים (1)–(2):
(1) האם הרתחת התסנין השפיעה על הימצאות חלבונים? נמקו על פי התוצאות.
(2) האם הרתחת התסנין השפיעה על פעילות האנזים אוראז? נמקו על פי התוצאות.
האם תשובתכם על תת־סעיף א(2) תהיה דומה בנוגע להשפעת הרתחה על הפעילות של כל האנזימים בטבע? נמקו את תשובתכם.
לפניכם ארבעה מבֵּין רכיבי הניסוי שערכתם בחלק ב. העתיקו אותם למחברת.
עבור כל רכיב כתבו במחברת אם הוא משתנה בלתי תלוי או גורם קבוע או דרך המדידה של המשתנה התלוי.
•הנפח הכולל של התמיסה במבחנה
•מספר טיפות החומצה שנדרשו לשינוי הצבע של פנול אדום
•ריכוז התסנין במבחנות א–ד
•ריכוז אוראה במבחנות הניסוי
מהו המשתנה התלוי בניסוי שערכתם בחלק ב?
טמפרטורת התמיסה במבחנות היא גורם קבוע בניסוי שערכתם. הסבירו מדוע חשוב שדווקא טמפרטורת התמיסה במבחנות תהיה גורם קבוע בניסוי שערכתם.
יט. קראו את הקטע שלפניכם והקיפו במעגל את האפשרות הנכונה (חומצית או בסיסית) במשפטים I–II.
תלמיד ערך ניסוי זהה לניסוי שערכתם. הוא הוסיף לתמיסות שבמבחנות ג–ד טיפות חומצה (סעיף יח), עד שצבע התמיסות נעשה צהוב.
I. צבע צהוב מעיד על סביבה חומצית/בסיסית.
כעבור דקות אחדות צבע התמיסות השתנה שוב וחזר להיות ורוד.
II. צבע ורוד מעיד על סביבה חומצית/בסיסית.
ענו על שאלה 9.
מהו ההסבר האפשרי לשינוי הצבע, כעבור דקות אחדות, בתמיסות שבמבחנות ג ו־ד?
להלן ארבע אפשרויות לתשובה. קבעו מהי התשובה הנכונה והעתיקו רק אותה למחברת.
•האנזים עבר דנטורציה בסביבה החומצית, ולכן הסביבה השתנתה לבסיסית.
•האנזים המשיך להיות פעיל גם בסביבה החומצית ופעילותו גרמה לשינוי הסביבה לבסיסית.
•האנזים עבר דנטורציה בסביבה הבסיסית, ולכן הסביבה השתנתה לחומצית.
•האנזים המשיך להיות פעיל גם בסביבה הבסיסית ופעילותו גרמה לשינוי הסביבה לחומצית.
נמקו את קביעתכם.
אוכלוסיית העולם צפויה להמשיך לגדול בשנים הבאות, וכדי לספק מזון לאוכלוסייה הגדלה נדרש להגדיל את כמות היבול החקלאי.
הפעילות החקלאית גורמת לעיתים נזקים לסביבה וחשוב לנסות לצמצם את הנזקים האלה.
אוראה היא תרכובת אורגנית המכילה אטומי חנקן () שחקלאים מוסיפים לקרקע כדי להגדיל את כמות היבולים.
הצמחים קולטים תרכובות חנקן, כגון אוראה, מן האדמה. תרכובות אלה משמשות בתאי הצמחים לבניית תרכובות אורגניות אחרות המכילות חנקן, ובהן כלורופיל.
ענו על שאלה 10.
ציינו שתי תרכובות אורגניות נוספות (מלבד אוראה וכלורופיל), המצויות בצמחים ומכילות אטומי חנקן ().
במחקר שנערך בחלקות שונות בשדה חיטה בדקו חוקרים את ההשפעה של הוספת אוראה על כמות היבול.
בחלקה 1 בדקו כיצד הוספת כמויות שונות של אוראה לקרקע משפיעה על המשקל של יבול גרגרי חיטה.
תוצאות הניסוי בחלקה 1 מוצגות בטבלה 3 שלפניכם.
התבססו על המידע שבפתיח בנוגע לכלורופיל, והסבירו את תוצאות הניסוי בחלקה 1.
האנזים אוראז (שבדקתם בחלק ב) מצוי גם בקרקע, ומקורו ברקמות של צמחים מתים ובחיידקים.
האנזים אוראז מזרז פירוק של אוראה לאמוניה (). בעקבות פעילות האנזים חלק מן האוראה שמוסיפים לקרקע מתפרק. בפירוק נוצר הגז אמוניה שחלקו מתנדף לאוויר בתנאי סביבה מסוימים.
החומר NBPT פועל כמעכב של פעילות האנזים אוראז שבקרקע, וחקלאים מוסיפים אותו לקרקע בעת הוספת האוראה.
בדרך כלל NBPT אינו גורם נזק לצמח.
בחלקה אחרת בשדה החיטה (חלקה 2) בדקו כיצד הוספה של NBPT לאוראה המוספת לקרקע משפיעה על כמות היבול.
תוצאות המחקר בשתי החלקות (חלקה 1 ובה אוראה בלבד, חלקה 2 ובה אוראה וגם NBPT), מוצגות בטבלה 4.
ענו על שאלה 11.
(1) איזה סוג של הצגה גרפית הוא המתאים ביותר לתיאור התוצאות המוצגות בטבלה 4 – גרף רציף או דיאגרמת עמודות? נמקו את התשובה.
(2) הציגו במחברת, בדרך גרפית מתאימה, את תוצאות הניסוי שבטבלה 4.
שימו לב: אין צורך לסמן בתצוגה הגרפית את הנקודה שצוין עליה: לא נבדק.
תארו את התוצאות של הניסוי על פי ההצגה הגרפית.
התבססו על המידע שבעמוד זה והציעו הסבר לתוצאות הניסוי בחלקה 2 (בתוספת NBPT).
במדינות רבות מחפשים דרכים להפחית את הכמות של הגז אמוניה שנוצר מפירוק אוראה בקרקע ומתנדף לאוויר, כי הגז אמוניה עלול לפגוע בבריאות האדם, במגוון הביולוגי ובמערכות אקולוגיות שונות.
במחקר אחר בדקו חוקרים את כמות הגז אמוניה המתנדף לאוויר בשתי חלקות: בחלקה אחת שהוסיפו לה אוראה, ובחלקה אחרת שהוסיפו לה גם אוראה וגם NBPT.
בגרף שלפניכם מוצגת הכמות היחסית של גז אמוניה שהתנדף לאוויר במשך 12 ימים בשתי החלקות.
ענו על שאלה 12.
התבססו על התוצאות המוצגות בגרף, והסבירו כיצד הוספת NBPT לאוראה יכולה להשפיע על מידת הנזק שעלול להיגרם לסביבה בעקבות הוספת האוראה לקרקע.
◂ פתרון מלא לשאלה 1
סעיף 1
מבחנה 1 – תסנין סויה: סגול – יש חלבונים; מבחנה 2 – תסנין מורתח: סגול – יש חלבונים; מבחנה 3 – מים: תכלת – אין חלבונים.
•הבדיקה (בדיקת ביורט) מגיבה עם הקשרים הפפטידיים שבחלבונים: בנוכחות חלבון, תערובת ו־ נצבעת סגול.
- התסנין המורתח נצבע גם הוא סגול: הרתחה הורסת את המבנה המרחבי של החלבונים (דנטורציה) אך אינה מפרקת את הקשרים הפפטידיים – החלבונים עדיין נמצאים בתמיסה.
- מים – אין חלבון, הצבע נשאר תכלת.
בבחינה רושמים את הצבעים שנצפו.
סעיף 2
מבחנה 3 (מים) היא בקרה: היא מראה את צבע התערובת של ו־ ללא חלבונים (תכלת). ההשוואה אליה מאפשרת לקבוע שהצבע הסגול במבחנות 1, 2 נובע מנוכחות חלבונים ולא מן המגיבים עצמם או מן המים.
•במבחנה 3 כל התנאים זהים (אותו נפח, אותם מגיבים) אך אין חומר נבדק – זו בקרה שלילית.
•בזכותה יודעים איזה צבע מתקבל בהיעדר חלבון, ולכן אפשר לפרש את השינוי לסגול במבחנות 1–2 כתוצאה מהימצאות חלבונים.
סעיף 3
לא. הבדיקה איכותית – היא מראה רק אם יש חלבונים (צבע סגול) או אין (תכלת). לא נעשתה השוואה לתמיסות שבהן ריכוזי חלבון ידועים (סולם צבעים) או מדידה של עוצמת הצבע, ולכן אי אפשר לקבוע את הריכוז.
•כדי לקבוע ריכוז נדרשת שיטה כמותית: למשל השוואת עוצמת הסגול לסולם צבעים של ריכוזי חלבון ידועים, או מדידה במכשיר (ספקטרופוטומטר).
•בבדיקה שנערכה נבדקה רק הימצאות – יש/אין – ולכן התשובה היא לא.
סעיף 4
א – 0%; ב – 0.025%; ג – 0.075%; ד – 0.25%; ה – 0.25%.
ריכוז האוראה = 1% × (נפח תמיסת האוראה ÷ 4 מ"ל):
•ב: %
•ג: %
•א: 0% (ללא אוראה); ד, ה: %.
הנפח הסופי: 1 מ"ל (אוראה + מים) + 3 מ"ל תסנין = 4 מ"ל.
סעיף 5
טבלה מלאה של מערך הניסוי והתוצאות (ראו הפתרון).
במבחנה א רושמים "1" (הטיפה האחת שהוספה, סעיף טז) – היא נקודת ההשוואה לצבע הצהוב הבהיר.
כותרת: "השפעת ריכוז האוראה על פעילות האנזים אוראז בתסנין מזרעי סויה"; לכל עמודה – שם הגודל ויחידותיו.
הכותרת כוללת את המשתנה הבלתי תלוי (ריכוז האוראה (המצע) – 0, 0.025%, 0.075%, 0.25%) ואת המשתנה התלוי (פעילות האנזים – כמות הבסיס שנוצרה, לפי מספר טיפות החומצה). לעמודות – יחידות (מ"ל, %, מספר טיפות).
סעיף 6
צפוי: ככל שריכוז האוראה גבוה יותר (ב < ג < ד), נדרשו יותר טיפות חומצה. האוראז מפרק את האוראה לאמוניה, היוצרת במים בסיס אמוניום; יותר מצע ← יותר מולקולות מפורקות ב־3 דקות ← יותר בסיס ← צריך יותר חומצה כדי לנטרלו ולהפוך את הפנול האדום לצהוב.
- שיטת המדידה (טיטרציה): הבסיס שנוצר צובע את הפנול האדום אדום–ורוד. מוסיפים חומצה בהדרגה עד לצבע צהוב בהיר כמו במבחנה א; לפי לידיעתכם 2, מספר טיפות החומצה מבטא את כמות הבסיס שנוצרה – כלומר את כמות האוראה שפורקה, את פעילות האנזים.
- ב (0.025%): מעט מצע ← מעט אמוניה ← מעט בסיס ← מעט טיפות.
- ג (0.075%): יותר מצע ← יותר קומפלקסים אנזים–מצע בזמן נתון ← יותר בסיס ← יותר טיפות.
- ד (0.25%): הכי הרבה מצע ← הכי הרבה בסיס ← הכי הרבה טיפות.
כמות האנזים (3 מ"ל תסנין) והזמן (3 דקות) זהים, ולכן ההבדל נובע מריכוז האוראה. (בריכוזים גבוהים מאוד הקצב היה מגיע לרוויה.)
במבחנה א יש תסנין (אנזים) ללא אוראה – לא נוצר בסיס, והצבע צהוב–כתום; טיפה אחת של חומצה מספיקה לצהוב בהיר. הבקרה מראה שהתסנין עצמו אינו יוצר בסיס, ולכן הבסיס במבחנות ב–ד נוצר מפירוק האוראה בידי האנזים; היא גם קובעת את צבע היעד בטיטרציה.
•בקרה: אותם תנאים (תסנין, נפח, זמן, אינדיקטור) – בלי המצע.
•אילו הייתה במבחנה א תוצאה בסיסית, היה צריך להסיק שמקור הבסיס אינו (רק) האוראה.
•מבחנה א משמשת גם כנקודת השוואה לצבע (צהוב בהיר) – כך ספירת הטיפות בכל המבחנות נעשית עד לאותה נקודת סיום.
סעיף 7
(1) לא: בחלק א גם התסנין המורתח (מבחנה 2) נצבע סגול, כמו התסנין הטרי – החלבונים עדיין נמצאים בו. (2) כן: במבחנה ה, שבה תסנין מורתח ואוראה, התמיסה נשארה חומצית (צהוב–כתום) ונדרשה כטיפה אחת בלבד – כמו בבקרה – כלומר האוראה לא פורקה; ואילו בתסנין שלא הורתח (מבחנה ד) נוצר בסיס רב. ההרתחה גרמה לדנטורציה של האנזים.
(1) בדיקת ביורט מזהה קשרים פפטידיים. ההרתחה משנה את המבנה המרחבי של החלבון אך אינה מפרקת את השרשרת – לכן הבדיקה חיובית גם בתסנין המורתח.
(2) פעילות אנזים תלויה במבנה המרחבי שלו – בהתאמה בין האתר הפעיל למצע. בטמפרטורה גבוהה (רתיחה) נשברים הקשרים החלשים המחזיקים את המבנה ← דנטורציה ← האתר הפעיל משתנה ← המצע (אוראה) אינו נקשר ← אין פירוק, אין אמוניה, הסביבה לא נעשית בסיסית.
השוואה הוגנת: מבחנה ה ומבחנה ד זהות בכמות התסנין ובכמות האוראה – ההבדל רק בהרתחה.
מסקנה: ההרתחה לא סילקה את החלבונים, אבל הרסה את פעילות האנזים.
לא בהכרח. אצל רוב היצורים האנזימים עוברים דנטורציה ברתיחה ומאבדים את פעילותם, אבל יש יצורים – למשל חיידקים החיים במעיינות חמים (תרמופילים) – שהאנזימים שלהם בעלי מבנה מרחבי יציב בטמפרטורות גבוהות, והם ממשיכים לפעול גם בטמפרטורות קרובות לרתיחה.
•כל אנזים פועל בטווח טמפרטורות המתאים לסביבה שבה חי היצור, ויש לו טמפרטורה אופטימלית משלו.
•אנזימים של יצורים מסביבות חמות יציבים יותר (קשרים רבים יותר המייצבים את המבנה המרחבי), ואינם עוברים דנטורציה ב־100°C או בקרוב לכך.
•לכן אי אפשר להכליל מאנזים אחד (אוראז מסויה) על כל האנזימים בטבע.
תשובה "כן – כל האנזימים הם חלבונים ועוברים דנטורציה בחום" ללא הסתייגות אינה מדויקת.
סעיף 8
הנפח הכולל של התמיסה במבחנה – גורם קבוע; מספר טיפות החומצה שנדרשו לשינוי הצבע של פנול אדום – דרך המדידה של המשתנה התלוי; ריכוז התסנין במבחנות א–ד – גורם קבוע; ריכוז אוראה במבחנות הניסוי – משתנה בלתי תלוי.
- הנפח הכולל של התמיסה במבחנה – גורם קבוע.
- מספר טיפות החומצה שנדרשו לשינוי הצבע של פנול אדום – דרך המדידה של המשתנה התלוי.
- ריכוז התסנין במבחנות א–ד – גורם קבוע.
- ריכוז אוראה במבחנות הניסוי – משתנה בלתי תלוי.
המשתנה הבלתי תלוי – מה ששינינו בכוונה; גורם קבוע – מה שנשמר זהה בכל המבחנות; דרך המדידה – הפעולה שבה קיבלנו את התוצאה (ספירת טיפות החומצה).
פעילות האנזים אוראז – כמות האוראה שפורקה לאמוניה (כמות בסיס האמוניום שנוצרה), שנמדדה לפי מספר טיפות החומצה שנדרשו לשינוי צבע הפנול האדום לצהוב בהיר.
המשתנה התלוי הוא תוצאת פעילות האנזים – כמה אוראה פורקה (כמה אמוניה ובסיס נוצרו) ב־3 דקות. מספר טיפות החומצה הוא דרך המדידה שלו (טיטרציה), לא המשתנה עצמו.
קצב פעילות האנזים תלוי בטמפרטורה: עלייה בטמפרטורה (עד האופטימום) מגבירה את האנרגיה הקינטית ואת מספר ההתנגשויות בין האנזים למצע, וטמפרטורה גבוהה מדי גורמת לדנטורציה. אילו הטמפרטורה הייתה שונה בין המבחנות, כמות האמוניה שנוצרת הייתה משתנה גם בגללה, ולא היה אפשר לייחס את ההבדלים לריכוז האוראה.
- הקשר לתוצאה: הטמפרטורה משפיעה ישירות על קצב התגובה האנזימטית (אנרגיה קינטית, התנגשויות; דנטורציה בחום גבוה).
- לכן: הבדלי טמפרטורה בין המבחנות היו משנים את כמות הבסיס שנוצרת ואת מספר טיפות החומצה ללא קשר למשתנה הבלתי תלוי.
•שמירה על טמפרטורה שווה מבטיחה שההבדלים נובעים רק מריכוז האוראה.
סעיף 9
האנזים המשיך להיות פעיל גם בסביבה החומצית ופעילותו גרמה לשינוי הסביבה לבסיסית.
החזרה לוורוד מעידה שנוצר שוב בסיס – כלומר שהתגובה שיוצרת בסיס (פירוק אוראה) נמשכה. דנטורציה הייתה עוצרת את יצירת הבסיס, ולכן האפשרויות על דנטורציה שגויות; והאפשרות "פעילות שגרמה לסביבה חומצית" סותרת את התוצר – אמוניה יוצרת בסיס, לא חומצה.
בתמיסה נותרה אוראה שלא פורקה. האנזים לא עבר דנטורציה בתוספת החומצה (המעטה) והמשיך לפרק את האוראה לאמוניה; האמוניה יצרה בסיס אמוניום שנטרל את החומצה שהוספה, והסביבה חזרה להיות בסיסית – הפנול האדום נעשה שוב ורוד.
•התוצר של פעילות האוראז – אמוניה ← בסיס אמוניום.
•אחרי הטיטרציה עדיין יש מצע ויש אנזים פעיל ← הפירוק נמשך ← נוצר עוד בסיס ← הצבע משתנה לוורוד.
•זו גם הסיבה שבהנחיות נאמר להתעלם משינוי הצבע לאחר החזרת המבחנה לכַּן, ולספור את הטיפות עד צבע יציב למשך 10 שניות.
סעיף 10
חלבונים (וחומצות האמינו שמהן הם בנויים); חומצות גרעין – DNA ו־RNA. (גם: ATP, נוקלאוטידים.)
חנקן נמצא בקבוצת האמינו של חומצות האמינו (ולכן בכל החלבונים, כולל אנזימים), ובבסיסים החנקניים של הנוקלאוטידים (DNA, RNA, ATP).
ככל שכמות האוראה גדלה מ־0 ל־120 ק"ג, יבול הגרגרים עלה מ־2.5 ל־4.0 טון ליחידת שטח (עלייה של 60%). הצמחים קולטים את החנקן שבאוראה ובונים ממנו כלורופיל; יותר כלורופיל ← יותר אנרגיית אור נקלטת ← קצב פוטוסינתזה גבוה יותר ← נוצרים יותר גלוקוז וחומרים אורגניים, שחלקם נאגר בגרגרים (עמילן) ← יבול גדול יותר. העלייה מתמתנת בכמויות הגבוהות (+0.3 ו־+0.2 טון), כנראה כי גורם אחר (אור, מים, ) נעשה מגביל.
1. התוצאה: 2.5 ← 2.7 ← 3.5 ← 3.8 ← 4.0 טון (תוספות: 0.2, 0.8, 0.3, 0.2) – עלייה של 1.5 טון (60%).
2. מן המולקולה: אוראה ← חנקן ← בניית כלורופיל (וגם חלבונים – אנזימי הפוטוסינתזה).
3. אל התא: יותר כלורופיל בכלורופלסטים ← יותר קליטת אור ← יותר פוטוסינתזה ← יותר גלוקוז.
4. אל הצמח והיבול: הגלוקוז משמש לגדילה ונאגר כעמילן בגרגרים ← יבול גבוה יותר.
5. המתנה בעלייה: בכמויות גבוהות התוספת קטנה – החנקן כבר אינו הגורם המגביל.
סעיף 11
(1) גרף רציף – המשתנה הבלתי תלוי (כמות האוראה) הוא כמותי ורציף. (2) שני קווים: ציר x – כמות אוראה (ק"ג/יחידת שטח), ציר y – יבול (טונה/יחידת שטח); קו לחלקה 1 (5 נקודות) וקו לחלקה 2 (4 נקודות, מ־30), מקרא וכותרת.
(1) כמות האוראה (0–120) היא משתנה כמותי רציף, ולכן גרף רציף, עם קו לכל חלקה.
(2) ציר x: כמות אוראה (ק"ג/יחידת שטח), 0–120; ציר y: יבול גרגרי חיטה (טונה/יחידת שטח), 0–5; קו לחלקה 1 (ללא NBPT) וקו לחלקה 2 (בתוספת NBPT), מקרא; כותרת: "השפעת כמות האוראה ותוספת NBPT על יבול גרגרי החיטה".
בשתי החלקות, ככל שכמות האוראה גדלה היבול עולה: בחלקה 1 מ־2.5 (ללא אוראה) ל־4.0 טון ב־120 ק"ג, ובחלקה 2 מ־3.0 ב־30 ק"ג ל־4.6 טון ב־120 ק"ג. בכל כמות אוראה היבול בחלקה 2 (בתוספת NBPT) גבוה מזה שבחלקה 1: ב־0.3, 0.5, 0.5 ו־0.6 טון ב־30, 60, 90 ו־120 ק"ג (כ־11%–15% יותר).
תיאור לפי המגמה בכל קו, הערכים וההשוואה. ההפרשים (חלקה 2 פחות חלקה 1): 0.3, 0.5, 0.5, 0.6 טון; ביחס לחלקה 1: 11.1%, 14.3%, 13.2%, 15.0%.
NBPT מעכב את האוראז שבקרקע, ולכן האוראה מתפרקת בקרקע לאט יותר ופחות אמוניה נוצרת ומתנדפת לאוויר. כך נשאר בקרקע יותר חנקן (אוראה ותוצרי פירוקה) זמין לצמחים לאורך זמן; הצמחים קולטים יותר חנקן ובונים יותר כלורופיל וחלבונים ← פוטוסינתזה רבה יותר ← יבול גבוה יותר מאשר באותה כמות אוראה ללא NBPT.
1. בלי מעכב: האוראז בקרקע מפרק במהירות את האוראה לאמוניה, וחלק מן האמוניה (גז) מתנדף לאוויר – החנקן הזה אובד לצמח.
2. עם NBPT: פעילות האוראז מעוכבת ← הפירוק איטי ← פחות אמוניה מתנדפת ← יותר חנקן נשאר בקרקע.
3. יותר חנקן נקלט ← יותר כלורופיל (וחלבונים) ← יותר פוטוסינתזה ← יותר חומר אורגני בגרגרים.
4. NBPT אינו מזיק לצמח, ולכן אינו פוגע בגדילה.
סעיף 12
בחלקה עם אוראה בלבד התנדפו כעבור 12 ימים כ־36% מכמות האוראה (כאמוניה), ואילו בחלקה עם אוראה + NBPT רק כ־11%. NBPT מעכב את האוראז בקרקע, ולכן נוצרת ומתנדפת פחות אמוניה – והנזק לבריאות האדם, למגוון הביולוגי ולמערכות האקולוגיות קטן יותר.
- מן הגרף: עם אוראה בלבד – התנדפות מהירה מיום 3: כ־25% ביום 5, 32% ביום 7, 36% ביום 12. עם אוראה + NBPT – התנדפות איטית: כ־1% ביום 5, 3% ביום 7, 8% ביום 10, 11% ביום 12 (כשליש מן הכמות בלי NBPT).
- ההסבר: NBPT מעכב את האוראז שבקרקע ← פחות אוראה מפורקת לאמוניה בזמן נתון ← פחות גז אמוניה מתנדף לאוויר.
- ההשפעה על הסביבה: פחות אמוניה באוויר ← פחות פגיעה בבריאות האדם, במגוון הביולוגי ובמערכות האקולוגיות; לכן הוספת NBPT מקטינה את הנזק הסביבתי של השימוש באוראה.
שאלה 2 · השפעת יוני נחושת (מעכב) על פעילות האנזים אוראז בתסנין מזרעי סויה
השאלות בשאלון זה ממוספרות במספרים 13–24. מספר הנקודות לכל שאלה רשום לימינה. ענו על כל השאלות במחברת.
בחלק זה של הבחינה תבדקו הימצאות של חלבונים בזרעי סויה.
הבדיקה תיערך באמצעות שתי תמיסות: תמיסת בסיס הנתרן () שהיא חסרת צבע, ותמיסת נחושת גופרתית (), שצבעה תכלת. בנוכחות תערובת של שתי התמיסות האלה, צבעו של נוזל שיש בו חלבונים ייהפך לסגול.
על השולחן:
•עלי ומכתש. במכתש יש 5 זרעי סויה מותפחים.
•מבחנה ובה תסנין סויה מורתח, מסומנת "תסנין מורתח".
•כלי ובו מים מזוקקים, מסומן "מים מזוקקים".
•תמיסת בסיס הנתרן (). זהירות! יש להימנע ממגע של תמיסת הבסיס בעור הגוף.
•תמיסת נחושת גופרתית ( 2%).
•כפית
עטו את הכפפות והרכיבו את משקפי המגן.
א. באמצעות עט לרישום על זכוכית רשמו "תסנין" על מבחנה ריקה.
סמנו על המבחנה קו בגובה 10 ס"מ מתחתית המבחנה.
ב. על השולחן משפך ופיסת גזה מקופלת. רפדו את המשפך בפיסת הגזה והכניסו את קצה המשפך למבחנה "תסנין".
העמידו את המבחנה בכַן המבחנות.
ג. באמצעות העֱלי מעכו מעט את הזרעים שבמכתש.
•רשמו על פיפטה של 10 מ"ל "מים", והוסיפו באמצעותה למכתש 10 מ"ל מים מן הכלי "מים מזוקקים".
•כתשו את הזרעים במשך כשתי דקות.
ד. הוסיפו למכתש עוד 10 מ"ל מים, וכתשו במשך דקה נוספת עד לקבלת רסק.
•באמצעות הכפית העבירו את כל הרסק והנוזל מן המכתש לגזה שעל המשפך, והמתינו עד שיתקבל תסנין במבחנה.
•אספו את שולי הגזה וסחטו אותה כדי ששארית הנוזל תסתנן למבחנה. נפח התסנין צריך להגיע עד לקו שסימנתם על המבחנה או מעליו.
•אם נפח התסנין אינו מגיע עד לקו שסימנתם על המבחנה, סחטו שוב את הגזה.
ה. העבירו למכתש את המשפך ואת הגזה שבה שאריות הזרעים.
ו. בכַן המבחנות יש שלוש מבחנות ריקות. סמנו אותן 1, 2, 3.
מבחנות אלה ישמשו לבדיקת הימצאות חלבונים בתמיסות: מבחנה 1 לבדיקת התסנין, מבחנה 2 לבדיקת תסנין מורתח, מבחנה 3 לבדיקת מים.
ז. רשמו "תסנין" על פיפטה של 5 מ"ל.
•העבירו באמצעותה 1 מ"ל מן התסנין שבמבחנה "תסנין" למבחנה 1.
ח. רשמו "תסנין מורתח" על פיפטה של 5 מ"ל.
•העבירו באמצעותה 1 מ"ל תסנין מורתח מן המבחנה "תסנין מורתח" למבחנה 2.
ט. באמצעות הפיפטה המסומנת "מים" העבירו 1 מ"ל מים מזוקקים למבחנה 3.
•הוסיפו 5 טיפות מתמיסת הבסיס לכל אחת משלוש מבחנות הבדיקה 1–3.
•הוסיפו 5 טיפות מתמיסת לכל אחת משלוש מבחנות הבדיקה.
•ערבבו את התכולה של כל אחת מן המבחנות על ידי טלטול קל, ובדקו את צבע התמיסה בכל אחת מן המבחנות.
ענו על שאלות 13–15.
העתיקו למחברת את הטבלה שלפניכם, והשלימו אותה. קבעו הימצאות של חלבונים בתמיסות על פי המידע שבפתיח של חלק א.
טבלה 1: בדיקת הימצאות חלבונים בתמיסות (להעתקה למחברת)
הסבירו מהי חשיבות הבדיקה שערכתם במבחנה 3.
האם אפשר לקבוע מהו ריכוז החלבונים בתסנין הסויה שבמבחנה 1 על סמך הבדיקה שערכתם? נמקו.
העבירו לכלי האיסוף שעל שולחנכם את מבחנות 1–3.
התרכובת אוּרֵאָה היא תוצר של תהליכי חילוף חומרים בתאים חיים.
ביצורים שונים (ובהם צמח סויה) מצוי האנזים אוראז המזרז את פירוק האוראה.
אחד מתוצרי הפירוק של אוראה הוא אמוניה (), שבסביבה מימית מתרכבת עם מים ונוצר החומר בסיס האמוניום.
על השולחן:
•מבחנה ובה תמיסת אוראה המסומנת "אוראה".
•בקבוקון טפי ובו תמיסת חומר בוחן (אינדיקטור) "פנול אדום".
•תמיסה של חומצת מלח (). זהירות! יש להימנע ממגע של תמיסת החומצה בעור הגוף.
•פיפטת פסטר
י. בקשו מן המורה המלווה של המעבדה תמיסת נחושת גופרתית () בריכוז 0.05% המסומנת " 0.05% לחלק ב".
•סמנו 4 מבחנות ריקות: א–ד. רשמו את הסימון בחלק העליון של המבחנה, צמוד לשְׂפָתָהּ.
•רשמו "" על פיפטה של 1 מ"ל, והעבירו באמצעותה תמיסת בריכוז 0.05% למבחנות ג–ד, לפי הפירוט בטבלה 2 שלפניכם.
יא. רשמו "מים" על פיפטה של 1 מ"ל, והעבירו באמצעותה מים למבחנות א–ג לפי הפירוט בטבלה 2.
•ערבבו את תכולת המבחנות על ידי טלטול קל.
בתמיסת יש יוני נחושת (). יוני נחושת מעכבים את הפעילות של אנזימים רבים, ובהם גם האנזים אוראז.
בשלב ב2 תדגירו תסנין עם תמיסת , ובשלב ב3 תבדקו את פעילות האנזים אוראז בתסנין.
שלב ב2: הדגרה של תסנין עם תמיסת בריכוזים שונים
על השולחן כלי המסומן "מי ברז", כלי ריק המסומן "אמבט מים" ומד־טמפרטורה.
יב. בקשו מן המורה המלווה של המעבדה מים חמים והכינו אמבט מים חמים בטמפרטורה בטווח של . היעזרו במידת הצורך במי הברז שבכלי המסומן "מי ברז". בדקו שגובה המים באמבט מגיע לפחות עד לקו המסומן על האמבט או בתוכו.
יג. באמצעות הפיפטה המסומנת "תסנין מורתח" הוסיפו 3 מ"ל תסנין מורתח מן המבחנה "תסנין מורתח" למבחנה א.
יד. פקקו היטב את המבחנה "תסנין" וערבבו את הנוזל שבמבחנה על ידי הפיכת המבחנה פעמיים.
•באמצעות הפיפטה "תסנין" העבירו 3 מ"ל מן התסנין שבמבחנה "תסנין" לכל אחת משלוש המבחנות ב–ד.
•טלטלו קלות כל אחת מן המבחנות והחזירו אותן לכַּן.
טו. בדקו שטמפרטורת המים באמבט היא בטווח של ותקנו במידת הצורך.
•העבירו את ארבע המבחנות א–ד לאמבט למשך 4 דקות. כתבו את השעה ______.
בזמן ההמתנה קראו (בלי לבצע) את סעיפים יז–יח ואת המידע שבקטע "לידיעתכם 2".
טז. כעבור 4 דקות מן השעה שכתבתם בסעיף טו, הוציאו את המבחנות מן האמבט והחזירו אותן לכַּן המבחנות.
יז. רשמו "אוראה" על פיפטה של 1 מ"ל והוסיפו באמצעותה 1 מ"ל אוראה לכל אחת מארבע המבחנות א–ד.
•טלטלו קלות כל אחת מן המבחנות והחזירו אותן לכַּן.
•כתבו את השעה ______, והמתינו 3 דקות.
יח. כעבור 3 דקות מן השעה שכתבתם בסעיף יז, הוסיפו טיפה אחת של פנול אדום לכל אחת מארבע המבחנות א–ד, וטלטלו קלות את המבחנות.
פנול אדום הוא חומר בוחן (אינדיקטור) שצבעו בניסוי שתערכו הוא אדום–ורוד בסביבה בסיסית, וצהוב–כתום בסביבה חומצית.
יט. התבססו על המידע שבקטע "לידיעתכם 2", וכתבו בנוגע לכל אחת מן התמיסות שבמבחנות א–ד אם היא חומצית או בסיסית:
מבחנה א ____, מבחנה ב ____, מבחנה ג ____, מבחנה ד ____.
בהמשך הניסוי תשתמשו בתמיסה של חומצת מלח () שעל השולחן. החומצה תגיב עם בסיס האמוניום שנוצר בתמיסות.
ככל שכמות הבסיס שנוצרה בתמיסה רבה יותר, תידרש כמות גדולה יותר של חומצה כדי לנטרל את הבסיס ולשנות את הצבע של חומר הבוחן (האינדיקטור) פנול אדום.
קראו את ההנחיות בסעיפים כ–כא לפני שתתחילו לבצע אותן. יהיה עליכם להוסיף טיפות חומצה בהדרגה לכל אחת מן התמיסות שבמבחנות א–ד, ולספור את הטיפות.
עבדו בזהירות ובדייקנות.
כ. רשמו "חומצה" על פיפטת הפסטר שעל השולחן.
•הוציאו את מבחנה א מכַּן המבחנות, ובאמצעות פיפטת הפסטר הוסיפו לתוכה טיפה אחת של החומצה . צבע התמיסה שבמבחנה ייהפך לצהוב בהיר.
•החזירו את מבחנה א לכַּן.
כא. הוציאו את מבחנה ב מן הכַּן. טפטפו למבחנה טיפה אחר טיפה של חומצה וטלטלו את המבחנה לאחר הוספת כל טיפה.
החזירו את המבחנה לכַּן.
•כתבו את מספר הטיפות שטפטפתם למבחנה ב: ____ טיפות.
שימו לב: לאחר החזרת המבחנה לכַּן, ייתכן שיחול שינוי בצבע התמיסה שבה. התעלמו משינוי זה.
כב. חזרו על ההנחיות שבסעיף כא עם מבחנות ג ו־ד.
•כתבו את מספר הטיפות שטפטפתם: למבחנה ג ____ טיפות, למבחנה ד ____ טיפות.
בהמשך הבחינה אין צורך בכפפות ובמשקפי מגן, לכן הסירו אותם כעת.
ענו על שאלות 16–20.
חשבו את הריכוז של תמיסת בכל אחת מן המבחנות א–ד לאחר הוספת התסנין והאוראה (בסעיפים יג, יד, יז).
שימו לב: הריכוז של תמיסת שהשתמשתם בה הוא 0.05%, והנפח הסופי בכל מבחנה הוא 5 מ"ל (אין לכלול בחישוב את הנפח של פנול אדום שהוספתם למבחנות).
רשמו את תוצאות החישובים במחברת.
פרטו את חישוביכם בנוגע למבחנות ג ו־ד בלבד.
– הכינו טבלה שתסכמו בה את כל מערך הניסוי שערכתם בחלק ב ואת תוצאותיו (סעיפים י–כב). (לנוחיותכם תוכלו לסרטט את הטבלה במחברת לרוחב העמוד.)
– הוסיפו לטבלה עמודה וכתבו בה את תוצאות החישוב של ריכוז תמיסת נחושת גופרתית (שאלה 16).
– רשמו במקום המתאים בטבלה את הטיפה האחת שהוספתם למבחנה א (סעיף כ).
– העתיקו לטבלה את תוצאות הניסוי שכתבתם בסעיפים כא–כב.
– הוסיפו כותרת לטבלה.
– הוסיפו כותרות לעמודות.
הסבירו את תוצאות הניסוי במבחנות ג ו־ד. בהסבר התייחסו גם למידע ב"לידיעתכם 1" וגם לשיטת המדידה.
הטיפול במבחנה ב הוא טיפול בקרה. הסבירו מהי החשיבות של טיפול הבקרה במבחנה ב במערך הניסוי.
התבססו על תוצאות הבדיקה שערכתם בחלק א ועל תוצאת הניסוי במבחנה א (בחלק ב), וענו על התת־סעיפים (1)–(2):
(1) האם הרתחת התסנין השפיעה על הימצאות חלבונים? נמקו על פי התוצאות.
(2) האם הרתחת התסנין השפיעה על פעילות האנזים אוראז? נמקו על פי התוצאות.
האם תשובתכם על תת־סעיף א(2) תהיה דומה בנוגע להשפעת הרתחה על הפעילות של כל האנזימים בטבע? נמקו את תשובתכם.
לפניכם ארבעה מבֵּין רכיבי הניסוי שערכתם בחלק ב. העתיקו אותם למחברת.
עבור כל רכיב כתבו במחברת אם הוא משתנה בלתי תלוי או גורם קבוע או דרך המדידה של המשתנה התלוי.
•ריכוז תמיסת במבחנות הניסוי
•מספר הטיפות של פנול אדום
•מספר טיפות החומצה שנדרשו לשינוי הצבע של פנול אדום
•הנפח הכולל של התמיסה במבחנה
מהו המשתנה התלוי בניסוי שערכתם בחלק ב?
הריכוז ההתחלתי של אוראה במבחנות הוא גורם קבוע בניסוי שערכתם. הסבירו מדוע חשוב שדווקא הריכוז ההתחלתי של אוראה יהיה גורם קבוע בניסוי שערכתם.
כג. קראו את הקטע שלפניכם והקיפו במעגל את האפשרות הנכונה (חומצית או בסיסית) במשפטים I–II.
תלמיד ערך ניסוי זהה לניסוי שערכתם. הוא הוסיף לתמיסות שבמבחנות ב–ג טיפות חומצה (סעיף כב), עד שצבע התמיסות נעשה צהוב.
I. צבע צהוב מעיד על סביבה חומצית/בסיסית.
כעבור דקות אחדות צבע התמיסות השתנה שוב וחזר להיות ורוד.
II. צבע ורוד מעיד על סביבה חומצית/בסיסית.
ענו על שאלה 21.
מהו ההסבר האפשרי לשינוי הצבע, כעבור דקות אחדות, בתמיסות שבמבחנות ב ו־ג?
להלן ארבע אפשרויות לתשובה. קבעו מהי התשובה הנכונה והעתיקו רק אותה למחברת.
•האנזים המשיך להיות פעיל גם בסביבה החומצית ופעילותו גרמה לשינוי הסביבה לבסיסית.
•האנזים עבר דנטורציה בסביבה החומצית, ולכן הסביבה השתנתה לבסיסית.
•האנזים המשיך להיות פעיל גם בסביבה הבסיסית ופעילותו גרמה לשינוי הסביבה לחומצית.
•האנזים עבר דנטורציה בסביבה הבסיסית, ולכן הסביבה השתנתה לחומצית.
נמקו את קביעתכם.
אוכלוסיית העולם צפויה להמשיך לגדול בשנים הבאות, וכדי לספק מזון לאוכלוסייה הגדלה נדרש להגדיל את כמות היבול החקלאי.
הפעילות החקלאית גורמת לעיתים נזקים לסביבה וחשוב לנסות לצמצם את הנזקים האלה.
אוראה היא תרכובת אורגנית המכילה אטומי חנקן () שחקלאים מוסיפים לקרקע כדי להגדיל את כמות היבולים.
הצמחים קולטים תרכובות חנקן, כגון אוראה, מן האדמה. תרכובות אלה משמשות בתאי הצמחים לבניית תרכובות אורגניות אחרות המכילות חנקן, ובהן כלורופיל.
ענו על שאלה 22.
ציינו שתי תרכובות אורגניות נוספות (מלבד אוראה וכלורופיל), המצויות בצמחים ומכילות אטומי חנקן ().
במחקר שנערך בחלקות שונות בשדה חיטה בדקו חוקרים את ההשפעה של הוספת אוראה על כמות היבול.
בחלקה 1 בדקו כיצד הוספת כמויות שונות של אוראה לקרקע משפיעה על המשקל של יבול גרגרי חיטה.
תוצאות הניסוי בחלקה 1 מוצגות בטבלה 3 שלפניכם.
התבססו על המידע שבפתיח בנוגע לכלורופיל, והסבירו את תוצאות הניסוי בחלקה 1.
האנזים אוראז (שבדקתם בחלק ב) מצוי גם בקרקע, ומקורו ברקמות של צמחים מתים ובחיידקים.
האנזים אוראז מזרז פירוק של אוראה לאמוניה (). בעקבות פעילות האנזים חלק מן האוראה שמוסיפים לקרקע מתפרק. בפירוק נוצר הגז אמוניה שחלקו מתנדף לאוויר בתנאי סביבה מסוימים.
החומר NBPT פועל כמעכב של פעילות האנזים אוראז שבקרקע, וחקלאים מוסיפים אותו לקרקע בעת הוספת האוראה.
בדרך כלל NBPT אינו גורם נזק לצמח.
בחלקה אחרת בשדה החיטה (חלקה 2) בדקו כיצד הוספה של NBPT לאוראה המוספת לקרקע משפיעה על כמות היבול.
תוצאות המחקר בשתי החלקות (חלקה 1 ובה אוראה בלבד, חלקה 2 ובה אוראה וגם NBPT), מוצגות בטבלה 4.
ענו על שאלה 23.
(1) איזה סוג של הצגה גרפית הוא המתאים ביותר לתיאור התוצאות המוצגות בטבלה 4 – גרף רציף או דיאגרמת עמודות? נמקו את התשובה.
(2) הציגו במחברת, בדרך גרפית מתאימה, את תוצאות הניסוי שבטבלה 4.
שימו לב: אין צורך לסמן בתצוגה הגרפית את הנקודה שצוין עליה: לא נבדק.
תארו את התוצאות של הניסוי על פי ההצגה הגרפית.
התבססו על המידע שבעמוד זה והציעו הסבר לתוצאות הניסוי בחלקה 2 (בתוספת NBPT).
במדינות רבות מחפשים דרכים להפחית את הכמות של הגז אמוניה שנוצר מפירוק אוראה בקרקע ומתנדף לאוויר, כי הגז אמוניה עלול לפגוע בבריאות האדם, במגוון הביולוגי ובמערכות אקולוגיות שונות.
במחקר אחר בדקו חוקרים את כמות הגז אמוניה המתנדף לאוויר בשתי חלקות: בחלקה אחת שהוסיפו לה אוראה, ובחלקה אחרת שהוסיפו לה גם אוראה וגם NBPT.
בגרף שלפניכם מוצגת הכמות היחסית של גז אמוניה שהתנדף לאוויר במשך 12 ימים בשתי החלקות.
ענו על שאלה 24.
התבססו על התוצאות המוצגות בגרף, והסבירו כיצד הוספת NBPT לאוראה יכולה להשפיע על מידת הנזק שעלול להיגרם לסביבה בעקבות הוספת האוראה לקרקע.
◂ פתרון מלא לשאלה 2
סעיף 13
מבחנה 1 – תסנין סויה: סגול – יש חלבונים; מבחנה 2 – תסנין מורתח: סגול – יש חלבונים; מבחנה 3 – מים: תכלת – אין חלבונים.
•הבדיקה (בדיקת ביורט) מגיבה עם הקשרים הפפטידיים שבחלבונים: בנוכחות חלבון, תערובת ו־ נצבעת סגול.
- התסנין המורתח נצבע גם הוא סגול: הרתחה הורסת את המבנה המרחבי של החלבונים (דנטורציה) אך אינה מפרקת את הקשרים הפפטידיים – החלבונים עדיין נמצאים בתמיסה.
- מים – אין חלבון, הצבע נשאר תכלת.
בבחינה רושמים את הצבעים שנצפו.
סעיף 14
מבחנה 3 (מים) היא בקרה: היא מראה את צבע התערובת של ו־ ללא חלבונים (תכלת). ההשוואה אליה מאפשרת לקבוע שהצבע הסגול במבחנות 1, 2 נובע מנוכחות חלבונים ולא מן המגיבים עצמם או מן המים.
•במבחנה 3 כל התנאים זהים (אותו נפח, אותם מגיבים) אך אין חומר נבדק – זו בקרה שלילית.
•בזכותה יודעים איזה צבע מתקבל בהיעדר חלבון, ולכן אפשר לפרש את השינוי לסגול במבחנות 1–2 כתוצאה מהימצאות חלבונים.
סעיף 15
לא. הבדיקה איכותית – היא מראה רק אם יש חלבונים (צבע סגול) או אין (תכלת). לא נעשתה השוואה לתמיסות שבהן ריכוזי חלבון ידועים (סולם צבעים) או מדידה של עוצמת הצבע, ולכן אי אפשר לקבוע את הריכוז.
•כדי לקבוע ריכוז נדרשת שיטה כמותית: למשל השוואת עוצמת הסגול לסולם צבעים של ריכוזי חלבון ידועים, או מדידה במכשיר (ספקטרופוטומטר).
•בבדיקה שנערכה נבדקה רק הימצאות – יש/אין – ולכן התשובה היא לא.
סעיף 16
א – 0%; ב – 0%; ג – 0.001%; ד – 0.01%.
ריכוז = 0.05% × (נפח תמיסת ÷ 5 מ"ל):
•ג: %
•ד: %
•א, ב: 0% (ללא ).
הנפח הסופי: 1 מ"ל ( + מים) + 3 מ"ל תסנין + 1 מ"ל אוראה = 5 מ"ל.
סעיף 17
טבלה מלאה של מערך הניסוי והתוצאות (ראו הפתרון).
במבחנה א רושמים "1" (הטיפה האחת שהוספה, סעיף כ) – היא נקודת ההשוואה לצבע הצהוב הבהיר.
כותרת: "השפעת יוני נחושת (מעכב) על פעילות האנזים אוראז בתסנין מזרעי סויה"; לכל עמודה – שם הגודל ויחידותיו.
הכותרת כוללת את המשתנה הבלתי תלוי (ריכוז יוני הנחושת – תמיסת (המעכב): 0, 0.001%, 0.01%) ואת המשתנה התלוי (פעילות האנזים – כמות הבסיס שנוצרה, לפי מספר טיפות החומצה). לעמודות – יחידות (מ"ל, %, מספר טיפות).
סעיף 18
צפוי: ב (ללא נחושת) – הכי הרבה טיפות; ג (0.001%) – פחות; ד (0.01%) – מעט מאוד (כמו א). יוני הנחושת מעכבים את האוראז (לידיעתכם 1): ככל שריכוזם גבוה יותר, פחות מולקולות אנזים פעילות ← פחות אוראה מפורקת ← פחות אמוניה ובסיס ← פחות טיפות חומצה לנטרול.
- שיטת המדידה: מספר טיפות החומצה הנדרש כדי להפוך את הפנול האדום לצהוב בהיר מבטא את כמות בסיס האמוניום שנוצרה (לידיעתכם 3) – כלומר את פעילות האוראז.
- ג (0.001% ): מעט יוני נחושת ← חלק מן האנזים מעוכב (יוני מתכת כבדה נקשרים לחלבון ומשנים את מבנהו או חוסמים את האתר הפעיל) ← פחות בסיס מאשר ב־ב ← פחות טיפות.
- ד (0.01%): פי 10 יותר יוני נחושת ← רוב האנזים מעוכב ← כמעט לא נוצר בסיס ← מספר טיפות קטן, קרוב למבחנה א.
הכמות של התסנין, האוראה והזמן זהים בכל המבחנות; ההבדל – ריכוז המעכב בלבד.
במבחנה ב יש תסנין פעיל ואוראה ללא נחושת – היא מראה את פעילות האנזים ללא מעכב (מספר הטיפות הגבוה ביותר). ההשוואה אליה מראה שהירידה במספר הטיפות במבחנות ג ו־ד נובעת מן הנחושת.
•הבקרה זהה לג–ד בכל (תסנין, אוראה, נפח, הדגרה, זמן) פרט להיעדר (המשתנה הבלתי תלוי ב־0).
•בלעדיה לא היה ידוע מהי הפעילות "הרגילה" של האנזים, ולא היה אפשר לקבוע שהנחושת מעכבת אותה.
סעיף 19
(1) לא: בחלק א גם התסנין המורתח (מבחנה 2) נצבע סגול, כמו התסנין הטרי – החלבונים עדיין נמצאים בו. (2) כן: במבחנה א, שבה תסנין מורתח ואוראה, התמיסה נשארה חומצית (צהוב–כתום) ונדרשה כטיפה אחת בלבד – כמו בבקרה – כלומר האוראה לא פורקה; ואילו בתסנין שלא הורתח (מבחנה ב) נוצר בסיס רב. ההרתחה גרמה לדנטורציה של האנזים.
(1) בדיקת ביורט מזהה קשרים פפטידיים. ההרתחה משנה את המבנה המרחבי של החלבון אך אינה מפרקת את השרשרת – לכן הבדיקה חיובית גם בתסנין המורתח.
(2) פעילות אנזים תלויה במבנה המרחבי שלו – בהתאמה בין האתר הפעיל למצע. בטמפרטורה גבוהה (רתיחה) נשברים הקשרים החלשים המחזיקים את המבנה ← דנטורציה ← האתר הפעיל משתנה ← המצע (אוראה) אינו נקשר ← אין פירוק, אין אמוניה, הסביבה לא נעשית בסיסית.
השוואה הוגנת: מבחנה א ומבחנה ב זהות בכמות התסנין, באוראה ובהיעדר נחושת – ההבדל רק בהרתחה.
מסקנה: ההרתחה לא סילקה את החלבונים, אבל הרסה את פעילות האנזים.
לא בהכרח. אצל רוב היצורים האנזימים עוברים דנטורציה ברתיחה ומאבדים את פעילותם, אבל יש יצורים – למשל חיידקים החיים במעיינות חמים (תרמופילים) – שהאנזימים שלהם בעלי מבנה מרחבי יציב בטמפרטורות גבוהות, והם ממשיכים לפעול גם בטמפרטורות קרובות לרתיחה.
•כל אנזים פועל בטווח טמפרטורות המתאים לסביבה שבה חי היצור, ויש לו טמפרטורה אופטימלית משלו.
•אנזימים של יצורים מסביבות חמות יציבים יותר (קשרים רבים יותר המייצבים את המבנה המרחבי), ואינם עוברים דנטורציה ב־100°C או בקרוב לכך.
•לכן אי אפשר להכליל מאנזים אחד (אוראז מסויה) על כל האנזימים בטבע.
תשובה "כן – כל האנזימים הם חלבונים ועוברים דנטורציה בחום" ללא הסתייגות אינה מדויקת.
סעיף 20
ריכוז תמיסת במבחנות הניסוי – משתנה בלתי תלוי; מספר הטיפות של פנול אדום – גורם קבוע; מספר טיפות החומצה שנדרשו לשינוי הצבע של פנול אדום – דרך המדידה של המשתנה התלוי; הנפח הכולל של התמיסה במבחנה – גורם קבוע.
- ריכוז תמיסת במבחנות הניסוי – משתנה בלתי תלוי.
- מספר הטיפות של פנול אדום – גורם קבוע.
- מספר טיפות החומצה שנדרשו לשינוי הצבע של פנול אדום – דרך המדידה של המשתנה התלוי.
- הנפח הכולל של התמיסה במבחנה – גורם קבוע.
המשתנה הבלתי תלוי – מה ששינינו בכוונה; גורם קבוע – מה שנשמר זהה בכל המבחנות; דרך המדידה – הפעולה שבה קיבלנו את התוצאה (ספירת טיפות החומצה).
פעילות האנזים אוראז – כמות האוראה שפורקה לאמוניה (כמות בסיס האמוניום שנוצרה), שנמדדה לפי מספר טיפות החומצה שנדרשו לשינוי צבע הפנול האדום לצהוב בהיר.
המשתנה התלוי הוא תוצאת פעילות האנזים – כמה אוראה פורקה (כמה אמוניה ובסיס נוצרו) ב־3 דקות. מספר טיפות החומצה הוא דרך המדידה שלו (טיטרציה), לא המשתנה עצמו.
כמות האמוניה (הבסיס) שנוצרת תלויה גם בכמות המצע: יותר אוראה ← יותר קומפלקסים אנזים–מצע ← יותר בסיס ← יותר טיפות חומצה. אילו ריכוז האוראה היה שונה בין המבחנות, הבדלי מספר הטיפות היו נובעים גם ממנו, ולא היה אפשר לייחס אותם להשפעת המעכב (יוני הנחושת).
•המדידה (טיפות חומצה) מבטאת את כמות הבסיס שנוצרה, וזו תלויה בכמות המצע.
•אם במבחנה עם נחושת היה גם פחות מצע, לא היה אפשר להבחין אם הפעילות ירדה בגלל המעכב או בגלל מחסור במצע.
•לכן ריכוז אוראה זהה (1 מ"ל בכל מבחנה) הוא תנאי להסקת מסקנה על השפעת הנחושת.
סעיף 21
האנזים המשיך להיות פעיל גם בסביבה החומצית ופעילותו גרמה לשינוי הסביבה לבסיסית.
החזרה לוורוד מעידה שנוצר שוב בסיס – כלומר שהתגובה שיוצרת בסיס (פירוק אוראה) נמשכה. דנטורציה הייתה עוצרת את יצירת הבסיס, ולכן האפשרויות על דנטורציה שגויות; והאפשרות "פעילות שגרמה לסביבה חומצית" סותרת את התוצר – אמוניה יוצרת בסיס, לא חומצה.
בתמיסה נותרה אוראה שלא פורקה. האנזים לא עבר דנטורציה בתוספת החומצה (המעטה) והמשיך לפרק את האוראה לאמוניה; האמוניה יצרה בסיס אמוניום שנטרל את החומצה שהוספה, והסביבה חזרה להיות בסיסית – הפנול האדום נעשה שוב ורוד.
•התוצר של פעילות האוראז – אמוניה ← בסיס אמוניום.
•אחרי הטיטרציה עדיין יש מצע ויש אנזים פעיל ← הפירוק נמשך ← נוצר עוד בסיס ← הצבע משתנה לוורוד.
•זו גם הסיבה שבהנחיות נאמר להתעלם משינוי הצבע לאחר החזרת המבחנה לכַּן, ולספור את הטיפות עד צבע יציב למשך 10 שניות.
סעיף 22
חלבונים (וחומצות האמינו שמהן הם בנויים); חומצות גרעין – DNA ו־RNA. (גם: ATP, נוקלאוטידים.)
חנקן נמצא בקבוצת האמינו של חומצות האמינו (ולכן בכל החלבונים, כולל אנזימים), ובבסיסים החנקניים של הנוקלאוטידים (DNA, RNA, ATP).
ככל שכמות האוראה גדלה מ־0 ל־120 ק"ג, יבול הגרגרים עלה מ־2.5 ל־4.0 טון ליחידת שטח (עלייה של 60%). הצמחים קולטים את החנקן שבאוראה ובונים ממנו כלורופיל; יותר כלורופיל ← יותר אנרגיית אור נקלטת ← קצב פוטוסינתזה גבוה יותר ← נוצרים יותר גלוקוז וחומרים אורגניים, שחלקם נאגר בגרגרים (עמילן) ← יבול גדול יותר. העלייה מתמתנת בכמויות הגבוהות (+0.3 ו־+0.2 טון), כנראה כי גורם אחר (אור, מים, ) נעשה מגביל.
1. התוצאה: 2.5 ← 2.7 ← 3.5 ← 3.8 ← 4.0 טון (תוספות: 0.2, 0.8, 0.3, 0.2) – עלייה של 1.5 טון (60%).
2. מן המולקולה: אוראה ← חנקן ← בניית כלורופיל (וגם חלבונים – אנזימי הפוטוסינתזה).
3. אל התא: יותר כלורופיל בכלורופלסטים ← יותר קליטת אור ← יותר פוטוסינתזה ← יותר גלוקוז.
4. אל הצמח והיבול: הגלוקוז משמש לגדילה ונאגר כעמילן בגרגרים ← יבול גבוה יותר.
5. המתנה בעלייה: בכמויות גבוהות התוספת קטנה – החנקן כבר אינו הגורם המגביל.
סעיף 23
(1) גרף רציף – המשתנה הבלתי תלוי (כמות האוראה) הוא כמותי ורציף. (2) שני קווים: ציר x – כמות אוראה (ק"ג/יחידת שטח), ציר y – יבול (טונה/יחידת שטח); קו לחלקה 1 (5 נקודות) וקו לחלקה 2 (4 נקודות, מ־30), מקרא וכותרת.
(1) כמות האוראה (0–120) היא משתנה כמותי רציף, ולכן גרף רציף, עם קו לכל חלקה.
(2) ציר x: כמות אוראה (ק"ג/יחידת שטח), 0–120; ציר y: יבול גרגרי חיטה (טונה/יחידת שטח), 0–5; קו לחלקה 1 (ללא NBPT) וקו לחלקה 2 (בתוספת NBPT), מקרא; כותרת: "השפעת כמות האוראה ותוספת NBPT על יבול גרגרי החיטה".
בשתי החלקות, ככל שכמות האוראה גדלה היבול עולה: בחלקה 1 מ־2.5 (ללא אוראה) ל־4.0 טון ב־120 ק"ג, ובחלקה 2 מ־3.0 ב־30 ק"ג ל־4.6 טון ב־120 ק"ג. בכל כמות אוראה היבול בחלקה 2 (בתוספת NBPT) גבוה מזה שבחלקה 1: ב־0.3, 0.5, 0.5 ו־0.6 טון ב־30, 60, 90 ו־120 ק"ג (כ־11%–15% יותר).
תיאור לפי המגמה בכל קו, הערכים וההשוואה. ההפרשים (חלקה 2 פחות חלקה 1): 0.3, 0.5, 0.5, 0.6 טון; ביחס לחלקה 1: 11.1%, 14.3%, 13.2%, 15.0%.
NBPT מעכב את האוראז שבקרקע, ולכן האוראה מתפרקת בקרקע לאט יותר ופחות אמוניה נוצרת ומתנדפת לאוויר. כך נשאר בקרקע יותר חנקן (אוראה ותוצרי פירוקה) זמין לצמחים לאורך זמן; הצמחים קולטים יותר חנקן ובונים יותר כלורופיל וחלבונים ← פוטוסינתזה רבה יותר ← יבול גבוה יותר מאשר באותה כמות אוראה ללא NBPT.
1. בלי מעכב: האוראז בקרקע מפרק במהירות את האוראה לאמוניה, וחלק מן האמוניה (גז) מתנדף לאוויר – החנקן הזה אובד לצמח.
2. עם NBPT: פעילות האוראז מעוכבת ← הפירוק איטי ← פחות אמוניה מתנדפת ← יותר חנקן נשאר בקרקע.
3. יותר חנקן נקלט ← יותר כלורופיל (וחלבונים) ← יותר פוטוסינתזה ← יותר חומר אורגני בגרגרים.
4. NBPT אינו מזיק לצמח, ולכן אינו פוגע בגדילה.
סעיף 24
בחלקה עם אוראה בלבד התנדפו כעבור 12 ימים כ־36% מכמות האוראה (כאמוניה), ואילו בחלקה עם אוראה + NBPT רק כ־11%. NBPT מעכב את האוראז בקרקע, ולכן נוצרת ומתנדפת פחות אמוניה – והנזק לבריאות האדם, למגוון הביולוגי ולמערכות האקולוגיות קטן יותר.
- מן הגרף: עם אוראה בלבד – התנדפות מהירה מיום 3: כ־25% ביום 5, 32% ביום 7, 36% ביום 12. עם אוראה + NBPT – התנדפות איטית: כ־1% ביום 5, 3% ביום 7, 8% ביום 10, 11% ביום 12 (כשליש מן הכמות בלי NBPT).
- ההסבר: NBPT מעכב את האוראז שבקרקע ← פחות אוראה מפורקת לאמוניה בזמן נתון ← פחות גז אמוניה מתנדף לאוויר.
- ההשפעה על הסביבה: פחות אמוניה באוויר ← פחות פגיעה בבריאות האדם, במגוון הביולוגי ובמערכות האקולוגיות; לכן הוספת NBPT מקטינה את הנזק הסביבתי של השימוש באוראה.
שאלה 3 · השפעת ריכוז התסנין (ריכוז האנזים) על פעילות האנזים אוראז בתסנין מזרעי סויה
השאלות בשאלון זה ממוספרות במספרים 25–36. מספר הנקודות לכל שאלה רשום לימינה. ענו על כל השאלות במחברת.
בחלק זה של הבחינה תבדקו הימצאות של חלבונים בזרעי סויה.
הבדיקה תיערך באמצעות שתי תמיסות: תמיסת בסיס הנתרן () שהיא חסרת צבע, ותמיסת נחושת גופרתית (), שצבעה תכלת. בנוכחות תערובת של שתי התמיסות האלה, צבעו של נוזל שיש בו חלבונים ייהפך לסגול.
על השולחן:
•עלי ומכתש. במכתש יש 5 זרעי סויה מותפחים.
•מבחנה ובה תסנין סויה מורתח, מסומנת "תסנין מורתח".
•כלי ובו מים מזוקקים, מסומן "מים מזוקקים".
•תמיסת בסיס הנתרן (). זהירות! יש להימנע ממגע של תמיסת הבסיס בעור הגוף.
•תמיסת נחושת גופרתית ( 2%).
•כפית
עטו את הכפפות והרכיבו את משקפי המגן.
א. באמצעות עט לרישום על זכוכית רשמו "תסנין" על מבחנה ריקה.
סמנו על המבחנה קו בגובה 10 ס"מ מתחתית המבחנה.
ב. על השולחן משפך ופיסת גזה מקופלת. רפדו את המשפך בפיסת הגזה והכניסו את קצה המשפך למבחנה "תסנין".
העמידו את המבחנה בכַן המבחנות.
ג. באמצעות העֱלי מעכו מעט את הזרעים שבמכתש.
•רשמו על פיפטה של 10 מ"ל "מים", והוסיפו באמצעותה למכתש 10 מ"ל מים מן הכלי "מים מזוקקים".
•כתשו את הזרעים במשך כשתי דקות.
ד. הוסיפו למכתש עוד 10 מ"ל מים, וכתשו במשך דקה נוספת עד לקבלת רסק.
•באמצעות הכפית העבירו את כל הרסק והנוזל מן המכתש לגזה שעל המשפך, והמתינו עד שיתקבל תסנין במבחנה.
•אספו את שולי הגזה וסחטו אותה כדי ששארית הנוזל תסתנן למבחנה. נפח התסנין צריך להגיע עד לקו שסימנתם על המבחנה או מעליו.
•אם נפח התסנין אינו מגיע עד לקו שסימנתם על המבחנה, סחטו שוב את הגזה.
ה. העבירו למכתש את המשפך ואת הגזה שבה שאריות הזרעים.
ו. בכַן המבחנות יש שלוש מבחנות ריקות. סמנו אותן 1, 2, 3.
מבחנות אלה ישמשו לבדיקת הימצאות חלבונים בתמיסות: מבחנה 1 לבדיקת התסנין, מבחנה 2 לבדיקת תסנין מורתח, מבחנה 3 לבדיקת מים.
ז. רשמו "תסנין" על פיפטה של 5 מ"ל.
•העבירו באמצעותה 1 מ"ל מן התסנין שבמבחנה "תסנין" למבחנה 1.
ח. רשמו "תסנין מורתח" על פיפטה של 5 מ"ל.
•העבירו באמצעותה 1 מ"ל תסנין מורתח מן המבחנה "תסנין מורתח" למבחנה 2.
ט. באמצעות הפיפטה המסומנת "מים" העבירו 1 מ"ל מים מזוקקים למבחנה 3.
•הוסיפו 5 טיפות מתמיסת הבסיס לכל אחת משלוש מבחנות הבדיקה 1–3.
•הוסיפו 5 טיפות מתמיסת לכל אחת משלוש מבחנות הבדיקה.
•ערבבו את התכולה של כל אחת מן המבחנות על ידי טלטול קל, ובדקו את צבע התמיסה בכל אחת מן המבחנות.
ענו על שאלות 25–27.
העתיקו למחברת את הטבלה שלפניכם, והשלימו אותה. קבעו הימצאות של חלבונים בתמיסות על פי המידע שבפתיח של חלק א.
טבלה 1: בדיקת הימצאות חלבונים בתמיסות (להעתקה למחברת)
הסבירו מהי חשיבות הבדיקה שערכתם במבחנה 3.
האם אפשר לקבוע מהו ריכוז החלבונים בתסנין הסויה שבמבחנה 1 על סמך הבדיקה שערכתם? נמקו.
העבירו לכלי האיסוף שעל שולחנכם את מבחנות 1–3.
התרכובת אוּרֵאָה היא תוצר של תהליכי חילוף חומרים בתאים חיים.
ביצורים שונים (ובהם צמח סויה) מצוי האנזים אוראז המזרז את פירוק האוראה.
אחד מתוצרי הפירוק של אוראה הוא אמוניה (), שבסביבה מימית מתרכבת עם מים ונוצר החומר בסיס האמוניום.
על השולחן:
•מבחנה ובה תמיסת אוראה המסומנת "אוראה".
•בקבוקון טפי ובו תמיסת חומר בוחן (אינדיקטור) "פנול אדום".
•תמיסה של חומצת מלח (). זהירות! יש להימנע ממגע של תמיסת החומצה בעור הגוף.
•פיפטת פסטר
י. סמנו 5 מבחנות ריקות: א–ה.
•באמצעות הפיפטה המסומנת "תסנין מורתח" העבירו 3 מ"ל תסנין מורתח למבחנה ה.
יא. פקקו היטב את המבחנה "תסנין" וערבבו את הנוזל שבמבחנה על ידי הפיכת המבחנה פעמיים.
•באמצעות הפיפטה "תסנין" העבירו תסנין מן המבחנה "תסנין" למבחנות א–ד לפי הפירוט בטבלה 2 שלפניכם.
יב. רשמו "מים" על פיפטה של 5 מ"ל והעבירו באמצעותה מים למבחנות א–ה לפי הפירוט בטבלה 2.
•ערבבו את תכולת המבחנות על ידי טלטול קל.
יג. רשמו "אוראה" על פיפטה של 1 מ"ל והוסיפו באמצעותה 0.5 מ"ל אוראה לכל אחת מארבע המבחנות ב–ה.
אל תוסיפו אוראה למבחנה א.
•טלטלו קלות את המבחנות והחזירו אותן לכַּן.
•כתבו את השעה ______, והמתינו 3 דקות.
בזמן ההמתנה קראו (בלי לבצע) את סעיפים יד–טו ואת המידע שבקטע "לידיעתכם 1".
יד. כעבור 3 דקות מן השעה שכתבתם בסעיף יג, הוסיפו טיפה אחת של פנול אדום לכל אחת מחמש המבחנות א–ה, וטלטלו קלות את המבחנות.
פנול אדום הוא חומר בוחן (אינדיקטור) שצבעו בניסוי שתערכו הוא אדום–ורוד בסביבה בסיסית, וצהוב–כתום בסביבה חומצית.
טו. התבססו על המידע שבקטע "לידיעתכם 1", וכתבו בנוגע לכל אחת מן התמיסות שבמבחנות א–ה אם היא חומצית או בסיסית:
מבחנה א ____, מבחנה ב ____, מבחנה ג ____, מבחנה ד ____, מבחנה ה ____.
בהמשך הניסוי תשתמשו בתמיסה של חומצת מלח () שעל השולחן. החומצה תגיב עם בסיס האמוניום שנוצר בתמיסות.
ככל שכמות הבסיס שנוצרה בתמיסה רבה יותר, תידרש כמות גדולה יותר של חומצה כדי לנטרל את הבסיס ולשנות את הצבע של חומר הבוחן (האינדיקטור) פנול אדום.
קראו את ההנחיות בסעיפים טז–יז לפני שתתחילו לבצע אותן. יהיה עליכם להוסיף טיפות חומצה בהדרגה לכל אחת מן התמיסות שבמבחנות א–ה, ולספור את הטיפות.
עבדו בזהירות ובדייקנות.
טז. רשמו "חומצה" על פיפטת הפסטר שעל השולחן.
•הוציאו את מבחנה א מכַּן המבחנות, ובאמצעות פיפטת הפסטר הוסיפו לתוכה טיפה אחת של החומצה . צבע התמיסה שבמבחנה ייהפך לצהוב בהיר.
•החזירו את מבחנה א לכַּן.
יז. הוציאו את מבחנה ב מן הכַּן. טפטפו למבחנה טיפה אחר טיפה של חומצה וטלטלו את המבחנה לאחר הוספת כל טיפה.
סִפרו את הטיפות עד שיתקבל במבחנה ב צבע צהוב בהיר יציב במשך 10 שניות – דומה ככל האפשר לצבע התמיסה שבמבחנה א. החזירו את המבחנה לכַּן.
•כתבו את מספר הטיפות שטפטפתם למבחנה ב: ____ טיפות.
שימו לב: לאחר החזרת המבחנה לכַּן, ייתכן שיחול שינוי בצבע התמיסה שבה. התעלמו משינוי זה.
יח. חזרו על ההנחיות שבסעיף יז עם מבחנות ג, ד, ה.
•כתבו את מספר הטיפות שטפטפתם: למבחנה ג ____ טיפות, למבחנה ד ____ טיפות, למבחנה ה ____ טיפות.
בהמשך הבחינה אין צורך בכפפות ובמשקפי מגן, לכן הסירו אותם כעת.
ענו על שאלות 28–32.
חַשבו את הריכוז של התסנין במבחנה א (טבלה 2). רשמו את תוצאות החישוב במחברת.
- חַשבו את הריכוז של התסנין בכל אחת מן המבחנות ב–ה לאחר הוספת אוראה (בסעיף יג).
שימו לב: הריכוז של התסנין שהשתמשתם בו נחשב ל־100%, והנפח הסופי בכל מבחנה הוא 4 מ"ל (אין לכלול בחישוב את הנפח של פנול אדום שהוספתם למבחנות).
רשמו את תוצאות החישוב במחברת.
- פרטו את חישוביכם בנוגע למבחנות ב ו־ג בלבד.
– הכינו טבלה שתסכמו בה את כל מערך הניסוי שערכתם בחלק ב ואת תוצאותיו (סעיפים י–יח).
– הוסיפו לטבלה עמודה וכתבו בה את תוצאות החישוב של ריכוז התסנין (שאלה 28).
– רשמו במקום המתאים בטבלה את הטיפה האחת שהוספתם למבחנה א (סעיף טז).
– העתיקו לטבלה שהכנתם את תוצאות הניסוי שכתבתם בסעיפים יז–יח.
– הוסיפו כותרת לטבלה.
– הוסיפו כותרות לעמודות.
הסבירו את תוצאות הניסוי במבחנות ב–ד. בהסבר התייחסו גם לשיטת המדידה.
הטיפול במבחנה א הוא טיפול בקרה. הסבירו מהי החשיבות של טיפול הבקרה במבחנה א במערך הניסוי.
התבססו על תוצאות הבדיקה שערכתם בחלק א ועל תוצאת הניסוי במבחנה ה (בחלק ב), וענו על שני התת־סעיפים (1)–(2):
(1) האם הרתחת התסנין השפיעה על הימצאות חלבונים? נמקו על פי התוצאות.
(2) האם הרתחת התסנין השפיעה על פעילות האנזים אוראז? נמקו על פי התוצאות.
האם תשובתכם על תת־סעיף א(2) תהיה דומה בנוגע להשפעת הרתחה על הפעילות של כל האנזימים בטבע? נמקו את תשובתכם.
לפניכם ארבעה מבֵּין רכיבי הניסוי שערכתם בחלק ב. העתיקו אותם למחברת.
עבור כל רכיב כתבו במחברת אם הוא משתנה בלתי תלוי או גורם קבוע או דרך המדידה של המשתנה התלוי.
•מספר הטיפות של פנול אדום
•ריכוז התסנין במבחנות א–ד
•הנפח הכולל של התמיסה במבחנה
•מספר טיפות החומצה שנדרשו לשינוי הצבע של פנול אדום
מהו המשתנה התלוי בניסוי שערכתם בחלק ב?
הריכוז ההתחלתי של אוראה במבחנות ב–ה הוא גורם קבוע בניסוי שערכתם. הסבירו מדוע חשוב שדווקא הריכוז ההתחלתי של אוראה יהיה גורם קבוע בניסוי שערכתם.
יט. קראו את הקטע שלפניכם והקיפו במעגל את האפשרות הנכונה (חומצית או בסיסית) במשפטים I–II.
תלמיד ערך ניסוי זהה לניסוי שערכתם. הוא הוסיף לתמיסות שבמבחנות ג–ד טיפות חומצה (סעיף יח), עד שצבע התמיסות נעשה צהוב.
I. צבע צהוב מעיד על סביבה חומצית/בסיסית.
כעבור דקות אחדות צבע התמיסות השתנה שוב וחזר להיות ורוד.
II. צבע ורוד מעיד על סביבה חומצית/בסיסית.
ענו על שאלה 33.
מהו ההסבר האפשרי לשינוי הצבע, כעבור דקות אחדות, בתמיסות שבמבחנות ג ו־ד?
להלן ארבע אפשרויות לתשובה. קבעו מהי התשובה הנכונה והעתיקו רק אותה למחברת.
•האנזים עבר דנטורציה בסביבה הבסיסית, ולכן הסביבה השתנתה לחומצית.
•האנזים עבר דנטורציה בסביבה החומצית, ולכן הסביבה השתנתה לבסיסית.
•האנזים המשיך להיות פעיל גם בסביבה הבסיסית ופעילותו גרמה לשינוי הסביבה לחומצית.
•האנזים המשיך להיות פעיל גם בסביבה החומצית ופעילותו גרמה לשינוי הסביבה לבסיסית.
נמקו את קביעתכם.
אוכלוסיית העולם צפויה להמשיך לגדול בשנים הבאות, וכדי לספק מזון לאוכלוסייה הגדלה נדרש להגדיל את כמות היבול החקלאי.
הפעילות החקלאית גורמת לעיתים נזקים לסביבה וחשוב לנסות לצמצם את הנזקים האלה.
אוראה היא תרכובת אורגנית המכילה אטומי חנקן () שחקלאים מוסיפים לקרקע כדי להגדיל את כמות היבולים.
הצמחים קולטים תרכובות חנקן, כגון אוראה, מן האדמה. תרכובות אלה משמשות בתאי הצמחים לבניית תרכובות אורגניות אחרות המכילות חנקן, ובהן כלורופיל.
ענו על שאלה 34.
ציינו שתי תרכובות אורגניות נוספות (מלבד אוראה וכלורופיל), המצויות בצמחים ומכילות אטומי חנקן ().
במחקר שנערך בחלקות שונות בשדה חיטה בדקו חוקרים את ההשפעה של הוספת אוראה על כמות היבול.
בחלקה 1 בדקו כיצד הוספת כמויות שונות של אוראה לקרקע משפיעה על המשקל של יבול גרגרי חיטה.
תוצאות הניסוי בחלקה 1 מוצגות בטבלה 3 שלפניכם.
התבססו על המידע שבפתיח בנוגע לכלורופיל, והסבירו את תוצאות הניסוי בחלקה 1.
האנזים אוראז (שבדקתם בחלק ב) מצוי גם בקרקע, ומקורו ברקמות של צמחים מתים ובחיידקים.
האנזים אוראז מזרז פירוק של אוראה לאמוניה (). בעקבות פעילות האנזים חלק מן האוראה שמוסיפים לקרקע מתפרק. בפירוק נוצר הגז אמוניה שחלקו מתנדף לאוויר בתנאי סביבה מסוימים.
החומר NBPT פועל כמעכב של פעילות האנזים אוראז שבקרקע, וחקלאים מוסיפים אותו לקרקע בעת הוספת האוראה.
בדרך כלל NBPT אינו גורם נזק לצמח.
בחלקה אחרת בשדה החיטה (חלקה 2) בדקו כיצד הוספה של NBPT לאוראה המוספת לקרקע משפיעה על כמות היבול.
תוצאות המחקר בשתי החלקות (חלקה 1 ובה אוראה בלבד, חלקה 2 ובה אוראה וגם NBPT), מוצגות בטבלה 4.
ענו על שאלה 35.
(1) איזה סוג של הצגה גרפית הוא המתאים ביותר לתיאור התוצאות המוצגות בטבלה 4 – גרף רציף או דיאגרמת עמודות? נמקו את התשובה.
(2) הציגו במחברת, בדרך גרפית מתאימה, את תוצאות הניסוי שבטבלה 4.
שימו לב: אין צורך לסמן בתצוגה הגרפית את הנקודה שצוין עליה: לא נבדק.
תארו את התוצאות של הניסוי על פי ההצגה הגרפית.
התבססו על המידע שבעמוד זה והציעו הסבר לתוצאות הניסוי בחלקה 2 (בתוספת NBPT).
במדינות רבות מחפשים דרכים להפחית את הכמות של הגז אמוניה שנוצר מפירוק אוראה בקרקע ומתנדף לאוויר, כי הגז אמוניה עלול לפגוע בבריאות האדם, במגוון הביולוגי ובמערכות אקולוגיות שונות.
במחקר אחר בדקו חוקרים את כמות הגז אמוניה המתנדף לאוויר בשתי חלקות: בחלקה אחת שהוסיפו לה אוראה, ובחלקה אחרת שהוסיפו לה גם אוראה וגם NBPT.
בגרף שלפניכם מוצגת הכמות היחסית של גז אמוניה שהתנדף לאוויר במשך 12 ימים בשתי החלקות.
ענו על שאלה 36.
התבססו על התוצאות המוצגות בגרף, והסבירו כיצד הוספת NBPT לאוראה יכולה להשפיע על מידת הנזק שעלול להיגרם לסביבה בעקבות הוספת האוראה לקרקע.
◂ פתרון מלא לשאלה 3
סעיף 25
מבחנה 1 – תסנין סויה: סגול – יש חלבונים; מבחנה 2 – תסנין מורתח: סגול – יש חלבונים; מבחנה 3 – מים: תכלת – אין חלבונים.
•הבדיקה (בדיקת ביורט) מגיבה עם הקשרים הפפטידיים שבחלבונים: בנוכחות חלבון, תערובת ו־ נצבעת סגול.
- התסנין המורתח נצבע גם הוא סגול: הרתחה הורסת את המבנה המרחבי של החלבונים (דנטורציה) אך אינה מפרקת את הקשרים הפפטידיים – החלבונים עדיין נמצאים בתמיסה.
- מים – אין חלבון, הצבע נשאר תכלת.
בבחינה רושמים את הצבעים שנצפו.
סעיף 26
מבחנה 3 (מים) היא בקרה: היא מראה את צבע התערובת של ו־ ללא חלבונים (תכלת). ההשוואה אליה מאפשרת לקבוע שהצבע הסגול במבחנות 1, 2 נובע מנוכחות חלבונים ולא מן המגיבים עצמם או מן המים.
•במבחנה 3 כל התנאים זהים (אותו נפח, אותם מגיבים) אך אין חומר נבדק – זו בקרה שלילית.
•בזכותה יודעים איזה צבע מתקבל בהיעדר חלבון, ולכן אפשר לפרש את השינוי לסגול במבחנות 1–2 כתוצאה מהימצאות חלבונים.
סעיף 27
לא. הבדיקה איכותית – היא מראה רק אם יש חלבונים (צבע סגול) או אין (תכלת). לא נעשתה השוואה לתמיסות שבהן ריכוזי חלבון ידועים (סולם צבעים) או מדידה של עוצמת הצבע, ולכן אי אפשר לקבוע את הריכוז.
•כדי לקבוע ריכוז נדרשת שיטה כמותית: למשל השוואת עוצמת הסגול לסולם צבעים של ריכוזי חלבון ידועים, או מדידה במכשיר (ספקטרופוטומטר).
•בבדיקה שנערכה נבדקה רק הימצאות – יש/אין – ולכן התשובה היא לא.
סעיף 28
א – 75%; ב – 25%; ג – 50%; ד – 75%; ה – 75% (תסנין מורתח).
ריכוז התסנין = 100% × (נפח התסנין ÷ 4 מ"ל):
•א: 3 מ"ל תסנין + 1 מ"ל מים = 4 מ"ל ← %
•ב: 1 + 2.5 + 0.5 (אוראה) = 4 מ"ל ← %
•ג: 2 + 1.5 + 0.5 = 4 מ"ל ← %
•ד: 3 + 0.5 + 0.5 = 4 מ"ל ← 75%
•ה: 75% תסנין מורתח (האנזים בו עבר דנטורציה).
סעיף 29
טבלה מלאה של מערך הניסוי והתוצאות (ראו הפתרון).
במבחנה א רושמים "1" (הטיפה האחת שהוספה, סעיף טז) – היא נקודת ההשוואה לצבע הצהוב הבהיר.
כותרת: "השפעת ריכוז התסנין (ריכוז האנזים) על פעילות האנזים אוראז בתסנין מזרעי סויה"; לכל עמודה – שם הגודל ויחידותיו.
הכותרת כוללת את המשתנה הבלתי תלוי (ריכוז התסנין – כלומר ריכוז האנזים אוראז: 25%, 50%, 75%) ואת המשתנה התלוי (פעילות האנזים – כמות הבסיס שנוצרה, לפי מספר טיפות החומצה). לעמודות – יחידות (מ"ל, %, מספר טיפות).
סעיף 30
צפוי: ככל שריכוז התסנין גבוה יותר (ב 25% < ג 50% < ד 75%), נדרשו יותר טיפות חומצה. בתסנין מרוכז יותר יש יותר מולקולות אוראז – יותר אתרים פעילים ← בזמן נתון (3 דקות) מפורקת יותר אוראה לאמוניה ← יותר בסיס אמוניום ← יותר חומצה לנטרול.
- שיטת המדידה: מספר טיפות החומצה עד צהוב בהיר מבטא את כמות הבסיס שנוצרה (לידיעתכם 2) – כלומר את כמות האוראה שפורקה, את פעילות האנזים.
- ב (25%): מעט אנזים ← מעט פירוק ← מעט בסיס ← מעט טיפות.
- ג (50%): פי 2 אנזים ← יותר פירוק ← יותר טיפות.
- ד (75%): הכי הרבה אנזים ← הכי הרבה בסיס ← הכי הרבה טיפות.
כמות האוראה (0.5 מ"ל), הנפח (4 מ"ל) והזמן זהים בכל המבחנות; ההבדל – ריכוז האנזים בלבד.
במבחנה א יש תסנין (75%) ללא אוראה – לא נוצר בסיס, הצבע צהוב–כתום וטיפה אחת מספיקה. הבקרה מראה שהתסנין עצמו אינו יוצר בסיס, ולכן הבסיס במבחנות ב–ד נוצר מפירוק האוראה בידי האנזים; היא גם נקודת ההשוואה לצבע היעד.
•אותם תנאים – בלי המצע. אילו התסנין עצמו היה בסיסי, היה אפשר לטעות ולייחס זאת לפעילות האנזים.
•מבחנה א (75% תסנין) מתאימה בריכוז התסנין למבחנה ד, כך שההבדל ביניהן הוא רק נוכחות האוראה.
סעיף 31
(1) לא: בחלק א גם התסנין המורתח (מבחנה 2) נצבע סגול, כמו התסנין הטרי – החלבונים עדיין נמצאים בו. (2) כן: במבחנה ה, שבה תסנין מורתח ואוראה, התמיסה נשארה חומצית (צהוב–כתום) ונדרשה כטיפה אחת בלבד – כמו בבקרה – כלומר האוראה לא פורקה; ואילו בתסנין שלא הורתח (מבחנה ד) נוצר בסיס רב. ההרתחה גרמה לדנטורציה של האנזים.
(1) בדיקת ביורט מזהה קשרים פפטידיים. ההרתחה משנה את המבנה המרחבי של החלבון אך אינה מפרקת את השרשרת – לכן הבדיקה חיובית גם בתסנין המורתח.
(2) פעילות אנזים תלויה במבנה המרחבי שלו – בהתאמה בין האתר הפעיל למצע. בטמפרטורה גבוהה (רתיחה) נשברים הקשרים החלשים המחזיקים את המבנה ← דנטורציה ← האתר הפעיל משתנה ← המצע (אוראה) אינו נקשר ← אין פירוק, אין אמוניה, הסביבה לא נעשית בסיסית.
השוואה הוגנת: מבחנה ה ומבחנה ד זהות בכמות התסנין ובכמות האוראה – ההבדל רק בהרתחה.
מסקנה: ההרתחה לא סילקה את החלבונים, אבל הרסה את פעילות האנזים.
לא בהכרח. אצל רוב היצורים האנזימים עוברים דנטורציה ברתיחה ומאבדים את פעילותם, אבל יש יצורים – למשל חיידקים החיים במעיינות חמים (תרמופילים) – שהאנזימים שלהם בעלי מבנה מרחבי יציב בטמפרטורות גבוהות, והם ממשיכים לפעול גם בטמפרטורות קרובות לרתיחה.
•כל אנזים פועל בטווח טמפרטורות המתאים לסביבה שבה חי היצור, ויש לו טמפרטורה אופטימלית משלו.
•אנזימים של יצורים מסביבות חמות יציבים יותר (קשרים רבים יותר המייצבים את המבנה המרחבי), ואינם עוברים דנטורציה ב־100°C או בקרוב לכך.
•לכן אי אפשר להכליל מאנזים אחד (אוראז מסויה) על כל האנזימים בטבע.
תשובה "כן – כל האנזימים הם חלבונים ועוברים דנטורציה בחום" ללא הסתייגות אינה מדויקת.
סעיף 32
מספר הטיפות של פנול אדום – גורם קבוע; ריכוז התסנין במבחנות א–ד – משתנה בלתי תלוי; הנפח הכולל של התמיסה במבחנה – גורם קבוע; מספר טיפות החומצה שנדרשו לשינוי הצבע של פנול אדום – דרך המדידה של המשתנה התלוי.
- מספר הטיפות של פנול אדום – גורם קבוע.
- ריכוז התסנין במבחנות א–ד – משתנה בלתי תלוי.
- הנפח הכולל של התמיסה במבחנה – גורם קבוע.
- מספר טיפות החומצה שנדרשו לשינוי הצבע של פנול אדום – דרך המדידה של המשתנה התלוי.
המשתנה הבלתי תלוי – מה ששינינו בכוונה; גורם קבוע – מה שנשמר זהה בכל המבחנות; דרך המדידה – הפעולה שבה קיבלנו את התוצאה (ספירת טיפות החומצה).
פעילות האנזים אוראז – כמות האוראה שפורקה לאמוניה (כמות בסיס האמוניום שנוצרה), שנמדדה לפי מספר טיפות החומצה שנדרשו לשינוי צבע הפנול האדום לצהוב בהיר.
המשתנה התלוי הוא תוצאת פעילות האנזים – כמה אוראה פורקה (כמה אמוניה ובסיס נוצרו) ב־3 דקות. מספר טיפות החומצה הוא דרך המדידה שלו (טיטרציה), לא המשתנה עצמו.
כמות הבסיס שנוצרת תלויה גם בכמות המצע: יותר אוראה ← יותר פירוק ← יותר בסיס ← יותר טיפות חומצה. אילו ריכוז האוראה היה שונה בין המבחנות, ההבדלים במספר הטיפות היו נובעים גם ממנו, ולא היה אפשר לייחס אותם לריכוז האנזים (התסנין).
•קצב התגובה האנזימטית תלוי גם בריכוז המצע.
•אם במבחנה עם יותר תסנין היה גם יותר מצע, לא היה אפשר לדעת מה גרם להבדל.
•לכן 0.5 מ"ל אוראה בכל מבחנה – תנאי להסקת מסקנה על השפעת ריכוז האנזים.
סעיף 33
האנזים המשיך להיות פעיל גם בסביבה החומצית ופעילותו גרמה לשינוי הסביבה לבסיסית.
החזרה לוורוד מעידה שנוצר שוב בסיס – כלומר שהתגובה שיוצרת בסיס (פירוק אוראה) נמשכה. דנטורציה הייתה עוצרת את יצירת הבסיס, ולכן האפשרויות על דנטורציה שגויות; והאפשרות "פעילות שגרמה לסביבה חומצית" סותרת את התוצר – אמוניה יוצרת בסיס, לא חומצה.
בתמיסה נותרה אוראה שלא פורקה. האנזים לא עבר דנטורציה בתוספת החומצה (המעטה) והמשיך לפרק את האוראה לאמוניה; האמוניה יצרה בסיס אמוניום שנטרל את החומצה שהוספה, והסביבה חזרה להיות בסיסית – הפנול האדום נעשה שוב ורוד.
•התוצר של פעילות האוראז – אמוניה ← בסיס אמוניום.
•אחרי הטיטרציה עדיין יש מצע ויש אנזים פעיל ← הפירוק נמשך ← נוצר עוד בסיס ← הצבע משתנה לוורוד.
•זו גם הסיבה שבהנחיות נאמר להתעלם משינוי הצבע לאחר החזרת המבחנה לכַּן, ולספור את הטיפות עד צבע יציב למשך 10 שניות.
סעיף 34
חלבונים (וחומצות האמינו שמהן הם בנויים); חומצות גרעין – DNA ו־RNA. (גם: ATP, נוקלאוטידים.)
חנקן נמצא בקבוצת האמינו של חומצות האמינו (ולכן בכל החלבונים, כולל אנזימים), ובבסיסים החנקניים של הנוקלאוטידים (DNA, RNA, ATP).
ככל שכמות האוראה גדלה מ־0 ל־120 ק"ג, יבול הגרגרים עלה מ־2.5 ל־4.0 טון ליחידת שטח (עלייה של 60%). הצמחים קולטים את החנקן שבאוראה ובונים ממנו כלורופיל; יותר כלורופיל ← יותר אנרגיית אור נקלטת ← קצב פוטוסינתזה גבוה יותר ← נוצרים יותר גלוקוז וחומרים אורגניים, שחלקם נאגר בגרגרים (עמילן) ← יבול גדול יותר. העלייה מתמתנת בכמויות הגבוהות (+0.3 ו־+0.2 טון), כנראה כי גורם אחר (אור, מים, ) נעשה מגביל.
1. התוצאה: 2.5 ← 2.7 ← 3.5 ← 3.8 ← 4.0 טון (תוספות: 0.2, 0.8, 0.3, 0.2) – עלייה של 1.5 טון (60%).
2. מן המולקולה: אוראה ← חנקן ← בניית כלורופיל (וגם חלבונים – אנזימי הפוטוסינתזה).
3. אל התא: יותר כלורופיל בכלורופלסטים ← יותר קליטת אור ← יותר פוטוסינתזה ← יותר גלוקוז.
4. אל הצמח והיבול: הגלוקוז משמש לגדילה ונאגר כעמילן בגרגרים ← יבול גבוה יותר.
5. המתנה בעלייה: בכמויות גבוהות התוספת קטנה – החנקן כבר אינו הגורם המגביל.
סעיף 35
(1) גרף רציף – המשתנה הבלתי תלוי (כמות האוראה) הוא כמותי ורציף. (2) שני קווים: ציר x – כמות אוראה (ק"ג/יחידת שטח), ציר y – יבול (טונה/יחידת שטח); קו לחלקה 1 (5 נקודות) וקו לחלקה 2 (4 נקודות, מ־30), מקרא וכותרת.
(1) כמות האוראה (0–120) היא משתנה כמותי רציף, ולכן גרף רציף, עם קו לכל חלקה.
(2) ציר x: כמות אוראה (ק"ג/יחידת שטח), 0–120; ציר y: יבול גרגרי חיטה (טונה/יחידת שטח), 0–5; קו לחלקה 1 (ללא NBPT) וקו לחלקה 2 (בתוספת NBPT), מקרא; כותרת: "השפעת כמות האוראה ותוספת NBPT על יבול גרגרי החיטה".
בשתי החלקות, ככל שכמות האוראה גדלה היבול עולה: בחלקה 1 מ־2.5 (ללא אוראה) ל־4.0 טון ב־120 ק"ג, ובחלקה 2 מ־3.0 ב־30 ק"ג ל־4.6 טון ב־120 ק"ג. בכל כמות אוראה היבול בחלקה 2 (בתוספת NBPT) גבוה מזה שבחלקה 1: ב־0.3, 0.5, 0.5 ו־0.6 טון ב־30, 60, 90 ו־120 ק"ג (כ־11%–15% יותר).
תיאור לפי המגמה בכל קו, הערכים וההשוואה. ההפרשים (חלקה 2 פחות חלקה 1): 0.3, 0.5, 0.5, 0.6 טון; ביחס לחלקה 1: 11.1%, 14.3%, 13.2%, 15.0%.
NBPT מעכב את האוראז שבקרקע, ולכן האוראה מתפרקת בקרקע לאט יותר ופחות אמוניה נוצרת ומתנדפת לאוויר. כך נשאר בקרקע יותר חנקן (אוראה ותוצרי פירוקה) זמין לצמחים לאורך זמן; הצמחים קולטים יותר חנקן ובונים יותר כלורופיל וחלבונים ← פוטוסינתזה רבה יותר ← יבול גבוה יותר מאשר באותה כמות אוראה ללא NBPT.
1. בלי מעכב: האוראז בקרקע מפרק במהירות את האוראה לאמוניה, וחלק מן האמוניה (גז) מתנדף לאוויר – החנקן הזה אובד לצמח.
2. עם NBPT: פעילות האוראז מעוכבת ← הפירוק איטי ← פחות אמוניה מתנדפת ← יותר חנקן נשאר בקרקע.
3. יותר חנקן נקלט ← יותר כלורופיל (וחלבונים) ← יותר פוטוסינתזה ← יותר חומר אורגני בגרגרים.
4. NBPT אינו מזיק לצמח, ולכן אינו פוגע בגדילה.
סעיף 36
בחלקה עם אוראה בלבד התנדפו כעבור 12 ימים כ־36% מכמות האוראה (כאמוניה), ואילו בחלקה עם אוראה + NBPT רק כ־11%. NBPT מעכב את האוראז בקרקע, ולכן נוצרת ומתנדפת פחות אמוניה – והנזק לבריאות האדם, למגוון הביולוגי ולמערכות האקולוגיות קטן יותר.
- מן הגרף: עם אוראה בלבד – התנדפות מהירה מיום 3: כ־25% ביום 5, 32% ביום 7, 36% ביום 12. עם אוראה + NBPT – התנדפות איטית: כ־1% ביום 5, 3% ביום 7, 8% ביום 10, 11% ביום 12 (כשליש מן הכמות בלי NBPT).
- ההסבר: NBPT מעכב את האוראז שבקרקע ← פחות אוראה מפורקת לאמוניה בזמן נתון ← פחות גז אמוניה מתנדף לאוויר.
- ההשפעה על הסביבה: פחות אמוניה באוויר ← פחות פגיעה בבריאות האדם, במגוון הביולוגי ובמערכות האקולוגיות; לכן הוספת NBPT מקטינה את הנזק הסביבתי של השימוש באוראה.
שאלה 4 · גורמים המשפיעים על הנשימה התאית בשמרים – אתנול ומגנזיום כלורי
השאלות בשאלון זה ממוספרות במספרים 37–48. מספר הנקודות לכל שאלה רשום לימינה. ענו על כל השאלות במחברת.
על השולחן:
•כלי ובו מים מזוקקים.
•בקבוקון טפי ובו תמיסת פנול־פתלאין.
•מבחנה ובה תמיסת בסיס הנתרן (). זהירות! יש להימנע ממגע של תמיסת הבסיס בעור הגוף.
•פיפטת פסטר מסומנת "NaOH".
•תמיסה של חומצת מלח (). זהירות! יש להימנע ממגע של תמיסת החומצה בעור הגוף.
עטו את הכפפות והרכיבו את משקפי המגן.
א. באמצעות עט לרישום על זכוכית רשמו על שלוש מבחנות: א, ב, ג.
•רשמו "מים" על פיפטה של 10 מ"ל.
•באמצעות הפיפטה העבירו 3 מ"ל מים מזוקקים לכל אחת מן המבחנות א, ב, ג.
•הוסיפו לכל אחת משלוש המבחנות 2 טיפות של תמיסת פנול־פתלאין. טלטלו קלות את המבחנות.
ב. באמצעות פיפטת הפסטר "NaOH" הוסיפו למבחנה א 3 טיפות בסיס וטלטלו קלות את המבחנה.
ג. הוסיפו למבחנה ב טיפה אחת של חומצה וטלטלו קלות את המבחנה.
•הוסיפו למבחנה ג 3 טיפות חומצה וטלטלו קלות את המבחנה.
ענו על שאלה 37.
הַעתיקו למחברת את טבלה 1 שלפניכם.
התבוננו בתמיסות שהתקבלו במבחנות לאחר טפטוף בסיס או חומצה.
קבעו את צבע התמיסה בכל אחת מן המבחנות וכתבו במקום המתאים בטבלה שבמחברת (בשלב I) את הצבע (ורוד או חסר צבע).
טבלה 1 (להעתקה למחברת)
העתיקו למחברת את שני המשפטים שלפניכם והשלימו בכל משפט את הפרט החסר.
צבע האינדיקטור פנול־פתלאין בסביבה בסיסית הוא: ____.
צבע האינדיקטור פנול־פתלאין בסביבה חומצית הוא: ____.
בהמשך הניסוי תוסיפו טיפות בסיס בהדרגה, לכל אחת מן התמיסות שבמבחנות ב–ג, ותספרו את הטיפות.
עבדו בזהירות ובדייקנות.
ד. הוציאו את מבחנה ב מן הכַּן, ובאמצעות פיפטת הפסטר "NaOH" טפטפו למבחנה טיפה אחר טיפה של תמיסת הבסיס . טלטלו את המבחנה לאחר הוספת כל טיפה. ספרו את הטיפות עד שיתקבל במבחנה ב צבע ורוד יציב במשך 10 שניות – דומה ככל האפשר לצבע התמיסה שבמבחנה א.
•החזירו את המבחנה לכַּן.
•כתבו את מספר הטיפות שטפטפתם למבחנה ב במקום המתאים בטבלה 1 (שלב II) שבמחברת.
ה. הוציאו את מבחנה ג מן הכַּן, וחזרו על ההנחיות של סעיף ד עם מבחנה זו.
ענו על שאלה 38.
הסבירו מדוע בכל אחת מן המבחנות ב–ג נדרש מספר אחר של טיפות עד לקבלת צבע הדומה לצבע התמיסה שבמבחנה א.
העבירו את מבחנות א–ג לכלי האיסוף.
א. אתנול הוא חומר הממס שומנים וגורם לשינויים במבנה המרחבי של חלבונים.
ב. בתמיסת מגנזיום כלורי () יש יוני מגנזיום (). יוני המגנזיום נקשרים לאנזימים רבים בתא ומייעלים את פעילותם. כמו כן יוני המגנזיום משפרים את היציבות של קרומי התאים.
על השולחן:
•צלחת פטרי ובה שמרים מקובעים באגר.
•קשית קצרה.
•צלחת מרופדת במגבת נייר לחה.
•מבחנה ובה תמיסת אתנול בריכוז 70%.
•מבחנה ובה תמיסת .
•כלי ובו תמיסת גלוקוז.
על פי ההנחיות בסעיף ו שלפניכם, תכינו באמצעות הקשית דסקיות מן האגר שבצלחת. קראו את ההנחיות עד סופן ורק אחר כך בצעו אותן.
ו. החזיקו את הקשית ונעצו אותה באגר עד לקרקעית הצלחת (ראו איור 1א). סובבו את הקשית חצי סיבוב, הטו אותה מעט הצידה והוציאו אותה מן האגר. שימו לב: כעת יש בתוך הקשית דסקית של אגר.
•חזרו על פעולה זו פעמיים נוספות, כדי שיהיו בתוך הקשית 3 דסקיות.
•כעת יש להוציא את הדסקיות מן הקשית ולהניח אותן בצלחת המרופדת. עשו זאת כך: החזיקו בקשית בחלקה האמצעי ולחצו עליה באצבעותיכם. המשיכו ולחצו עוד כמה פעמים, ובכל לחיצה קדמו מעט את אצבעותיכם לכיוון הקצה התחתון של הקשית. באמצעות הלחיצות דחפו את דסקיות האגר שבתוך הקשית עד שהן ישתחררו ממנה ויונחו בצלחת.
•חזרו על פעולות אלה עד שיהיו בצלחת 40 דסקיות.
אגר הוא חומר בעל מרקם של ג׳לי שאינו פוגע בתאי השמרים. כאשר דסקיות של שמרים מקובעים באגר מושרות בתמיסה, האגר מאפשר מעבר של חומרים מן התמיסה החיצונית אל תאי השמרים, ומן השמרים אל התמיסה.
ז. סמנו ארבע מבחנות: 1, 2, 3, 4. רשמו את הסימון בחלק העליון של כל מבחנה, צמוד לשְׂפָתָהּ.
ח. רשמו על שתי פיפטות של 10 מ"ל: על האחת "", ועל האחרת – "אתנול".
ט. לפי הפירוט בטבלה 2 שלפניכם:
•העבירו למבחנות 1–4 מים מזוקקים באמצעות הפיפטה "מים" (מחלק א).
•הוסיפו למבחנות באמצעות הפיפטות המתאימות תמיסת ואחר כך תמיסת אתנול.
י. על השולחן כלי המסומן "אמבט מים", כלי ובו מי ברז, מד־טמפרטורה ופקקים למבחנות.
•בקשו מן המורה המלווה של המעבדה מים חמים, והכינו אמבט מים בטמפרטורה בטווח .
•היעזרו במידת הצורך במי הברז שבכלי המסומן "מי ברז". בדקו שגובה המים באמבט מגיע עד לקו המסומן על האמבט או בתוכו. אם גובה המים באמבט גבוה מן הקו המסומן – שפכו את עודף המים לכלי האיסוף.
יא. היעזרו בכפית והעבירו בזהירות 8 דסקיות שמרים מקובעים באגר לכל אחת מן המבחנות 1–4. הקפידו שלא למעוך את הדסקיות. אל תוסיפו למבחנות דסקיות לא שלמות (שנפגעו במהלך ההכנה).
יב. פקקו את המבחנות והכניסו אותן לאמבט.
•כתבו את השעה: ______, המתינו 6 דקות.
•בזמן ההמתנה בדקו שטמפרטורת האמבט נשמרת, תקנו במידת הצורך, וענו על שאלה 39.
ענו על שאלה 39.
חַשבו את ריכוז האתנול בכל אחת מן התמיסות במבחנות 1–4.
שימו לב: ריכוז האתנול בתמיסה שהשתמשתם בה הוא 70%, והנפח הסופי בכל מבחנה הוא 8 מ"ל.
רשמו את תוצאות החישובים במחברת.
- פרטו את דרך החישוב בנוגע למבחנות 2 ו־3 בלבד.
יג. כעבור 6 דקות מן השעה שכתבתם בסעיף יב הוציאו את המבחנות מן האמבט, טלטלו אותן קלות והעבירו אותן לכן המבחנות.
•רשמו על פיפטה של 10 מ"ל "גלוקוז".
•באמצעות הפיפטה "גלוקוז" הוסיפו 4 מ"ל תמיסת גלוקוז לכל אחת מן המבחנות 1–4.
- פקקו שוב את כל המבחנות וטלטלו אותן קלות כדי לערבב את התמיסות.
•בדקו שסימון הספרות על המבחנות לא נמחק ותקנו במידת הצורך.
יד. בדקו שהטמפרטורה באמבט נשמרת בטווח של ותקנו במידת הצורך.
•העבירו את מבחנות 1–4 לאמבט.
•כתבו את השעה: ______, והמתינו 10 דקות.
•בזמן ההמתנה בצעו את ההנחיות בסעיף טו שלפניכם, וקראו את סעיף טז (בלי לבצע).
בדקו שטמפרטורת האמבט נשמרת.
טו. רשמו על ארבע מבחנות ריקות: A, B, C, D.
•היעזרו בסרגל וסמנו על כל אחת מן המבחנות A–D קו בגובה 3 ס"מ מתחתית המבחנה (ראו איור 2).
•הניחו את המבחנות A–D בכַן בשורה הקרובה אליכם.
•על השולחן ארבע פיפטות פסטר חדשות. רשמו עליהן: 1A, 2B, 3C, 4D.
טז. כעבור 10 דקות מן השעה שכתבתם בסעיף יד, הוציאו את מבחנות 1–4 מן האמבט וסדרו אותן בכן המבחנות כך:
הציבו את מבחנה 1 מאחורי מבחנה A, את מבחנה 2 מאחורי מבחנה B, ואת מבחנות 3 ו־4 מאחורי מבחנות C ו־D בהתאמה.
יז. באמצעות פיפטת פסטר 1A העבירו תמיסה ממבחנה 1 למבחנה A עד לגובה הקו המסומן על המבחנה.
•חזרו על פעולה זו עם פיפטת פסטר 2B, כדי להעביר תמיסה ממבחנה 2 למבחנה B.
•חזרו על פעולה זו עם פיפטות הפסטר המתאימות ועם מבחנות 3 ו־C, 4 ו־D בהתאמה.
בתגובה בין פחמן דו־חמצני () ובין מים נוצרת חומצה (חומצה פחמתית).
יח. טפטפו 2 טיפות פנול־פתלאין לכל אחת מן המבחנות A–D.
יט. הוציאו את מבחנה A מן הכַּן.
•באמצעות פיפטת הפסטר "NaOH" טפטפו למבחנה A טיפה אחר טיפה של תמיסת הבסיס וטלטלו את המבחנה לאחר הוספת כל טיפה. ספרו את הטיפות עד שיתקבל צבע ורוד יציב במשך 10 שניות.
שימו לב: עוצמת הצבע הוורוד שתתקבל עשויה להיות חלשה בהשוואה לזו שקיבלתם בחלק א של הניסוי.
•כתבו את מספר טיפות הבסיס שהוספתם למבחנה A: ____ טיפות.
שימו לב: לאחר החזרת המבחנה לכַּן, ייתכן שיחול שינוי בצבע התמיסה שבה. התעלמו משינוי זה.
כ. חזרו על ההנחיות שבסעיף יט עם מבחנות B, C ו־D וספרו את הטיפות שהוספתם עד שיתקבל צבע ורוד יציב – דומה ככל האפשר לצבע התמיסה שהתקבל במבחנה A.
כתבו את מספר הטיפות שהוספתם: למבחנה B ____ טיפות, למבחנה C ____ טיפות, למבחנה D ____ טיפות.
בהמשך הבחינה אין צורך בכפפות ובמשקפי מגן, לכן הסירו אותם כעת.
ענו על שאלות 40–45.
לפניכם ארבעה מבֵּין רכיבי הניסוי שערכתם בחלק ב. העתיקו אותם למחברת.
עבור כל רכיב כתבו במחברת אם הוא גורם קבוע או משתנה תלוי או דרך המדידה של המשתנה התלוי.
•קצב הנשימה התאית בשמרים מקובעים באגר
•מספר טיפות הבסיס NaOH שנדרשו לשינוי צבע התמיסה לוורוד
•הריכוז ההתחלתי של הגלוקוז במבחנות
•טמפרטורת המים באמבט
הימצאות מגנזיום כלורי () במבחנות היא משתנה בלתי תלוי בניסוי שערכתם.
מהו המשתנה הבלתי תלוי האחר בניסוי?
הכינו במחברת טבלה שתסכמו בה את מערך הניסוי ואת תוצאותיו. (לנוחיותכם תוכלו לסרטט את הטבלה במחברת לרוחב העמוד.)
יש לכלול בטבלה רק את הרכיבים האלה:
•ריכוז אתנול (שאלה 39).
•נפח תמיסת .
•הימצאות דסקיות שמרים (סעיף יא).
•הימצאות גלוקוז (סעיף יג).
•תוצאות הניסוי במבחנות A–D (בסעיפים יט–כ).
– הוסיפו כותרת לטבלה.
– הוסיפו כותרות לעמודות.
לכל אחת מן התמיסות בניסוי הוספתם 8 דסקיות שמרים מקובעים באגר. הסבירו מדוע חשוב שדווקא מספר הדסקיות יהיה גורם קבוע בניסוי שערכתם.
הציעו הסבר לתוצאות הניסוי שהתקבלו בכל אחת מן המבחנות C–A. בהסבר התייחסו גם למידע שבקטעים "לידיעתכם" 1 ו־3 וגם לשיטת המדידה.
הציעו הסבר להבדל בין התוצאה שקיבלתם במבחנה C לתוצאה במבחנה D. בהסבר התייחסו גם למידע שבקטעים "לידיעתכם" 1 ו־3.
תלמיד הציע להוסיף למערך הניסוי טיפול אחר – מבחנה ובה 12 מ"ל מים ו־8 דסקיות שמרים בלבד (בלי תוספת של תמיסת גלוקוז).
שערו אם בתמיסה שתילקח ממבחנה זו מספר טיפות הבסיס שיידרש עד שיתקבל צבע ורוד יהיה קטן, שווה או גדול בהשוואה למספר הטיפות שהוספתם למבחנה A (סעיף יט). הסבירו את השערתכם.
הטיפול במבחנה 1 הוא טיפול בקרה. הסבירו מהי החשיבות של טיפול הבקרה במבחנה 1 במערך הניסוי.
תלמידים שערכו את הניסוי שערכתם (בחלק ב) טענו שהשפעת אתנול על קצב נשימה תאית תהיה דומה בכל היצורים החיים. האם טענת התלמידים נכונה? הסבירו את תשובתכם.
אתנול הוא אחד התוצרים של תהליך התסיסה שמתרחש בשמרים. לאתנול יש ערך רב בתעשיית היין, הוא משמש דלק ביולוגי, חומר חיטוי ועוד.
אתנול בריכוזים מסוימים שנמצא בסביבת השמרים, מגביל את קצב התהליכים שמתרחשים בתאי השמרים, ובעקבות זאת גם קצב ההִתרבות של השמרים איטי יותר.
חוקרים רבים מנסים למצוא זן של שמרים המסוגלים לחיות בסביבה שבה ריכוז האתנול גבוה, ולהתרבות בקצב מהיר.
חוקרים הוסיפו אתנול בריכוזים שונים לתמיסת גידול ובה שמרים. הם בדקו את קצב ההִתרבות של שני זני שמרים במשך 48 שעות.
בטבלה 3 שלפניכם נתונים על קצב ההתרבות של השמרים בתמיסות שבהן אתנול בריכוזים שונים.
ענו על שאלה 46.
(1) איזה סוג של הצגה גרפית הוא המתאים ביותר לתיאור התוצאות המוצגות בטבלה 3 – גרף רציף או דיאגרמת עמודות? נמקו את התשובה.
(2) הציגו במחברת, בדרך גרפית מתאימה, את תוצאות הניסוי שבטבלה 3.
תארו את התוצאות של ניסוי 1 על פי ההצגה הגרפית.
קבעו איזה משני הזנים – זן א או זן ב – עמיד יותר להשפעות האתנול. נמקו את קביעתכם. בתשובתכם התבססו על התוצאות המוצגות בגרף שסרטטתם.
בתאי השמרים קיים הסוכר טרהלוז המשמש חומר תשמורת. במחקרים נמצא כי הימצאות טרהלוז בתאי השמרים מגינה עליהם מפני הנזקים שהאתנול גורם לקרומי התא ולחלבונים.
חוקרים גידלו שמרים משני הזנים בתמיסות המכילות אתנול בריכוזים שונים. לאחר זמן הם מדדו את ריכוזי הטרהלוז בתאי השמרים.
התוצאות מוצגות בגרף 2.
ענו על שאלות 47–48:
התבססו על התוצאות המוצגות בגרף 2 ועל המידע בנוגע לסוכר טרהלוז, והסבירו את התוצאות של זן ב המוצגות בגרף שסרטטתם (שאלה 46).
בתאי השמרים יש אנזים שמזרז בנייה של הסוכר טרהלוז מחד־סוכרים, ויש אנזים אחר שמזרז פירוק של טרהלוז לחד־סוכרים.
אנזימים אלה פעילים בתא בהתאם לריכוזי האתנול בתא ובסביבתו.
החוקרים בדקו את פעילות האנזים שמזרז פירוק טרהלוז בתא לחד־סוכרים בשני זני השמרים.
נמצא כי בתמיסה שבה ריכוז אתנול הוא 10%, קצב הפעילות של האנזים המזרז פירוק טרהלוז בזן ב נמוך בהשוואה לזן א, וקצב ההִתרבות של זן ב גבוה יותר.
הסבירו מדוע בתמיסה שבה ריכוז אתנול הוא 10% – קצב הפעילות הנמוך של האנזים המזרז פירוק טרהלוז מאפשר קצב הִתרבות גבוה של זן ב בהשוואה לזן א.
הסבירו כיצד הגנה על קרום התא בסביבה שיש בה אתנול מאפשרת לתאי השמרים לשמור על הומאוסטזיס.
◂ פתרון מלא לשאלה 4
סעיף 37
מבחנה א (3 טיפות בסיס) – ורוד; מבחנה ב (טיפת חומצה) – חסר צבע; מבחנה ג (3 טיפות חומצה) – חסר צבע.
פנול־פתלאין חסר צבע בסביבה חומצית וניטרלית ונעשה ורוד בסביבה בסיסית. מספרי הטיפות בשלב II הם דוגמה – בבחינה רושמים את הספירה בפועל; המגמה הצפויה: ג > ב.
בסביבה בסיסית – ורוד; בסביבה חומצית – חסר צבע.
כפי שנצפה: מבחנה א (בסיס) – ורוד; מבחנות ב, ג (חומצה) – חסרות צבע.
סעיף 38
במבחנה ג יש יותר חומצה (3 טיפות) מאשר במבחנה ב (טיפה אחת). כדי שהתמיסה תהפוך לבסיסית והפנול־פתלאין ייצבע ורוד, צריך קודם לנטרל את כל החומצה; ככל שיש יותר חומצה, נדרש יותר בסיס – ולכן במבחנה ג נדרשו יותר טיפות NaOH.
•הבסיס שמוסיפים מגיב עם החומצה שבתמיסה ומנטרל אותה (תגובת סתירה).
•הצבע הוורוד מופיע רק כשכל החומצה נוטרלה ונוצר עודף בסיס.
•לכן מספר טיפות הבסיס הנדרש פרופורציוני לכמות החומצה בתמיסה: ב (1 טיפה) – מעט, ג (3 טיפות) – יותר.
זה עיקרון שיטת המדידה בחלק ב: מספר טיפות ה־NaOH מבטא את כמות החומצה הפחמתית שנוצרה מן ה־.
סעיף 39
מבחנה 1 – 0%; 2 – 8.75%; 3 – 35%; 4 – 35%.
ריכוז האתנול = 70% × (נפח האתנול ÷ 8 מ"ל):
- 2: %
- 3: %
- 1: 0%; 4: % (עם ).
סעיף 40
קצב הנשימה התאית בשמרים מקובעים באגר – משתנה תלוי; מספר טיפות הבסיס NaOH שנדרשו לשינוי צבע התמיסה לוורוד – דרך המדידה של המשתנה התלוי; הריכוז ההתחלתי של הגלוקוז במבחנות – גורם קבוע; טמפרטורת המים באמבט – גורם קבוע.
- קצב הנשימה התאית בשמרים מקובעים באגר – משתנה תלוי.
- מספר טיפות הבסיס NaOH שנדרשו לשינוי צבע התמיסה לוורוד – דרך המדידה של המשתנה התלוי.
- הריכוז ההתחלתי של הגלוקוז במבחנות – גורם קבוע.
- טמפרטורת המים באמבט – גורם קבוע.
המשתנה התלוי הוא קצב הנשימה (כמות ה־ שנפלט ונהפך לחומצה פחמתית); מספר טיפות ה־NaOH הוא הדרך שבה מודדים אותו (טיטרציה).
ריכוז האתנול במבחנות (0%, 8.75%, 35%).
המשתנה הבלתי תלוי – מה ששונה בכוונה בין המבחנות. מבחנות 1–3 נבדלות בריכוז האתנול; מבחנה 4 נבדלת ממבחנה 3 בנוכחות .
סעיף 41
טבלה ובה: המבחנות, ריכוז האתנול, נפח , הימצאות דסקיות שמרים וגלוקוז, ומספר טיפות ה־NaOH בכל מבחנה.
במבחנות A–D נמדדה התמיסה שהועברה ממבחנות 1–4 בהתאמה.
כותרת: "השפעת ריכוז האתנול ונוכחות על קצב הנשימה התאית בשמרים (כמות החומצה הפחמתית)"; לכל עמודה – שם הגודל ויחידותיו.
הכותרת כוללת את שני המשתנים הבלתי תלויים, את המשתנה התלוי (קצב הנשימה – לפי כמות החומצה, מספר טיפות NaOH) ואת המערכת (שמרים מקובעים באגר).
סעיף 42
מספר הדסקיות קובע את כמות תאי השמרים במבחנה. ככל שיש יותר תאים, נפלט יותר בנשימה, נוצרת יותר חומצה פחמתית ונדרשות יותר טיפות NaOH – בלי קשר לטיפול. מספר דסקיות שונה היה משנה את התוצאה, ולא היה אפשר לייחס את ההבדלים למשתנים הבלתי תלויים.
•כמות ה־ במבחנה = קצב הנשימה של תא × מספר התאים.
•יותר דסקיות ← יותר שמרים ← יותר ← יותר חומצה ← יותר טיפות.
•לכן מספר דסקיות זהה (8) – ודסקיות שלמות בלבד – מבטיח שההבדלים במספר הטיפות נובעים מן הטיפול (אתנול, ).
סעיף 43
צפוי: A (ללא אתנול) – הכי הרבה טיפות; B (8.75%) – פחות; C (35%) – מעט מאוד. השמרים מפרקים גלוקוז בנשימה התאית ופולטים , שיוצר עם המים חומצה פחמתית (לידיעתכם 3); ככל שיש יותר חומצה נדרשות יותר טיפות NaOH. אתנול ממס את שומני הקרום ופוגע במבנה המרחבי של חלבונים – אנזימי הנשימה והקרומים (לידיעתכם 1); ככל שריכוזו גבוה יותר, קצב הנשימה נמוך יותר – פחות ופחות טיפות.
- שיטת המדידה: + מים ← חומצה פחמתית. מוסיפים NaOH עד שהחומצה מנוטרלת והפנול־פתלאין נעשה ורוד; מספר הטיפות מבטא את כמות החומצה, כלומר את כמות ה־ שנפלטה – את קצב הנשימה.
- A (0%): הקרומים והאנזימים תקינים, הגלוקוז נכנס ומפורק בנשימה ← הרבה ← הרבה טיפות.
- B (8.75%): ריכוז נמוך – פגיעה חלקית בקרומים (מעבר הגלוקוז) ובאנזימים ← פחות ← פחות טיפות.
- C (35%): פגיעה קשה – דנטורציה של אנזימי הנשימה ופגיעה בקרומים (כולל קרומי המיטוכונדריה) ← כמעט אין נשימה ← מעט טיפות.
הגלוקוז, מספר הדסקיות, הזמן והטמפרטורה זהים; ההבדל – ריכוז האתנול.
צפוי: ב־D נדרשו יותר טיפות מאשר ב־C, אף שריכוז האתנול זהה (35%). יוני המגנזיום מייצבים את קרומי התאים ומייעלים אנזימים (לידיעתכם 1), ולכן מפחיתים את הפגיעה של האתנול; הנשימה נמשכת בקצב גבוה יותר – נפלט יותר ונוצרת יותר חומצה (לידיעתכם 3). (עדיין פחות מ־A.)
•C ו־D זהות בכל, פרט ל־ (4 מ"ל במקום מים).
- – יציבות קרומים: הקרום נפגע פחות מן האתנול ← הגלוקוז ממשיך להיכנס והמבנה התאי נשמר.
- – אנזימים: נקשר לאנזימים רבים (גם של הנשימה) ומייעל את פעילותם.
•התוצאה: קצב נשימה גבוה יותר ← יותר ← יותר חומצה פחמתית ← יותר טיפות NaOH מאשר ב־C.
קטן יותר. בלי גלוקוז אין לשמרים מצע לנשימה התאית (מלבד מעט חומרי תשמורת בתאים), ולכן קצב הנשימה נמוך מאוד – נפלט מעט , נוצרת מעט חומצה פחמתית, ונדרשות פחות טיפות NaOH מאשר במבחנה A (שבה גלוקוז וללא אתנול).
•במבחנה A: גלוקוז + שמרים תקינים ← נשימה ← הרבה .
•במבחנה המוצעת: אין גלוקוז ← הנשימה נשענת רק על תשמורת מועטה בתאים ← מעט .
•לכן מספר הטיפות קטן. (ההשערה מתקבלת עם נימוק זה; הוא לא יהיה אפס בהכרח, כי לשמרים יש מעט תשמורת וגם ה־ מן האוויר יוצר מעט חומצה.)
סעיף 44
מבחנה 1 זהה לשאר המבחנות (שמרים, גלוקוז, נפח, טמפרטורה, זמן) אך אין בה אתנול ולא . היא מראה את קצב הנשימה ה"רגיל" של השמרים (מספר הטיפות ללא הטיפול); ההשוואה אליה מאפשרת לקבוע שהירידה בקצב הנשימה במבחנות 2–4 נגרמה בגלל האתנול.
•בקרה = המשתנה הבלתי תלוי ב"אפס" וכל השאר זהה.
•בלי בקרה לא היה ידוע מהו קצב הנשימה ללא אתנול, ולכן לא היה אפשר לומר שהאתנול האט אותו.
סעיף 45
לא. הניסוי נערך ביצור אחד בלבד (שמרים מזן אחד), ואי אפשר להכליל ממנו על כל היצורים. יצורים שונים נבדלים במבנה הקרומים ובאנזימים שלהם ובמנגנוני ההגנה, ולכן רגישותם לאתנול שונה – יש יצורים (למשל זני שמרים או חיידקים מסוימים) העמידים לאתנול יותר מאחרים.
- הכללה: מסקנה מניסוי תקפה למערכת שנבדקה. כדי לטעון לגבי "כל היצורים" צריך לבדוק יצורים רבים ושונים.
- הבדלים ביולוגיים: הרכב הקרומים, יציבות האנזימים וחומרים מגינים (למשל הסוכר טרהלוז בשמרים – ראו חלק ג) משתנים בין יצורים ובין זנים, ולכן גם השפעת האתנול על הנשימה.
- לכן הטענה אינה נכונה (או אינה מבוססת על הניסוי).
סעיף 46
(1) גרף רציף – המשתנה הבלתי תלוי (ריכוז האתנול) כמותי ורציף. (2) ציר x – ריכוז אתנול (%), ציר y – קצב ההתרבות (יחידות יחסיות); קו לזן א וקו לזן ב, מקרא וכותרת.
(1) ריכוזי האתנול 0–16% הם ערכים של משתנה כמותי רציף; גרף רציף מראה את המגמה בין הריכוזים. שימו לב שהמרווחים אינם שווים (0, 4, 8, 10, 12, 16) – יש לסמנם בקנה מידה אחיד.
(2) כותרת: "השפעת ריכוז האתנול על קצב ההתרבות של זן א ושל זן ב של שמרים".
בריכוזי אתנול 0–4% קצב ההתרבות של שני הזנים גבוה ודומה (זן א 1.9, זן ב 2.0–2.1). מעל 4% הקצב יורד עם עליית ריכוז האתנול בשני הזנים: בזן א הירידה חדה – 1.3 ב־8%, 0.7 ב־10%, 0.2 ב־12% ו־0 ב־16%; בזן ב הירידה מתונה – 1.8, 1.6, 1.3 ו־0.5. מ־8% ומעלה הקצב בזן ב גבוה מזה שבזן א, וההפרש גדל (0.5 ב־8%, 0.9 ב־10%, 1.1 ב־12%).
תיאור לפי המגמה של כל קו (עם ערכים) והשוואה בין הקווים. ההפרשים (ב פחות א): 0.1, 0.2, 0.5, 0.9, 1.1, 0.5 ב־0, 4, 8, 10, 12, 16%.
זן ב. בריכוזי אתנול גבוהים (8%–16%) קצב ההתרבות שלו גבוה מזה של זן א – למשל ב־12% 1.3 לעומת 0.2, וב־16% עדיין 0.5 בעוד שזן א אינו מתרבה כלל.
עמידות = יכולת להמשיך לתפקד (להתרבות) בנוכחות החומר. בריכוזים נמוכים שני הזנים דומים, ולכן ההכרעה מתבססת על הריכוזים הגבוהים, שבהם זן ב מתרבה יותר בכל ריכוז.
סעיף 47
בשני הזנים ריכוז הטרהלוז עולה עם ריכוז האתנול, אבל בזן ב הוא גבוה יותר בכל ריכוז (ב־15%: 28 לעומת 20 יחידות). הטרהלוז מגן על קרומי התא ועל החלבונים מפני נזקי האתנול; בזן ב, שבו יותר טרהלוז, הקרומים והאנזימים נפגעים פחות, התהליכים בתא נמשכים – ולכן קצב ההתרבות של זן ב בריכוזי אתנול גבוהים יורד במתינות ונשאר גבוה מזה של זן א.
1. גרף 2: בזן א הטרהלוז עולה מ־3 (0%) ל־20 (15%); בזן ב מ־4 ל־28 – בכל ריכוז אתנול יותר טרהלוז בזן ב (פי 1.4 ב־15%).
2. מנגנון: טרהלוז מגן על הקרומים (שאתנול ממס את שומניהם) ועל החלבונים (שאתנול משנה את מבנם המרחבי).
3. ברמת התא: בזן ב הקרום שומר על חדירות בררנית והאנזימים (כולל אנזימי הנשימה) נשארים פעילים ← התא ממשיך להפיק אנרגיה ולבנות חומרים.
4. ברמת האוכלוסייה: התאים ממשיכים להתחלק ← קצב התרבות גבוה יחסית גם ב־10%–16% אתנול (1.6, 1.3, 0.5), בניגוד לזן א.
סעיף 48
כשהאנזים המפרק טרהלוז פועל לאט, פחות טרהלוז מפורק לחד־סוכרים, והטרהלוז שנבנה מצטבר בתאי זן ב בריכוז גבוה (כפי שנראה בגרף 2: ב־10% – 20 לעומת 15 בזן א). הטרהלוז מגן על קרומי התא ועל החלבונים מפני הנזק של האתנול, ולכן האנזימים והקרומים ממשיכים לתפקד, התא מפיק אנרגיה ובונה חומרים – ומתחלק בקצב גבוה יותר.
•ריכוז הטרהלוז בתא נקבע ביחס בין קצב הבנייה לקצב הפירוק.
•פירוק איטי בזן ב ← הצטברות טרהלוז.
•טרהלוז ← הגנה על קרומים ועל חלבונים מפני אתנול ← פחות נזק ← תהליכי התא (נשימה, סינתזה) תקינים ← התרבות מהירה יותר מבזן א.
אתנול ממס את שומני הקרום ופוגע בחדירות הבררנית שלו. כשהקרום מוגן, הוא ממשיך לבקר את מעבר החומרים – מכניס חומרים נחוצים (גלוקוז, יונים) ומונע דליפה של חומרי התא ומעבר חופשי של חומרים מן הסביבה – ולכן התא שומר על ריכוזים קבועים של חומרים ועל תנאים פנימיים יציבים (pH, ריכוז יונים, פוטנציאל מים), כלומר על הומאוסטזיס.
•הומאוסטזיס = שמירה על סביבה פנימית יציבה בתנאים חיצוניים משתנים.
•תפקיד הקרום בכך: חדירות בררנית – בקרה על כניסה ויציאה של חומרים.
•קרום פגוע ← דליפת חומרים וחדירה לא מבוקרת ← שינוי הסביבה הפנימית ← פגיעה באנזימים ובתהליכים.
•קרום מוגן (בעזרת טרהלוז) ← הבקרה נשמרת ← הומאוסטזיס.
שאלה 5 · גורמים המשפיעים על הנשימה התאית בשמרים – אתנול וריכוז הגלוקוז
השאלות בשאלון זה ממוספרות במספרים 49–60. מספר הנקודות לכל שאלה רשום לימינה. ענו על כל השאלות במחברת.
על השולחן:
•כלי ובו מים מזוקקים.
•בקבוקון טפי ובו תמיסת פנול־פתלאין.
•מבחנה ובה תמיסת בסיס הנתרן (). זהירות! יש להימנע ממגע של תמיסת הבסיס בעור הגוף.
•פיפטת פסטר מסומנת "NaOH".
•תמיסה של חומצת מלח (). זהירות! יש להימנע ממגע של תמיסת החומצה בעור הגוף.
עטו את הכפפות והרכיבו את משקפי המגן.
א. באמצעות עט לרישום על זכוכית רשמו על שלוש מבחנות: א, ב, ג.
•רשמו "מים" על פיפטה של 10 מ"ל.
•באמצעות הפיפטה העבירו 3 מ"ל מים מזוקקים לכל אחת מן המבחנות א, ב, ג.
•הוסיפו לכל אחת משלוש המבחנות 2 טיפות של תמיסת פנול־פתלאין. טלטלו קלות את המבחנות.
ב. באמצעות פיפטת הפסטר "NaOH" הוסיפו למבחנה א 3 טיפות בסיס וטלטלו קלות את המבחנה.
ג. הוסיפו למבחנה ב טיפה אחת של חומצה וטלטלו קלות את המבחנה.
•הוסיפו למבחנה ג 3 טיפות חומצה וטלטלו קלות את המבחנה.
ענו על שאלה 49.
הַעתיקו למחברת את טבלה 1 שלפניכם.
התבוננו בתמיסות שהתקבלו במבחנות לאחר טפטוף בסיס או חומצה.
קבעו את צבע התמיסה בכל אחת מן המבחנות וכתבו במקום המתאים בטבלה שבמחברת (בשלב I) את הצבע (ורוד או חסר צבע).
טבלה 1 (להעתקה למחברת)
העתיקו למחברת את שני המשפטים שלפניכם והשלימו בכל משפט את הפרט החסר.
צבע האינדיקטור פנול־פתלאין בסביבה בסיסית הוא: ____.
צבע האינדיקטור פנול־פתלאין בסביבה חומצית הוא: ____.
בהמשך הניסוי תוסיפו טיפות בסיס בהדרגה, לכל אחת מן התמיסות שבמבחנות ב–ג, ותספרו את הטיפות.
עבדו בזהירות ובדייקנות.
ד. הוציאו את מבחנה ב מן הכַּן, ובאמצעות פיפטת הפסטר "NaOH" טפטפו למבחנה טיפה אחר טיפה של תמיסת הבסיס . טלטלו את המבחנה לאחר הוספת כל טיפה. ספרו את הטיפות עד שיתקבל במבחנה ב צבע ורוד יציב במשך 10 שניות – דומה ככל האפשר לצבע התמיסה שבמבחנה א.
•החזירו את המבחנה לכַּן.
•כתבו את מספר הטיפות שטפטפתם למבחנה ב במקום המתאים בטבלה 1 (שלב II) שבמחברת.
ה. הוציאו את מבחנה ג מן הכַּן, וחזרו על ההנחיות של סעיף ד עם מבחנה זו.
ענו על שאלה 50.
הסבירו מדוע בכל אחת מן המבחנות ב–ג נדרש מספר אחר של טיפות עד לקבלת צבע הדומה לצבע התמיסה שבמבחנה א.
העבירו את מבחנות א–ג לכלי האיסוף.
אתנול הוא חומר הממס שומנים וגורם לשינויים במבנה המרחבי של חלבונים.
על השולחן:
•צלחת פטרי ובה שמרים מקובעים באגר.
•קשית קצרה.
•צלחת מרופדת במגבת נייר לחה.
•מבחנה ובה תמיסת אתנול בריכוז 70%.
•מבחנה ובה תמיסת גלוקוז בריכוז 0.5M.
על פי ההנחיות בסעיף ו שלפניכם, תכינו באמצעות הקשית דסקיות מן האגר שבצלחת. קראו את ההנחיות עד סופן ורק אחר כך בצעו אותן.
ו. החזיקו את הקשית ונעצו אותה באגר עד לקרקעית הצלחת (ראו איור 1א). סובבו את הקשית חצי סיבוב, הטו אותה מעט הצידה והוציאו אותה מן האגר. שימו לב: כעת יש בתוך הקשית דסקית של אגר.
•חזרו על פעולה זו פעמיים נוספות, כדי שיהיו בתוך הקשית 3 דסקיות.
•כעת יש להוציא את הדסקיות מן הקשית ולהניח אותן בצלחת המרופדת. עשו זאת כך: החזיקו בקשית בחלקה האמצעי ולחצו עליה באצבעותיכם. המשיכו ולחצו עוד כמה פעמים, ובכל לחיצה קדמו מעט את אצבעותיכם לכיוון הקצה התחתון של הקשית. באמצעות הלחיצות דחפו את דסקיות האגר שבתוך הקשית עד שהן ישתחררו ממנה ויונחו בצלחת.
•חזרו על פעולות אלה עד שיהיו בצלחת 40 דסקיות.
אגר הוא חומר בעל מרקם של ג׳לי שאינו פוגע בתאי השמרים. כאשר דסקיות של שמרים מקובעים באגר מושרות בתמיסה, האגר מאפשר מעבר של חומרים מן התמיסה החיצונית אל תאי השמרים, ומן השמרים אל התמיסה.
ז. סמנו ארבע מבחנות: 1, 2, 3, 4. רשמו את הסימון בחלק העליון של כל מבחנה, צמוד לשְׂפָתָהּ.
ח. רשמו על פיפטה של 10 מ"ל "אתנול".
לפי הפירוט בטבלה 2 שלפניכם:
•העבירו למבחנות 1–4 מים מזוקקים באמצעות הפיפטה "מים" (מחלק א).
•באמצעות הפיפטה "אתנול" הוסיפו למבחנה 4 בלבד אתנול.
ט. על השולחן כלי המסומן "אמבט מים", כלי ובו מי ברז, מד־טמפרטורה ופקקים למבחנות.
•בקשו מן המורה המלווה של המעבדה מים חמים, והכינו אמבט מים בטמפרטורה בטווח .
•היעזרו במידת הצורך במי הברז שבכלי המסומן "מי ברז". בדקו שגובה המים באמבט מגיע עד לקו המסומן על האמבט או בתוכו. אם גובה המים באמבט גבוה מן הקו המסומן – שפכו את עודף המים לכלי האיסוף.
י. היעזרו בכפית והעבירו בזהירות 8 דסקיות שמרים מקובעים באגר לכל אחת מן המבחנות 1–4. הקפידו שלא למעוך את הדסקיות. אל תוסיפו למבחנות דסקיות לא שלמות (שנפגעו במהלך ההכנה).
יא. פקקו את המבחנות והכניסו אותן לאמבט.
•כתבו את השעה ______, המתינו 6 דקות.
•בזמן ההמתנה בצעו את ההנחיות בסעיף יב, בדקו שטמפרטורת האמבט נשמרת ותקנו במידת הצורך.
יב. רשמו על פיפטה של 10 מ"ל "גלוקוז 1".
•רשמו על שלוש פיפטות של 1 מ"ל: "גלוקוז 2", "גלוקוז 3", "גלוקוז 4".
יג. כעבור 6 דקות מן השעה שכתבתם בסעיף יא הוציאו את המבחנות מן האמבט, טלטלו אותן קלות והעבירו אותן לכן המבחנות.
יד. קראו את ההנחיות בסעיף זה לפני שתבצעו אותן.
לרשותכם תמיסת גלוקוז בריכוז 0.5M. עליכם להכין תמיסות גלוקוז בריכוזים שונים על פי ההנחיות שלהלן.
•באמצעות הפיפטה "גלוקוז 1" העבירו 4.5 מ"ל תמיסת גלוקוז בריכוז 0.5M למבחנה 4. טלטלו קלות את מבחנה 4.
•באמצעות הפיפטה "גלוקוז 1", העבירו 5 מ"ל תמיסת גלוקוז בריכוז 0.5M למבחנה 1 (ראו איור 2). טלטלו קלות את מבחנה 1, לערבוב התמיסה.
•באמצעות הפיפטה "גלוקוז 2" העבירו 1 מ"ל תמיסה ממבחנה 1 למבחנה 2 (ראו איור 2). טלטלו קלות את מבחנה 2.
•באמצעות הפיפטה "גלוקוז 3" העבירו 1 מ"ל תמיסה ממבחנה 2 למבחנה 3 (ראו איור 2). טלטלו קלות את מבחנה 3.
•באמצעות הפיפטה "גלוקוז 4" העבירו 1 מ"ל תמיסה ממבחנה 3 לכלי האיסוף (ראו איור 2).
טו. פקקו שוב את כל המבחנות 1–4 וטלטלו אותן קלות כדי לערבב את התמיסות.
•וַדאו שסימון הספרות על המבחנות לא נמחק ותקנו במידת הצורך.
טז. בדקו שהטמפרטורה באמבט נשמרת בטווח של , ותקנו במידת הצורך.
•העבירו את מבחנות 1–4 לאמבט.
•כתבו את השעה: ______, והמתינו 10 דקות.
•בזמן ההמתנה בצעו את ההנחיות בסעיף יז שלפניכם, וקראו את סעיף יח (בלי לבצע).
בדקו שטמפרטורת האמבט נשמרת.
יז. רשמו על ארבע מבחנות ריקות: A, B, C, D.
•היעזרו בסרגל וסמנו על כל אחת מן המבחנות A–D קו בגובה 3 ס"מ מתחתית המבחנה (ראו איור 3).
•הניחו את המבחנות A–D בכַן בשורה הקרובה אליכם.
•על השולחן פיפטות פסטר חדשות. רשמו עליהן: 1A, 2B, 3C, 4D.
יח. כעבור 10 דקות מן השעה שכתבתם בסעיף טז, הוציאו את מבחנות 1–4 מן האמבט, וסדרו אותן בכן המבחנות כך:
הציבו את מבחנה 1 מאחורי מבחנה A, את מבחנה 2 מאחורי מבחנה B, ואת מבחנות 3 ו־4 מאחורי מבחנות C ו־D בהתאמה.
יט. באמצעות פיפטת פסטר 1A העבירו תמיסה ממבחנה 1 למבחנה A עד לגובה הקו המסומן על המבחנה.
•חזרו על פעולה זו עם פיפטת פסטר 2B, כדי להעביר תמיסה ממבחנה 2 למבחנה B.
•חזרו על פעולה זו עם פיפטות הפסטר המתאימות ועם מבחנות 3 ו־4, C ו־D בהתאמה.
בתגובה בין פחמן דו־חמצני () ובין מים נוצרת חומצה (חומצה פחמתית).
כ. טפטפו 2 טיפות פנול־פתלאין לכל אחת מן המבחנות A–D.
כא. הוציאו את מבחנה A מן הכַּן.
•באמצעות פיפטת הפסטר "NaOH" טפטפו למבחנה A טיפה אחר טיפה של תמיסת הבסיס וטלטלו את המבחנה לאחר הוספת כל טיפה. ספרו את הטיפות עד שיתקבל צבע ורוד יציב במשך 10 שניות.
שימו לב: עוצמת הצבע הוורוד שתתקבל עשויה להיות חלשה בהשוואה לזו שקיבלתם בחלק א של הניסוי.
•כתבו את מספר טיפות הבסיס שהוספתם למבחנה A: ____ טיפות.
שימו לב: לאחר החזרת המבחנה לכַּן, ייתכן שיחול שינוי בצבע התמיסה שבה. התעלמו משינוי זה.
כב. חזרו על ההנחיות שבסעיף כא עם מבחנות B, C ו־D וספרו את הטיפות שהוספתם עד שיתקבל צבע ורוד יציב – דומה ככל האפשר לצבע התמיסה שהתקבל במבחנה A.
כתבו את מספר הטיפות שהוספתם: למבחנה B ____ טיפות, למבחנה C ____ טיפות, למבחנה D ____ טיפות.
בהמשך הבחינה אין צורך בכפפות ובמשקפי מגן, לכן הסירו אותם כעת.
ענו על שאלות 51–57:
חשבו את ריכוז הגלוקוז בכל אחת מן התמיסות במבחנות 1–3 בסעיף יד – בשלב שהיו בכל מבחנה 10 מ"ל תמיסה (לפני שהוצאתם ממנה תמיסה).
חשבו את ריכוז הגלוקוז בתמיסה במבחנה 4 בסעיף יד – כשבמבחנה 9 מ"ל.
שימו לב: ריכוז הגלוקוז בתמיסה שהעברתם למבחנות 1 ו־4 הוא 0.5M.
רשמו את תוצאות החישובים במחברת.
פרטו את דרך החישוב בנוגע למבחנות 1 ו־2 בלבד.
לפניכם ארבעה מבֵּין רכיבי הניסוי שערכתם בחלק ב. העתיקו אותם למחברת.
עבור כל רכיב כתבו במחברת אם הוא גורם קבוע או משתנה תלוי או דרך המדידה של המשתנה התלוי.
•מספר טיפות הבסיס NaOH שנדרשו לשינוי צבע התמיסה לוורוד
•קצב הנשימה התאית בשמרים מקובעים באגר
•טמפרטורת המים באמבט
•מספר הטיפות של פנול־פתלאין
הימצאות אתנול במבחנות היא משתנה בלתי תלוי בניסוי שערכתם. מהו המשתנה הבלתי תלוי האחר בניסוי?
הכינו במחברת טבלה שתסכמו בה את מערך הניסוי ואת תוצאותיו.
יש לכלול בטבלה רק את הרכיבים האלה:
•ריכוז גלוקוז (שאלה 51).
•נפח תמיסת אתנול (טבלה 2).
•הימצאות דסקיות שמרים (סעיף י).
•תוצאות הניסוי במבחנות A–D (בסעיפים כא–כב).
– הוסיפו כותרת לטבלה.
– הוסיפו כותרות לעמודות.
לכל אחת מן התמיסות בניסוי הוספתם 8 דסקיות שמרים מקובעים באגר. הסבירו מדוע חשוב שדווקא מספר הדסקיות יהיה גורם קבוע בניסוי שערכתם.
הציעו הסבר לתוצאות הניסוי שהתקבלו בכל אחת מן המבחנות C–A. בהסבר התייחסו גם למידע שבקטעים "לידיעתכם" 1 ו־3 וגם לשיטת המדידה.
הציעו הסבר להבדל בין התוצאה שקיבלתם במבחנה D לתוצאה במבחנה A. בהסבר התייחסו גם למידע שבקטעים "לידיעתכם" 1 ו־3.
תלמיד הציע להוסיף למערך הניסוי טיפול בקרה – מבחנה ובה 9 מ"ל מים ו־8 דסקיות שמרים בלבד (בלי תוספת של תמיסת גלוקוז).
שערו אם בתמיסה שתילקח ממבחנה זו מספר טיפות הבסיס שיידרש עד שיתקבל צבע ורוד יהיה קטן, שווה או גדול בהשוואה למספר הטיפות שהוספתם למבחנה A (סעיף כא). הסבירו את השערתכם.
הסבירו מהי החשיבות של הוספת טיפול בקרה זה למערך הניסוי.
תלמידים שערכו את הניסוי שערכתם (בחלק ב) טענו שהשפעת אתנול על קצב נשימה תאית תהיה דומה בכל היצורים החיים. האם טענת התלמידים נכונה? הסבירו את תשובתכם.
אתנול הוא אחד התוצרים של תהליך התסיסה שמתרחש בשמרים. לאתנול יש ערך רב בתעשיית היין, הוא משמש דלק ביולוגי, חומר חיטוי ועוד.
אתנול בריכוזים מסוימים שנמצא בסביבת השמרים, מגביל את קצב התהליכים שמתרחשים בתאי השמרים, ובעקבות זאת גם קצב ההִתרבות של השמרים איטי יותר.
חוקרים רבים מנסים למצוא זן של שמרים המסוגלים לחיות בסביבה שבה ריכוז האתנול גבוה, ולהתרבות בקצב מהיר.
חוקרים הוסיפו אתנול בריכוזים שונים לתמיסת גידול ובה שמרים. הם בדקו את קצב ההִתרבות של שני זני שמרים במשך 48 שעות.
בטבלה 3 שלפניכם נתונים על קצב ההתרבות של השמרים בתמיסות שבהן אתנול בריכוזים שונים.
ענו על שאלה 58.
(1) איזה סוג של הצגה גרפית הוא המתאים ביותר לתיאור התוצאות המוצגות בטבלה 3 – גרף רציף או דיאגרמת עמודות? נמקו את התשובה.
(2) הציגו במחברת, בדרך גרפית מתאימה, את תוצאות הניסוי שבטבלה 3.
תארו את התוצאות של ניסוי 1 על פי ההצגה הגרפית.
קבעו איזה משני הזנים – זן א או זן ב – עמיד יותר להשפעות האתנול. נמקו את קביעתכם. בתשובתכם התבססו על התוצאות המוצגות בגרף שסרטטתם.
בתאי השמרים קיים הסוכר טרהלוז המשמש חומר תשמורת. במחקרים נמצא כי הימצאות טרהלוז בתאי השמרים מגינה עליהם מפני הנזקים שהאתנול גורם לקרומי התא ולחלבונים.
חוקרים גידלו שמרים משני הזנים בתמיסות המכילות אתנול בריכוזים שונים. לאחר זמן הם מדדו את ריכוזי הטרהלוז בתאי השמרים.
התוצאות מוצגות בגרף 2.
ענו על שאלות 59–60:
התבססו על התוצאות המוצגות בגרף 2 ועל המידע בנוגע לסוכר טרהלוז, והסבירו את התוצאות של זן ב המוצגות בגרף שסרטטתם (שאלה 58).
בתאי השמרים יש אנזים שמזרז בנייה של הסוכר טרהלוז מחד־סוכרים, ויש אנזים אחר שמזרז פירוק של טרהלוז לחד־סוכרים.
אנזימים אלה פעילים בתא בהתאם לריכוזי האתנול בתא ובסביבתו.
החוקרים בדקו את פעילות האנזים שמזרז פירוק טרהלוז בתא לחד־סוכרים בשני זני השמרים.
נמצא כי בתמיסה שבה ריכוז אתנול הוא 10%, קצב הפעילות של האנזים המזרז פירוק טרהלוז בזן ב נמוך בהשוואה לזן א, וקצב ההִתרבות של זן ב גבוה יותר.
הסבירו מדוע בתמיסה שבה ריכוז אתנול הוא 10% – קצב הפעילות הנמוך של האנזים המזרז פירוק טרהלוז מאפשר קצב הִתרבות גבוה של זן ב בהשוואה לזן א.
הסבירו כיצד הגנה על קרום התא בסביבה שיש בה אתנול מאפשרת לתאי השמרים לשמור על הומאוסטזיס.
◂ פתרון מלא לשאלה 5
סעיף 49
מבחנה א (3 טיפות בסיס) – ורוד; מבחנה ב (טיפת חומצה) – חסר צבע; מבחנה ג (3 טיפות חומצה) – חסר צבע.
פנול־פתלאין חסר צבע בסביבה חומצית וניטרלית ונעשה ורוד בסביבה בסיסית. מספרי הטיפות בשלב II הם דוגמה – בבחינה רושמים את הספירה בפועל; המגמה הצפויה: ג > ב.
בסביבה בסיסית – ורוד; בסביבה חומצית – חסר צבע.
כפי שנצפה: מבחנה א (בסיס) – ורוד; מבחנות ב, ג (חומצה) – חסרות צבע.
סעיף 50
במבחנה ג יש יותר חומצה (3 טיפות) מאשר במבחנה ב (טיפה אחת). כדי שהתמיסה תהפוך לבסיסית והפנול־פתלאין ייצבע ורוד, צריך קודם לנטרל את כל החומצה; ככל שיש יותר חומצה, נדרש יותר בסיס – ולכן במבחנה ג נדרשו יותר טיפות NaOH.
•הבסיס שמוסיפים מגיב עם החומצה שבתמיסה ומנטרל אותה (תגובת סתירה).
•הצבע הוורוד מופיע רק כשכל החומצה נוטרלה ונוצר עודף בסיס.
•לכן מספר טיפות הבסיס הנדרש פרופורציוני לכמות החומצה בתמיסה: ב (1 טיפה) – מעט, ג (3 טיפות) – יותר.
זה עיקרון שיטת המדידה בחלק ב: מספר טיפות ה־NaOH מבטא את כמות החומצה הפחמתית שנוצרה מן ה־.
סעיף 51
מבחנה 1 – 0.25M; 2 – 0.025M; 3 – 0.0025M; 4 – 0.25M (וגם 35% אתנול).
- 1: 5 מ"ל של 0.5M + 5 מ"ל מים = 10 מ"ל ← M
- 2: 1 מ"ל של 0.25M + 9 מ"ל מים = 10 מ"ל ← M (מיהול פי 10)
- 3: 1 מ"ל של 0.025M + 9 מ"ל מים ← M
- 4: 4.5 מ"ל של 0.5M + 4.5 מ"ל אתנול = 9 מ"ל ← M.
אחרי העברת 1 מ"ל הלאה נשארו בכל אחת מן המבחנות 1–3 9 מ"ל, כמו במבחנה 4. ריכוז האתנול במבחנה 4: %.
סעיף 52
מספר טיפות הבסיס NaOH שנדרשו לשינוי צבע התמיסה לוורוד – דרך המדידה של המשתנה התלוי; קצב הנשימה התאית בשמרים מקובעים באגר – משתנה תלוי; טמפרטורת המים באמבט – גורם קבוע; מספר הטיפות של פנול־פתלאין – גורם קבוע.
- מספר טיפות הבסיס NaOH שנדרשו לשינוי צבע התמיסה לוורוד – דרך המדידה של המשתנה התלוי.
- קצב הנשימה התאית בשמרים מקובעים באגר – משתנה תלוי.
- טמפרטורת המים באמבט – גורם קבוע.
- מספר הטיפות של פנול־פתלאין – גורם קבוע.
המשתנה התלוי הוא קצב הנשימה (כמות ה־ שנפלט ונהפך לחומצה פחמתית); מספר טיפות ה־NaOH הוא הדרך שבה מודדים אותו (טיטרציה).
ריכוז הגלוקוז במבחנות (0.25M, 0.025M, 0.0025M).
המשתנה הבלתי תלוי – מה ששונה בכוונה בין המבחנות. מבחנות 1–3 נבדלות בריכוז הגלוקוז (מיהול סדרתי פי 10); מבחנה 4 נבדלת ממבחנה 1 בנוכחות אתנול (35%).
סעיף 53
טבלה ובה: המבחנות, ריכוז הגלוקוז, נפח האתנול, הימצאות דסקיות שמרים, ומספר טיפות ה־NaOH בכל מבחנה.
במבחנות A–D נמדדה התמיסה שהועברה ממבחנות 1–4 בהתאמה.
כותרת: "השפעת ריכוז הגלוקוז ונוכחות אתנול על קצב הנשימה התאית בשמרים (כמות החומצה הפחמתית)"; לכל עמודה – שם הגודל ויחידותיו.
הכותרת כוללת את שני המשתנים הבלתי תלויים, את המשתנה התלוי (קצב הנשימה – לפי כמות החומצה, מספר טיפות NaOH) ואת המערכת (שמרים מקובעים באגר).
סעיף 54
מספר הדסקיות קובע את כמות תאי השמרים במבחנה. ככל שיש יותר תאים, נפלט יותר בנשימה, נוצרת יותר חומצה פחמתית ונדרשות יותר טיפות NaOH – בלי קשר לטיפול. מספר דסקיות שונה היה משנה את התוצאה, ולא היה אפשר לייחס את ההבדלים למשתנים הבלתי תלויים.
•כמות ה־ במבחנה = קצב הנשימה של תא × מספר התאים.
•יותר דסקיות ← יותר שמרים ← יותר ← יותר חומצה ← יותר טיפות.
•לכן מספר דסקיות זהה (8) – ודסקיות שלמות בלבד – מבטיח שההבדלים במספר הטיפות נובעים מן הטיפול (גלוקוז, אתנול).
סעיף 55
צפוי: A (0.25M) – הכי הרבה טיפות; B (0.025M) – פחות; C (0.0025M) – מעט. הגלוקוז הוא המצע של הנשימה התאית; ככל שריכוזו גבוה יותר, נכנס לתאים יותר גלוקוז ומפורק בנשימה – נפלט יותר , שיוצר עם המים חומצה פחמתית (לידיעתכם 3) – ונדרשות יותר טיפות NaOH לנטרולה.
- שיטת המדידה: + מים ← חומצה פחמתית; מספר טיפות ה־NaOH עד ורוד מבטא את כמות החומצה, כלומר את כמות ה־ – את קצב הנשימה.
- A (0.25M): הרבה מצע ← קצב נשימה גבוה ← הרבה ← הרבה טיפות.
- B (0.025M, פי 10 פחות): פחות מצע ← פחות נשימה ← פחות טיפות.
- C (0.0025M): מעט מאוד מצע ← נשימה מועטה ← מעט טיפות.
באף אחת מן המבחנות 1–3 אין אתנול (לידיעתכם 1 רלוונטי למבחנה D). (בריכוזי גלוקוז גבוהים מאוד הקצב היה מגיע לרוויה – האנזימים והנשאים פועלים בקצב המרבי.)
צפוי: ב־D נדרשו הרבה פחות טיפות מאשר ב־A, אף שריכוז הגלוקוז זהה (0.25M). ב־D יש 35% אתנול, הממס את שומני הקרום ופוגע במבנה המרחבי של חלבונים – אנזימי הנשימה ונשאי הקרום (לידיעתכם 1); לכן קצב הנשימה נמוך, נפלט מעט ונוצרת מעט חומצה פחמתית (לידיעתכם 3).
•A ו־D: אותו ריכוז גלוקוז (0.25M), אותו מספר דסקיות וזמן – ההבדל הוא האתנול (35% ב־D). יתרה מזו, בהדגרה הראשונה (6 דקות, סעיפים י–יג) הדסקיות במבחנה 4 היו טבולות באתנול 70% לא מהול, ורק אחרי הוספת הגלוקוז ירד הריכוז ל־35% – כך שהפגיעה בתאים החלה עוד לפני שהגלוקוז הוסף.
- אתנול – קרום: ממס את הפוספוליפידים ← פגיעה בקרומים ובמעבר הגלוקוז.
- אתנול – חלבונים: משנה את המבנה המרחבי של אנזימי הנשימה ← דנטורציה ← הנשימה מואטת או נעצרת.
•התוצאה: מעט ← מעט חומצה ← מעט טיפות NaOH ב־D.
סעיף 56
קטן יותר. בלי גלוקוז אין לשמרים מצע לנשימה (מלבד מעט תשמורת בתאים), ולכן נפלט מעט , נוצרת מעט חומצה פחמתית ונדרשות פחות טיפות NaOH מאשר במבחנה A (0.25M גלוקוז).
•A: מצע רב ← נשימה מהירה ← הרבה .
•מבחנת הבקרה: אין מצע חיצוני ← נשימה מועטה על חשבון תשמורת ← מעט .
•לכן מספר הטיפות קטן (צפוי אף פחות מ־C).
בקרה זו מראה מהי כמות החומצה (מספר הטיפות) בלי גלוקוז – מנשימה של השמרים על חשבון תשמורת ומ־ שבאוויר. ההשוואה אליה מאפשרת לקבוע שהעלייה במספר הטיפות במבחנות A–C נגרמה בגלל הגלוקוז שהוסף.
•בקרה = המשתנה הבלתי תלוי (גלוקוז) ב"אפס", וכל השאר זהה (מים, 8 דסקיות, זמן, טמפרטורה).
•בניסוי המקורי אין מבחנה ללא גלוקוז, ולכן אין נקודת אפס – לא ידוע כמה מן החומצה נובעת מן הגלוקוז.
סעיף 57
לא. הניסוי נערך ביצור אחד בלבד (שמרים מזן אחד), ואי אפשר להכליל ממנו על כל היצורים. יצורים שונים נבדלים במבנה הקרומים ובאנזימים שלהם ובמנגנוני ההגנה, ולכן רגישותם לאתנול שונה – יש יצורים (למשל זני שמרים או חיידקים מסוימים) העמידים לאתנול יותר מאחרים.
- הכללה: מסקנה מניסוי תקפה למערכת שנבדקה. כדי לטעון לגבי "כל היצורים" צריך לבדוק יצורים רבים ושונים.
- הבדלים ביולוגיים: הרכב הקרומים, יציבות האנזימים וחומרים מגינים (למשל הסוכר טרהלוז בשמרים – ראו חלק ג) משתנים בין יצורים ובין זנים, ולכן גם השפעת האתנול על הנשימה.
- לכן הטענה אינה נכונה (או אינה מבוססת על הניסוי).
סעיף 58
(1) גרף רציף – המשתנה הבלתי תלוי (ריכוז האתנול) כמותי ורציף. (2) ציר x – ריכוז אתנול (%), ציר y – קצב ההתרבות (יחידות יחסיות); קו לזן א וקו לזן ב, מקרא וכותרת.
(1) ריכוזי האתנול 0–16% הם ערכים של משתנה כמותי רציף; גרף רציף מראה את המגמה בין הריכוזים. שימו לב שהמרווחים אינם שווים (0, 4, 8, 10, 12, 16) – יש לסמנם בקנה מידה אחיד.
(2) כותרת: "השפעת ריכוז האתנול על קצב ההתרבות של זן א ושל זן ב של שמרים".
בריכוזי אתנול 0–4% קצב ההתרבות של שני הזנים גבוה ודומה (זן א 1.9, זן ב 2.0–2.1). מעל 4% הקצב יורד עם עליית ריכוז האתנול בשני הזנים: בזן א הירידה חדה – 1.3 ב־8%, 0.7 ב־10%, 0.2 ב־12% ו־0 ב־16%; בזן ב הירידה מתונה – 1.8, 1.6, 1.3 ו־0.5. מ־8% ומעלה הקצב בזן ב גבוה מזה שבזן א, וההפרש גדל (0.5 ב־8%, 0.9 ב־10%, 1.1 ב־12%).
תיאור לפי המגמה של כל קו (עם ערכים) והשוואה בין הקווים. ההפרשים (ב פחות א): 0.1, 0.2, 0.5, 0.9, 1.1, 0.5 ב־0, 4, 8, 10, 12, 16%.
זן ב. בריכוזי אתנול גבוהים (8%–16%) קצב ההתרבות שלו גבוה מזה של זן א – למשל ב־12% 1.3 לעומת 0.2, וב־16% עדיין 0.5 בעוד שזן א אינו מתרבה כלל.
עמידות = יכולת להמשיך לתפקד (להתרבות) בנוכחות החומר. בריכוזים נמוכים שני הזנים דומים, ולכן ההכרעה מתבססת על הריכוזים הגבוהים, שבהם זן ב מתרבה יותר בכל ריכוז.
סעיף 59
בשני הזנים ריכוז הטרהלוז עולה עם ריכוז האתנול, אבל בזן ב הוא גבוה יותר בכל ריכוז (ב־15%: 28 לעומת 20 יחידות). הטרהלוז מגן על קרומי התא ועל החלבונים מפני נזקי האתנול; בזן ב, שבו יותר טרהלוז, הקרומים והאנזימים נפגעים פחות, התהליכים בתא נמשכים – ולכן קצב ההתרבות של זן ב בריכוזי אתנול גבוהים יורד במתינות ונשאר גבוה מזה של זן א.
1. גרף 2: בזן א הטרהלוז עולה מ־3 (0%) ל־20 (15%); בזן ב מ־4 ל־28 – בכל ריכוז אתנול יותר טרהלוז בזן ב (פי 1.4 ב־15%).
2. מנגנון: טרהלוז מגן על הקרומים (שאתנול ממס את שומניהם) ועל החלבונים (שאתנול משנה את מבנם המרחבי).
3. ברמת התא: בזן ב הקרום שומר על חדירות בררנית והאנזימים (כולל אנזימי הנשימה) נשארים פעילים ← התא ממשיך להפיק אנרגיה ולבנות חומרים.
4. ברמת האוכלוסייה: התאים ממשיכים להתחלק ← קצב התרבות גבוה יחסית גם ב־10%–16% אתנול (1.6, 1.3, 0.5), בניגוד לזן א.
סעיף 60
כשהאנזים המפרק טרהלוז פועל לאט, פחות טרהלוז מפורק לחד־סוכרים, והטרהלוז שנבנה מצטבר בתאי זן ב בריכוז גבוה (כפי שנראה בגרף 2: ב־10% – 20 לעומת 15 בזן א). הטרהלוז מגן על קרומי התא ועל החלבונים מפני הנזק של האתנול, ולכן האנזימים והקרומים ממשיכים לתפקד, התא מפיק אנרגיה ובונה חומרים – ומתחלק בקצב גבוה יותר.
•ריכוז הטרהלוז בתא נקבע ביחס בין קצב הבנייה לקצב הפירוק.
•פירוק איטי בזן ב ← הצטברות טרהלוז.
•טרהלוז ← הגנה על קרומים ועל חלבונים מפני אתנול ← פחות נזק ← תהליכי התא (נשימה, סינתזה) תקינים ← התרבות מהירה יותר מבזן א.
אתנול ממס את שומני הקרום ופוגע בחדירות הבררנית שלו. כשהקרום מוגן, הוא ממשיך לבקר את מעבר החומרים – מכניס חומרים נחוצים (גלוקוז, יונים) ומונע דליפה של חומרי התא ומעבר חופשי של חומרים מן הסביבה – ולכן התא שומר על ריכוזים קבועים של חומרים ועל תנאים פנימיים יציבים (pH, ריכוז יונים, פוטנציאל מים), כלומר על הומאוסטזיס.
•הומאוסטזיס = שמירה על סביבה פנימית יציבה בתנאים חיצוניים משתנים.
•תפקיד הקרום בכך: חדירות בררנית – בקרה על כניסה ויציאה של חומרים.
•קרום פגוע ← דליפת חומרים וחדירה לא מבוקרת ← שינוי הסביבה הפנימית ← פגיעה באנזימים ובתהליכים.
•קרום מוגן (בעזרת טרהלוז) ← הבקרה נשמרת ← הומאוסטזיס.
טבלת התשובות
| שאלה | סעיף | תשובה |
|---|---|---|
| 1 | 1 | מבחנה 1 – תסנין סויה: סגול – יש חלבונים; מבחנה 2 – תסנין מורתח: סגול – יש חלבונים; מבחנה 3 – מים: תכלת – אין חלבונים. |
| 2 | מבחנה 3 (מים) היא בקרה: היא מראה את צבע התערובת של ו־ ללא חלבונים (תכלת). ההשוואה אליה מאפשרת לקבוע שהצבע הסגול במבחנות 1, 2 נובע מנוכחות חלבונים ולא מן המגיבים עצמם או מן המים. | |
| 3 | לא. הבדיקה איכותית – היא מראה רק אם יש חלבונים (צבע סגול) או אין (תכלת). לא נעשתה השוואה לתמיסות שבהן ריכוזי חלבון ידועים (סולם צבעים) או מדידה של עוצמת הצבע, ולכן אי אפשר לקבוע את הריכוז. | |
| 4 | א – 0%; ב – 0.025%; ג – 0.075%; ד – 0.25%; ה – 0.25%. | |
| 5 א | טבלה מלאה של מערך הניסוי והתוצאות (ראו הפתרון). | |
| 5 ב | כותרת: "השפעת ריכוז האוראה על פעילות האנזים אוראז בתסנין מזרעי סויה"; לכל עמודה – שם הגודל ויחידותיו. | |
| 6 א | צפוי: ככל שריכוז האוראה גבוה יותר (ב < ג < ד), נדרשו יותר טיפות חומצה. האוראז מפרק את האוראה לאמוניה, היוצרת במים בסיס אמוניום; יותר מצע ← יותר מולקולות מפורקות ב־3 דקות ← יותר בסיס ← צריך יותר חומצה כדי לנטרלו ולהפוך את הפנול האדום לצהוב. | |
| 6 ב | במבחנה א יש תסנין (אנזים) ללא אוראה – לא נוצר בסיס, והצבע צהוב–כתום; טיפה אחת של חומצה מספיקה לצהוב בהיר. הבקרה מראה שהתסנין עצמו אינו יוצר בסיס, ולכן הבסיס במבחנות ב–ד נוצר מפירוק האוראה בידי האנזים; היא גם קובעת את צבע היעד בטיטרציה. | |
| 7 א | (1) לא: בחלק א גם התסנין המורתח (מבחנה 2) נצבע סגול, כמו התסנין הטרי – החלבונים עדיין נמצאים בו. (2) כן: במבחנה ה, שבה תסנין מורתח ואוראה, התמיסה נשארה חומצית (צהוב–כתום) ונדרשה כטיפה אחת בלבד – כמו בבקרה – כלומר האוראה לא פורקה; ואילו בתסנין שלא הורתח (מבחנה ד) נוצר בסיס רב. ההרתחה גרמה לדנטורציה של האנזים. | |
| 7 ב | לא בהכרח. אצל רוב היצורים האנזימים עוברים דנטורציה ברתיחה ומאבדים את פעילותם, אבל יש יצורים – למשל חיידקים החיים במעיינות חמים (תרמופילים) – שהאנזימים שלהם בעלי מבנה מרחבי יציב בטמפרטורות גבוהות, והם ממשיכים לפעול גם בטמפרטורות קרובות לרתיחה. | |
| 8 א | הנפח הכולל של התמיסה במבחנה – גורם קבוע; מספר טיפות החומצה שנדרשו לשינוי הצבע של פנול אדום – דרך המדידה של המשתנה התלוי; ריכוז התסנין במבחנות א–ד – גורם קבוע; ריכוז אוראה במבחנות הניסוי – משתנה בלתי תלוי. | |
| 8 ב | פעילות האנזים אוראז – כמות האוראה שפורקה לאמוניה (כמות בסיס האמוניום שנוצרה), שנמדדה לפי מספר טיפות החומצה שנדרשו לשינוי צבע הפנול האדום לצהוב בהיר. | |
| 8 ג | קצב פעילות האנזים תלוי בטמפרטורה: עלייה בטמפרטורה (עד האופטימום) מגבירה את האנרגיה הקינטית ואת מספר ההתנגשויות בין האנזים למצע, וטמפרטורה גבוהה מדי גורמת לדנטורציה. אילו הטמפרטורה הייתה שונה בין המבחנות, כמות האמוניה שנוצרת הייתה משתנה גם בגללה, ולא היה אפשר לייחס את ההבדלים לריכוז האוראה. | |
| 9 א | האנזים המשיך להיות פעיל גם בסביבה החומצית ופעילותו גרמה לשינוי הסביבה לבסיסית. | |
| 9 ב | בתמיסה נותרה אוראה שלא פורקה. האנזים לא עבר דנטורציה בתוספת החומצה (המעטה) והמשיך לפרק את האוראה לאמוניה; האמוניה יצרה בסיס אמוניום שנטרל את החומצה שהוספה, והסביבה חזרה להיות בסיסית – הפנול האדום נעשה שוב ורוד. | |
| 10 א | חלבונים (וחומצות האמינו שמהן הם בנויים); חומצות גרעין – DNA ו־RNA. (גם: ATP, נוקלאוטידים.) | |
| 10 ב | ככל שכמות האוראה גדלה מ־0 ל־120 ק"ג, יבול הגרגרים עלה מ־2.5 ל־4.0 טון ליחידת שטח (עלייה של 60%). הצמחים קולטים את החנקן שבאוראה ובונים ממנו כלורופיל; יותר כלורופיל ← יותר אנרגיית אור נקלטת ← קצב פוטוסינתזה גבוה יותר ← נוצרים יותר גלוקוז וחומרים אורגניים, שחלקם נאגר בגרגרים (עמילן) ← יבול גדול יותר. העלייה מתמתנת בכמויות הגבוהות (+0.3 ו־+0.2 טון), כנראה כי גורם אחר (אור, מים, ) נעשה מגביל. | |
| 11 א | (1) גרף רציף – המשתנה הבלתי תלוי (כמות האוראה) הוא כמותי ורציף. (2) שני קווים: ציר x – כמות אוראה (ק"ג/יחידת שטח), ציר y – יבול (טונה/יחידת שטח); קו לחלקה 1 (5 נקודות) וקו לחלקה 2 (4 נקודות, מ־30), מקרא וכותרת. | |
| 11 ב | בשתי החלקות, ככל שכמות האוראה גדלה היבול עולה: בחלקה 1 מ־2.5 (ללא אוראה) ל־4.0 טון ב־120 ק"ג, ובחלקה 2 מ־3.0 ב־30 ק"ג ל־4.6 טון ב־120 ק"ג. בכל כמות אוראה היבול בחלקה 2 (בתוספת NBPT) גבוה מזה שבחלקה 1: ב־0.3, 0.5, 0.5 ו־0.6 טון ב־30, 60, 90 ו־120 ק"ג (כ־11%–15% יותר). | |
| 11 ג | NBPT מעכב את האוראז שבקרקע, ולכן האוראה מתפרקת בקרקע לאט יותר ופחות אמוניה נוצרת ומתנדפת לאוויר. כך נשאר בקרקע יותר חנקן (אוראה ותוצרי פירוקה) זמין לצמחים לאורך זמן; הצמחים קולטים יותר חנקן ובונים יותר כלורופיל וחלבונים ← פוטוסינתזה רבה יותר ← יבול גבוה יותר מאשר באותה כמות אוראה ללא NBPT. | |
| 12 | בחלקה עם אוראה בלבד התנדפו כעבור 12 ימים כ־36% מכמות האוראה (כאמוניה), ואילו בחלקה עם אוראה + NBPT רק כ־11%. NBPT מעכב את האוראז בקרקע, ולכן נוצרת ומתנדפת פחות אמוניה – והנזק לבריאות האדם, למגוון הביולוגי ולמערכות האקולוגיות קטן יותר. | |
| 2 | 13 | מבחנה 1 – תסנין סויה: סגול – יש חלבונים; מבחנה 2 – תסנין מורתח: סגול – יש חלבונים; מבחנה 3 – מים: תכלת – אין חלבונים. |
| 14 | מבחנה 3 (מים) היא בקרה: היא מראה את צבע התערובת של ו־ ללא חלבונים (תכלת). ההשוואה אליה מאפשרת לקבוע שהצבע הסגול במבחנות 1, 2 נובע מנוכחות חלבונים ולא מן המגיבים עצמם או מן המים. | |
| 15 | לא. הבדיקה איכותית – היא מראה רק אם יש חלבונים (צבע סגול) או אין (תכלת). לא נעשתה השוואה לתמיסות שבהן ריכוזי חלבון ידועים (סולם צבעים) או מדידה של עוצמת הצבע, ולכן אי אפשר לקבוע את הריכוז. | |
| 16 | א – 0%; ב – 0%; ג – 0.001%; ד – 0.01%. | |
| 17 א | טבלה מלאה של מערך הניסוי והתוצאות (ראו הפתרון). | |
| 17 ב | כותרת: "השפעת יוני נחושת (מעכב) על פעילות האנזים אוראז בתסנין מזרעי סויה"; לכל עמודה – שם הגודל ויחידותיו. | |
| 18 א | צפוי: ב (ללא נחושת) – הכי הרבה טיפות; ג (0.001%) – פחות; ד (0.01%) – מעט מאוד (כמו א). יוני הנחושת מעכבים את האוראז (לידיעתכם 1): ככל שריכוזם גבוה יותר, פחות מולקולות אנזים פעילות ← פחות אוראה מפורקת ← פחות אמוניה ובסיס ← פחות טיפות חומצה לנטרול. | |
| 18 ב | במבחנה ב יש תסנין פעיל ואוראה ללא נחושת – היא מראה את פעילות האנזים ללא מעכב (מספר הטיפות הגבוה ביותר). ההשוואה אליה מראה שהירידה במספר הטיפות במבחנות ג ו־ד נובעת מן הנחושת. | |
| 19 א | (1) לא: בחלק א גם התסנין המורתח (מבחנה 2) נצבע סגול, כמו התסנין הטרי – החלבונים עדיין נמצאים בו. (2) כן: במבחנה א, שבה תסנין מורתח ואוראה, התמיסה נשארה חומצית (צהוב–כתום) ונדרשה כטיפה אחת בלבד – כמו בבקרה – כלומר האוראה לא פורקה; ואילו בתסנין שלא הורתח (מבחנה ב) נוצר בסיס רב. ההרתחה גרמה לדנטורציה של האנזים. | |
| 19 ב | לא בהכרח. אצל רוב היצורים האנזימים עוברים דנטורציה ברתיחה ומאבדים את פעילותם, אבל יש יצורים – למשל חיידקים החיים במעיינות חמים (תרמופילים) – שהאנזימים שלהם בעלי מבנה מרחבי יציב בטמפרטורות גבוהות, והם ממשיכים לפעול גם בטמפרטורות קרובות לרתיחה. | |
| 20 א | ריכוז תמיסת במבחנות הניסוי – משתנה בלתי תלוי; מספר הטיפות של פנול אדום – גורם קבוע; מספר טיפות החומצה שנדרשו לשינוי הצבע של פנול אדום – דרך המדידה של המשתנה התלוי; הנפח הכולל של התמיסה במבחנה – גורם קבוע. | |
| 20 ב | פעילות האנזים אוראז – כמות האוראה שפורקה לאמוניה (כמות בסיס האמוניום שנוצרה), שנמדדה לפי מספר טיפות החומצה שנדרשו לשינוי צבע הפנול האדום לצהוב בהיר. | |
| 20 ג | כמות האמוניה (הבסיס) שנוצרת תלויה גם בכמות המצע: יותר אוראה ← יותר קומפלקסים אנזים–מצע ← יותר בסיס ← יותר טיפות חומצה. אילו ריכוז האוראה היה שונה בין המבחנות, הבדלי מספר הטיפות היו נובעים גם ממנו, ולא היה אפשר לייחס אותם להשפעת המעכב (יוני הנחושת). | |
| 21 א | האנזים המשיך להיות פעיל גם בסביבה החומצית ופעילותו גרמה לשינוי הסביבה לבסיסית. | |
| 21 ב | בתמיסה נותרה אוראה שלא פורקה. האנזים לא עבר דנטורציה בתוספת החומצה (המעטה) והמשיך לפרק את האוראה לאמוניה; האמוניה יצרה בסיס אמוניום שנטרל את החומצה שהוספה, והסביבה חזרה להיות בסיסית – הפנול האדום נעשה שוב ורוד. | |
| 22 א | חלבונים (וחומצות האמינו שמהן הם בנויים); חומצות גרעין – DNA ו־RNA. (גם: ATP, נוקלאוטידים.) | |
| 22 ב | ככל שכמות האוראה גדלה מ־0 ל־120 ק"ג, יבול הגרגרים עלה מ־2.5 ל־4.0 טון ליחידת שטח (עלייה של 60%). הצמחים קולטים את החנקן שבאוראה ובונים ממנו כלורופיל; יותר כלורופיל ← יותר אנרגיית אור נקלטת ← קצב פוטוסינתזה גבוה יותר ← נוצרים יותר גלוקוז וחומרים אורגניים, שחלקם נאגר בגרגרים (עמילן) ← יבול גדול יותר. העלייה מתמתנת בכמויות הגבוהות (+0.3 ו־+0.2 טון), כנראה כי גורם אחר (אור, מים, ) נעשה מגביל. | |
| 23 א | (1) גרף רציף – המשתנה הבלתי תלוי (כמות האוראה) הוא כמותי ורציף. (2) שני קווים: ציר x – כמות אוראה (ק"ג/יחידת שטח), ציר y – יבול (טונה/יחידת שטח); קו לחלקה 1 (5 נקודות) וקו לחלקה 2 (4 נקודות, מ־30), מקרא וכותרת. | |
| 23 ב | בשתי החלקות, ככל שכמות האוראה גדלה היבול עולה: בחלקה 1 מ־2.5 (ללא אוראה) ל־4.0 טון ב־120 ק"ג, ובחלקה 2 מ־3.0 ב־30 ק"ג ל־4.6 טון ב־120 ק"ג. בכל כמות אוראה היבול בחלקה 2 (בתוספת NBPT) גבוה מזה שבחלקה 1: ב־0.3, 0.5, 0.5 ו־0.6 טון ב־30, 60, 90 ו־120 ק"ג (כ־11%–15% יותר). | |
| 23 ג | NBPT מעכב את האוראז שבקרקע, ולכן האוראה מתפרקת בקרקע לאט יותר ופחות אמוניה נוצרת ומתנדפת לאוויר. כך נשאר בקרקע יותר חנקן (אוראה ותוצרי פירוקה) זמין לצמחים לאורך זמן; הצמחים קולטים יותר חנקן ובונים יותר כלורופיל וחלבונים ← פוטוסינתזה רבה יותר ← יבול גבוה יותר מאשר באותה כמות אוראה ללא NBPT. | |
| 24 | בחלקה עם אוראה בלבד התנדפו כעבור 12 ימים כ־36% מכמות האוראה (כאמוניה), ואילו בחלקה עם אוראה + NBPT רק כ־11%. NBPT מעכב את האוראז בקרקע, ולכן נוצרת ומתנדפת פחות אמוניה – והנזק לבריאות האדם, למגוון הביולוגי ולמערכות האקולוגיות קטן יותר. | |
| 3 | 25 | מבחנה 1 – תסנין סויה: סגול – יש חלבונים; מבחנה 2 – תסנין מורתח: סגול – יש חלבונים; מבחנה 3 – מים: תכלת – אין חלבונים. |
| 26 | מבחנה 3 (מים) היא בקרה: היא מראה את צבע התערובת של ו־ ללא חלבונים (תכלת). ההשוואה אליה מאפשרת לקבוע שהצבע הסגול במבחנות 1, 2 נובע מנוכחות חלבונים ולא מן המגיבים עצמם או מן המים. | |
| 27 | לא. הבדיקה איכותית – היא מראה רק אם יש חלבונים (צבע סגול) או אין (תכלת). לא נעשתה השוואה לתמיסות שבהן ריכוזי חלבון ידועים (סולם צבעים) או מדידה של עוצמת הצבע, ולכן אי אפשר לקבוע את הריכוז. | |
| 28 | א – 75%; ב – 25%; ג – 50%; ד – 75%; ה – 75% (תסנין מורתח). | |
| 29 א | טבלה מלאה של מערך הניסוי והתוצאות (ראו הפתרון). | |
| 29 ב | כותרת: "השפעת ריכוז התסנין (ריכוז האנזים) על פעילות האנזים אוראז בתסנין מזרעי סויה"; לכל עמודה – שם הגודל ויחידותיו. | |
| 30 א | צפוי: ככל שריכוז התסנין גבוה יותר (ב 25% < ג 50% < ד 75%), נדרשו יותר טיפות חומצה. בתסנין מרוכז יותר יש יותר מולקולות אוראז – יותר אתרים פעילים ← בזמן נתון (3 דקות) מפורקת יותר אוראה לאמוניה ← יותר בסיס אמוניום ← יותר חומצה לנטרול. | |
| 30 ב | במבחנה א יש תסנין (75%) ללא אוראה – לא נוצר בסיס, הצבע צהוב–כתום וטיפה אחת מספיקה. הבקרה מראה שהתסנין עצמו אינו יוצר בסיס, ולכן הבסיס במבחנות ב–ד נוצר מפירוק האוראה בידי האנזים; היא גם נקודת ההשוואה לצבע היעד. | |
| 31 א | (1) לא: בחלק א גם התסנין המורתח (מבחנה 2) נצבע סגול, כמו התסנין הטרי – החלבונים עדיין נמצאים בו. (2) כן: במבחנה ה, שבה תסנין מורתח ואוראה, התמיסה נשארה חומצית (צהוב–כתום) ונדרשה כטיפה אחת בלבד – כמו בבקרה – כלומר האוראה לא פורקה; ואילו בתסנין שלא הורתח (מבחנה ד) נוצר בסיס רב. ההרתחה גרמה לדנטורציה של האנזים. | |
| 31 ב | לא בהכרח. אצל רוב היצורים האנזימים עוברים דנטורציה ברתיחה ומאבדים את פעילותם, אבל יש יצורים – למשל חיידקים החיים במעיינות חמים (תרמופילים) – שהאנזימים שלהם בעלי מבנה מרחבי יציב בטמפרטורות גבוהות, והם ממשיכים לפעול גם בטמפרטורות קרובות לרתיחה. | |
| 32 א | מספר הטיפות של פנול אדום – גורם קבוע; ריכוז התסנין במבחנות א–ד – משתנה בלתי תלוי; הנפח הכולל של התמיסה במבחנה – גורם קבוע; מספר טיפות החומצה שנדרשו לשינוי הצבע של פנול אדום – דרך המדידה של המשתנה התלוי. | |
| 32 ב | פעילות האנזים אוראז – כמות האוראה שפורקה לאמוניה (כמות בסיס האמוניום שנוצרה), שנמדדה לפי מספר טיפות החומצה שנדרשו לשינוי צבע הפנול האדום לצהוב בהיר. | |
| 32 ג | כמות הבסיס שנוצרת תלויה גם בכמות המצע: יותר אוראה ← יותר פירוק ← יותר בסיס ← יותר טיפות חומצה. אילו ריכוז האוראה היה שונה בין המבחנות, ההבדלים במספר הטיפות היו נובעים גם ממנו, ולא היה אפשר לייחס אותם לריכוז האנזים (התסנין). | |
| 33 א | האנזים המשיך להיות פעיל גם בסביבה החומצית ופעילותו גרמה לשינוי הסביבה לבסיסית. | |
| 33 ב | בתמיסה נותרה אוראה שלא פורקה. האנזים לא עבר דנטורציה בתוספת החומצה (המעטה) והמשיך לפרק את האוראה לאמוניה; האמוניה יצרה בסיס אמוניום שנטרל את החומצה שהוספה, והסביבה חזרה להיות בסיסית – הפנול האדום נעשה שוב ורוד. | |
| 34 א | חלבונים (וחומצות האמינו שמהן הם בנויים); חומצות גרעין – DNA ו־RNA. (גם: ATP, נוקלאוטידים.) | |
| 34 ב | ככל שכמות האוראה גדלה מ־0 ל־120 ק"ג, יבול הגרגרים עלה מ־2.5 ל־4.0 טון ליחידת שטח (עלייה של 60%). הצמחים קולטים את החנקן שבאוראה ובונים ממנו כלורופיל; יותר כלורופיל ← יותר אנרגיית אור נקלטת ← קצב פוטוסינתזה גבוה יותר ← נוצרים יותר גלוקוז וחומרים אורגניים, שחלקם נאגר בגרגרים (עמילן) ← יבול גדול יותר. העלייה מתמתנת בכמויות הגבוהות (+0.3 ו־+0.2 טון), כנראה כי גורם אחר (אור, מים, ) נעשה מגביל. | |
| 35 א | (1) גרף רציף – המשתנה הבלתי תלוי (כמות האוראה) הוא כמותי ורציף. (2) שני קווים: ציר x – כמות אוראה (ק"ג/יחידת שטח), ציר y – יבול (טונה/יחידת שטח); קו לחלקה 1 (5 נקודות) וקו לחלקה 2 (4 נקודות, מ־30), מקרא וכותרת. | |
| 35 ב | בשתי החלקות, ככל שכמות האוראה גדלה היבול עולה: בחלקה 1 מ־2.5 (ללא אוראה) ל־4.0 טון ב־120 ק"ג, ובחלקה 2 מ־3.0 ב־30 ק"ג ל־4.6 טון ב־120 ק"ג. בכל כמות אוראה היבול בחלקה 2 (בתוספת NBPT) גבוה מזה שבחלקה 1: ב־0.3, 0.5, 0.5 ו־0.6 טון ב־30, 60, 90 ו־120 ק"ג (כ־11%–15% יותר). | |
| 35 ג | NBPT מעכב את האוראז שבקרקע, ולכן האוראה מתפרקת בקרקע לאט יותר ופחות אמוניה נוצרת ומתנדפת לאוויר. כך נשאר בקרקע יותר חנקן (אוראה ותוצרי פירוקה) זמין לצמחים לאורך זמן; הצמחים קולטים יותר חנקן ובונים יותר כלורופיל וחלבונים ← פוטוסינתזה רבה יותר ← יבול גבוה יותר מאשר באותה כמות אוראה ללא NBPT. | |
| 36 | בחלקה עם אוראה בלבד התנדפו כעבור 12 ימים כ־36% מכמות האוראה (כאמוניה), ואילו בחלקה עם אוראה + NBPT רק כ־11%. NBPT מעכב את האוראז בקרקע, ולכן נוצרת ומתנדפת פחות אמוניה – והנזק לבריאות האדם, למגוון הביולוגי ולמערכות האקולוגיות קטן יותר. | |
| 4 | 37 א | מבחנה א (3 טיפות בסיס) – ורוד; מבחנה ב (טיפת חומצה) – חסר צבע; מבחנה ג (3 טיפות חומצה) – חסר צבע. |
| 37 ב | בסביבה בסיסית – ורוד; בסביבה חומצית – חסר צבע. | |
| 38 | במבחנה ג יש יותר חומצה (3 טיפות) מאשר במבחנה ב (טיפה אחת). כדי שהתמיסה תהפוך לבסיסית והפנול־פתלאין ייצבע ורוד, צריך קודם לנטרל את כל החומצה; ככל שיש יותר חומצה, נדרש יותר בסיס – ולכן במבחנה ג נדרשו יותר טיפות NaOH. | |
| 39 | מבחנה 1 – 0%; 2 – 8.75%; 3 – 35%; 4 – 35%. | |
| 40 א | קצב הנשימה התאית בשמרים מקובעים באגר – משתנה תלוי; מספר טיפות הבסיס NaOH שנדרשו לשינוי צבע התמיסה לוורוד – דרך המדידה של המשתנה התלוי; הריכוז ההתחלתי של הגלוקוז במבחנות – גורם קבוע; טמפרטורת המים באמבט – גורם קבוע. | |
| 40 ב | ריכוז האתנול במבחנות (0%, 8.75%, 35%). | |
| 41 א | טבלה ובה: המבחנות, ריכוז האתנול, נפח , הימצאות דסקיות שמרים וגלוקוז, ומספר טיפות ה־NaOH בכל מבחנה. | |
| 41 ב | כותרת: "השפעת ריכוז האתנול ונוכחות על קצב הנשימה התאית בשמרים (כמות החומצה הפחמתית)"; לכל עמודה – שם הגודל ויחידותיו. | |
| 42 | מספר הדסקיות קובע את כמות תאי השמרים במבחנה. ככל שיש יותר תאים, נפלט יותר בנשימה, נוצרת יותר חומצה פחמתית ונדרשות יותר טיפות NaOH – בלי קשר לטיפול. מספר דסקיות שונה היה משנה את התוצאה, ולא היה אפשר לייחס את ההבדלים למשתנים הבלתי תלויים. | |
| 43 א | צפוי: A (ללא אתנול) – הכי הרבה טיפות; B (8.75%) – פחות; C (35%) – מעט מאוד. השמרים מפרקים גלוקוז בנשימה התאית ופולטים , שיוצר עם המים חומצה פחמתית (לידיעתכם 3); ככל שיש יותר חומצה נדרשות יותר טיפות NaOH. אתנול ממס את שומני הקרום ופוגע במבנה המרחבי של חלבונים – אנזימי הנשימה והקרומים (לידיעתכם 1); ככל שריכוזו גבוה יותר, קצב הנשימה נמוך יותר – פחות ופחות טיפות. | |
| 43 ב | צפוי: ב־D נדרשו יותר טיפות מאשר ב־C, אף שריכוז האתנול זהה (35%). יוני המגנזיום מייצבים את קרומי התאים ומייעלים אנזימים (לידיעתכם 1), ולכן מפחיתים את הפגיעה של האתנול; הנשימה נמשכת בקצב גבוה יותר – נפלט יותר ונוצרת יותר חומצה (לידיעתכם 3). (עדיין פחות מ־A.) | |
| 43 ג | קטן יותר. בלי גלוקוז אין לשמרים מצע לנשימה התאית (מלבד מעט חומרי תשמורת בתאים), ולכן קצב הנשימה נמוך מאוד – נפלט מעט , נוצרת מעט חומצה פחמתית, ונדרשות פחות טיפות NaOH מאשר במבחנה A (שבה גלוקוז וללא אתנול). | |
| 44 | מבחנה 1 זהה לשאר המבחנות (שמרים, גלוקוז, נפח, טמפרטורה, זמן) אך אין בה אתנול ולא . היא מראה את קצב הנשימה ה"רגיל" של השמרים (מספר הטיפות ללא הטיפול); ההשוואה אליה מאפשרת לקבוע שהירידה בקצב הנשימה במבחנות 2–4 נגרמה בגלל האתנול. | |
| 45 | לא. הניסוי נערך ביצור אחד בלבד (שמרים מזן אחד), ואי אפשר להכליל ממנו על כל היצורים. יצורים שונים נבדלים במבנה הקרומים ובאנזימים שלהם ובמנגנוני ההגנה, ולכן רגישותם לאתנול שונה – יש יצורים (למשל זני שמרים או חיידקים מסוימים) העמידים לאתנול יותר מאחרים. | |
| 46 א | (1) גרף רציף – המשתנה הבלתי תלוי (ריכוז האתנול) כמותי ורציף. (2) ציר x – ריכוז אתנול (%), ציר y – קצב ההתרבות (יחידות יחסיות); קו לזן א וקו לזן ב, מקרא וכותרת. | |
| 46 ב | בריכוזי אתנול 0–4% קצב ההתרבות של שני הזנים גבוה ודומה (זן א 1.9, זן ב 2.0–2.1). מעל 4% הקצב יורד עם עליית ריכוז האתנול בשני הזנים: בזן א הירידה חדה – 1.3 ב־8%, 0.7 ב־10%, 0.2 ב־12% ו־0 ב־16%; בזן ב הירידה מתונה – 1.8, 1.6, 1.3 ו־0.5. מ־8% ומעלה הקצב בזן ב גבוה מזה שבזן א, וההפרש גדל (0.5 ב־8%, 0.9 ב־10%, 1.1 ב־12%). | |
| 46 ג | זן ב. בריכוזי אתנול גבוהים (8%–16%) קצב ההתרבות שלו גבוה מזה של זן א – למשל ב־12% 1.3 לעומת 0.2, וב־16% עדיין 0.5 בעוד שזן א אינו מתרבה כלל. | |
| 47 | בשני הזנים ריכוז הטרהלוז עולה עם ריכוז האתנול, אבל בזן ב הוא גבוה יותר בכל ריכוז (ב־15%: 28 לעומת 20 יחידות). הטרהלוז מגן על קרומי התא ועל החלבונים מפני נזקי האתנול; בזן ב, שבו יותר טרהלוז, הקרומים והאנזימים נפגעים פחות, התהליכים בתא נמשכים – ולכן קצב ההתרבות של זן ב בריכוזי אתנול גבוהים יורד במתינות ונשאר גבוה מזה של זן א. | |
| 48 א | כשהאנזים המפרק טרהלוז פועל לאט, פחות טרהלוז מפורק לחד־סוכרים, והטרהלוז שנבנה מצטבר בתאי זן ב בריכוז גבוה (כפי שנראה בגרף 2: ב־10% – 20 לעומת 15 בזן א). הטרהלוז מגן על קרומי התא ועל החלבונים מפני הנזק של האתנול, ולכן האנזימים והקרומים ממשיכים לתפקד, התא מפיק אנרגיה ובונה חומרים – ומתחלק בקצב גבוה יותר. | |
| 48 ב | אתנול ממס את שומני הקרום ופוגע בחדירות הבררנית שלו. כשהקרום מוגן, הוא ממשיך לבקר את מעבר החומרים – מכניס חומרים נחוצים (גלוקוז, יונים) ומונע דליפה של חומרי התא ומעבר חופשי של חומרים מן הסביבה – ולכן התא שומר על ריכוזים קבועים של חומרים ועל תנאים פנימיים יציבים (pH, ריכוז יונים, פוטנציאל מים), כלומר על הומאוסטזיס. | |
| 5 | 49 א | מבחנה א (3 טיפות בסיס) – ורוד; מבחנה ב (טיפת חומצה) – חסר צבע; מבחנה ג (3 טיפות חומצה) – חסר צבע. |
| 49 ב | בסביבה בסיסית – ורוד; בסביבה חומצית – חסר צבע. | |
| 50 | במבחנה ג יש יותר חומצה (3 טיפות) מאשר במבחנה ב (טיפה אחת). כדי שהתמיסה תהפוך לבסיסית והפנול־פתלאין ייצבע ורוד, צריך קודם לנטרל את כל החומצה; ככל שיש יותר חומצה, נדרש יותר בסיס – ולכן במבחנה ג נדרשו יותר טיפות NaOH. | |
| 51 | מבחנה 1 – 0.25M; 2 – 0.025M; 3 – 0.0025M; 4 – 0.25M (וגם 35% אתנול). | |
| 52 א | מספר טיפות הבסיס NaOH שנדרשו לשינוי צבע התמיסה לוורוד – דרך המדידה של המשתנה התלוי; קצב הנשימה התאית בשמרים מקובעים באגר – משתנה תלוי; טמפרטורת המים באמבט – גורם קבוע; מספר הטיפות של פנול־פתלאין – גורם קבוע. | |
| 52 ב | ריכוז הגלוקוז במבחנות (0.25M, 0.025M, 0.0025M). | |
| 53 א | טבלה ובה: המבחנות, ריכוז הגלוקוז, נפח האתנול, הימצאות דסקיות שמרים, ומספר טיפות ה־NaOH בכל מבחנה. | |
| 53 ב | כותרת: "השפעת ריכוז הגלוקוז ונוכחות אתנול על קצב הנשימה התאית בשמרים (כמות החומצה הפחמתית)"; לכל עמודה – שם הגודל ויחידותיו. | |
| 54 | מספר הדסקיות קובע את כמות תאי השמרים במבחנה. ככל שיש יותר תאים, נפלט יותר בנשימה, נוצרת יותר חומצה פחמתית ונדרשות יותר טיפות NaOH – בלי קשר לטיפול. מספר דסקיות שונה היה משנה את התוצאה, ולא היה אפשר לייחס את ההבדלים למשתנים הבלתי תלויים. | |
| 55 א | צפוי: A (0.25M) – הכי הרבה טיפות; B (0.025M) – פחות; C (0.0025M) – מעט. הגלוקוז הוא המצע של הנשימה התאית; ככל שריכוזו גבוה יותר, נכנס לתאים יותר גלוקוז ומפורק בנשימה – נפלט יותר , שיוצר עם המים חומצה פחמתית (לידיעתכם 3) – ונדרשות יותר טיפות NaOH לנטרולה. | |
| 55 ב | צפוי: ב־D נדרשו הרבה פחות טיפות מאשר ב־A, אף שריכוז הגלוקוז זהה (0.25M). ב־D יש 35% אתנול, הממס את שומני הקרום ופוגע במבנה המרחבי של חלבונים – אנזימי הנשימה ונשאי הקרום (לידיעתכם 1); לכן קצב הנשימה נמוך, נפלט מעט ונוצרת מעט חומצה פחמתית (לידיעתכם 3). | |
| 56 א | קטן יותר. בלי גלוקוז אין לשמרים מצע לנשימה (מלבד מעט תשמורת בתאים), ולכן נפלט מעט , נוצרת מעט חומצה פחמתית ונדרשות פחות טיפות NaOH מאשר במבחנה A (0.25M גלוקוז). | |
| 56 ב | בקרה זו מראה מהי כמות החומצה (מספר הטיפות) בלי גלוקוז – מנשימה של השמרים על חשבון תשמורת ומ־ שבאוויר. ההשוואה אליה מאפשרת לקבוע שהעלייה במספר הטיפות במבחנות A–C נגרמה בגלל הגלוקוז שהוסף. | |
| 57 | לא. הניסוי נערך ביצור אחד בלבד (שמרים מזן אחד), ואי אפשר להכליל ממנו על כל היצורים. יצורים שונים נבדלים במבנה הקרומים ובאנזימים שלהם ובמנגנוני ההגנה, ולכן רגישותם לאתנול שונה – יש יצורים (למשל זני שמרים או חיידקים מסוימים) העמידים לאתנול יותר מאחרים. | |
| 58 א | (1) גרף רציף – המשתנה הבלתי תלוי (ריכוז האתנול) כמותי ורציף. (2) ציר x – ריכוז אתנול (%), ציר y – קצב ההתרבות (יחידות יחסיות); קו לזן א וקו לזן ב, מקרא וכותרת. | |
| 58 ב | בריכוזי אתנול 0–4% קצב ההתרבות של שני הזנים גבוה ודומה (זן א 1.9, זן ב 2.0–2.1). מעל 4% הקצב יורד עם עליית ריכוז האתנול בשני הזנים: בזן א הירידה חדה – 1.3 ב־8%, 0.7 ב־10%, 0.2 ב־12% ו־0 ב־16%; בזן ב הירידה מתונה – 1.8, 1.6, 1.3 ו־0.5. מ־8% ומעלה הקצב בזן ב גבוה מזה שבזן א, וההפרש גדל (0.5 ב־8%, 0.9 ב־10%, 1.1 ב־12%). | |
| 58 ג | זן ב. בריכוזי אתנול גבוהים (8%–16%) קצב ההתרבות שלו גבוה מזה של זן א – למשל ב־12% 1.3 לעומת 0.2, וב־16% עדיין 0.5 בעוד שזן א אינו מתרבה כלל. | |
| 59 | בשני הזנים ריכוז הטרהלוז עולה עם ריכוז האתנול, אבל בזן ב הוא גבוה יותר בכל ריכוז (ב־15%: 28 לעומת 20 יחידות). הטרהלוז מגן על קרומי התא ועל החלבונים מפני נזקי האתנול; בזן ב, שבו יותר טרהלוז, הקרומים והאנזימים נפגעים פחות, התהליכים בתא נמשכים – ולכן קצב ההתרבות של זן ב בריכוזי אתנול גבוהים יורד במתינות ונשאר גבוה מזה של זן א. | |
| 60 א | כשהאנזים המפרק טרהלוז פועל לאט, פחות טרהלוז מפורק לחד־סוכרים, והטרהלוז שנבנה מצטבר בתאי זן ב בריכוז גבוה (כפי שנראה בגרף 2: ב־10% – 20 לעומת 15 בזן א). הטרהלוז מגן על קרומי התא ועל החלבונים מפני הנזק של האתנול, ולכן האנזימים והקרומים ממשיכים לתפקד, התא מפיק אנרגיה ובונה חומרים – ומתחלק בקצב גבוה יותר. | |
| 60 ב | אתנול ממס את שומני הקרום ופוגע בחדירות הבררנית שלו. כשהקרום מוגן, הוא ממשיך לבקר את מעבר החומרים – מכניס חומרים נחוצים (גלוקוז, יונים) ומונע דליפה של חומרי התא ומעבר חופשי של חומרים מן הסביבה – ולכן התא שומר על ריכוזים קבועים של חומרים ועל תנאים פנימיים יציבים (pH, ריכוז יונים, פוטנציאל מים), כלומר על הומאוסטזיס. |