בגרות בביולוגיה 043386 - קיץ 2025

קביעה: המקלונים מזהים גלוקוז.

•בתמיסת הגלוקוז צבע הריבוע השתנה מצהוב לירוק – המקלון הגיב לגלוקוז.

•בתמיסת הסוכרוז הצבע נשאר צהוב – המקלון אינו מגיב לסוכרוז (דו־סוכר), אף שזו תמיסת סוכר.

•במים המזוקקים הצבע נשאר צהוב – זו בקרה שמראה שהשינוי בצבע אינו נגרם מעצם הטבילה בנוזל.

לכן שינוי הצבע לירוק מעיד על נוכחות גלוקוז דווקא, ולא על נוכחות כל סוכר.

על פי טבלה 1, צבע ירוק במקלון מעיד על נוכחות גלוקוז, וסוכרוז אינו משנה את צבעו.

- מבחנה א (תרחיף שמרים + סוכרוז) – ירוק: בתחילה היה בה סוכרוז, שאינו משנה את צבע המקלון, ולאחר 10 דקות נמצא בה גלוקוז. מסקנה: השמרים מפרקים סוכרוז לחד־סוכרים, כלומר יש בשמרים אנזים המזרז את פירוק הסוכרוז – אינברטאז (לידיעתכם 1).

- מבחנה ב (אינברטאז + סוכרוז) – ירוק: האנזים אינברטאז פירק את הסוכרוז לגלוקוז ולפרוקטוז, ולכן המקלון זיהה גלוקוז. מסקנה: מבחנה זו מאשרת שפעילות אינברטאז על סוכרוז מתגלה בשיטה הזאת (בקרה חיובית), והתוצאה במבחנה א דומה לה.

- מבחנה ג (תרחיף שמרים + מים, בלי סוכרוז) – צהוב: בתרחיף השמרים עצמו אין גלוקוז (בכמות שהמקלון מזהה). מסקנה: הגלוקוז שנמצא במבחנה א לא הגיע מן השמרים עצמם, אלא נוצר מפירוק הסוכרוז שהוספנו.

מסקנה כוללת: בשמרים יש אינברטאז, והוא מפרק את הסוכרוז לגלוקוז ולפרוקטוז.

משווים את שלוש המבחנות (נפח כולל זהה, 3 מ"ל, ו־6 טיפות $\text{KMnO}_4$ בכל אחת):

- מבחנה I – 3 מ"ל תמיסת גלוקוז (הריכוז הגבוה ביותר): הצבע נעלם אחרי 4 דקות.

- מבחנה II – 0.5 מ"ל תמיסת גלוקוז ו־2.5 מ"ל מים (ריכוז נמוך פי 6): הצבע נעלם אחרי 8 דקות.

- מבחנה III – אין גלוקוז: הצבע לא נעלם.

הקשר: ככל שריכוז הגלוקוז גבוה יותר, הזמן עד להיעלמות הצבע קצר יותר (קשר הפוך). היעלמות הצבע נגרמת על ידי הגלוקוז, כי בלי גלוקוז (מבחנה III) הצבע לא נעלם.

לכן אפשר להשתמש בזמן עד להיעלמות הצבע כמדד לכמות הגלוקוז: זמן קצר יותר פירושו יותר גלוקוז.

ריכוז התסנין במבחנה = (נפח התסנין ÷ הנפח הכולל) × 100%, כשהתסנין המקורי הוא 100% והנפח הכולל בכל מבחנה הוא 5 מ"ל.

החישוב במבחנה 4: במבחנה 3 מ"ל תסנין (100%) בנפח כולל של 5 מ"ל (3 תסנין + 1 מים + 1 סוכרוז):

$\frac{3}{5} \times 100\% = 60\%$

(במבחנה 5 הנפח הכולל הוא 4 + 1 = 5 מ"ל, אף שאין בה סוכרוז, ולכן הריכוז 80%.)

המשתנה שהחוקרים שינו בכוונה בין המבחנות 1–4 הוא ריכוז תסנין השמרים (0%, 20%, 40%, 60%). מכיוון שהתסנין מכיל את האנזים שהשמרים הפרישו, זהו למעשה ריכוז האנזים אינברטאז בתמיסה.

המשתנה התלוי הוא קצב פעילות האנזים אינברטאז – קצב פירוק הסוכרוז לגלוקוז ולפרוקטוז, כלומר כמות הגלוקוז שנוצרה במבחנה במשך 10 הדקות.

לאחר 10 דקות הוסיפו לכל מבחנה 6 טיפות תמיסת $\text{KMnO}_4$ ומדדו את הזמן (בדקות) עד להיעלמות הצבע הסגול.

על פי חלק ההיכרות עם השיטה (טבלה 3), הצבע נעלם בנוכחות גלוקוז, וככל שיש יותר גלוקוז הוא נעלם מהר יותר. לכן זמן קצר יותר מעיד על יותר גלוקוז, כלומר על פירוק רב יותר של סוכרוז – פעילות אנזים רבה יותר.

התוצאות: במבחנה 1 (0% תסנין) הצבע לא נעלם; במבחנה 2 (20%) הוא נעלם אחרי 10 דקות, במבחנה 3 (40%) אחרי 7.5 דקות ובמבחנה 4 (60%) אחרי 4 דקות. ככל שריכוז התסנין גבוה יותר – הזמן קצר יותר.

•על פי "לידיעתכם 2", בתסנין אין תאי שמרים. לכן כל פעילות שנמצאת בתסנין היא של חומרים שהשמרים שחררו לנוזל, ולא של תאים חיים.

•על פי "לידיעתכם 3", אינברטאז מופרש מתאי השמרים ופועל בסביבה החוץ־תאית, ולכן הוא נמצא בנוזל שעבר את נייר הסינון – בתסנין.

•במבחנות 2–4 האנזים זירז את פירוק הסוכרוז לגלוקוז ולפרוקטוז (לידיעתכם 1). הגלוקוז שנוצר גרם להיעלמות הצבע של $\text{KMnO}_4$.

•ככל שריכוז התסנין גבוה יותר, יש במבחנה יותר מולקולות אנזים. נוצרים יותר קומפלקסים של אנזים–מצע בכל רגע, ולכן ב־10 דקות פורק יותר סוכרוז ונוצר יותר גלוקוז. לכן הצבע נעלם מהר יותר: 10 → 7.5 → 4 דקות.

- מבחנה 1: אין בה תסנין, ולכן אין בה אנזים. הסוכרוז לא פורק, לא נוצר גלוקוז, וסוכרוז עצמו אינו גורם להיעלמות הצבע – הצבע לא נעלם. מבחנה זו משמשת בקרה.

הטיפול: מבחנה 5 – 4 מ"ל תסנין (80%, הריכוז הגבוה ביותר בניסוי) ו־1 מ"ל מים, בלי סוכרוז.

נימוק: אילו היה גלוקוז בתסנין עצמו, היה הצבע של $\text{KMnO}_4$ נעלם במבחנה 5 מהר מכל המבחנות, כי יש בה הכי הרבה תסנין. בפועל הצבע לא נעלם במבחנה 5. מכאן שבתסנין אין גלוקוז (בכמות שהשיטה מזהה).

לכן הגלוקוז שגרם להיעלמות הצבע במבחנות 2–4 נוצר בזמן הניסוי מפירוק הסוכרוז על ידי האינברטאז שבתסנין, וההסבר של התלמיד נשלל.

גורמים שנשמרו קבועים בחלק ב (טבלה 4), שניים מהם מספיקים:

- נפח תמיסת הסוכרוז (1 מ"ל במבחנות 1–4) וריכוזה.

- הנפח הכולל של התמיסה בכל מבחנה – 5 מ"ל.

- מספר הטיפות של תמיסת $\text{KMnO}_4$ – 6 טיפות בכל מבחנה.

- זמן הפעולה של האנזים לפני הוספת $\text{KMnO}_4$ – 10 דקות.

- הטמפרטורה (טמפרטורת החדר) ומקור התסנין (אותו תרחיף שמרים).

הסוכרוז הוא המצע של האינברטאז, ומפירוקו נוצר הגלוקוז שגורם להיעלמות הצבע. כמות הגלוקוז שנוצרת תלויה גם בכמות המצע הזמין לאנזים: אם במבחנה מסוימת היה יותר סוכרוז, היה יכול להיווצר בה יותר גלוקוז, והצבע היה נעלם מהר יותר גם בלי קשר לריכוז האנזים. כדי שההבדלים בזמן ייוחסו רק למשתנה הבלתי תלוי (ריכוז התסנין, כלומר כמות האנזים), חובה שכמות המצע תהיה זהה בכל המבחנות.

דוגמה אחרת – הטמפרטורה: הטמפרטורה משפיעה על קצב הפעילות של אנזימים (על התנועה של המולקולות ועל מספר המפגשים בין האנזים למצע, ובטמפרטורה גבוהה מדי – על המבנה המרחבי של האנזים). אילו הייתה שונה בין המבחנות, היא הייתה משפיעה על כמות הגלוקוז שנוצרה, ולא היה אפשר לדעת אם ההבדלים נובעים מריכוז התסנין.

דוגמה אחרת – זמן הפעולה (10 דקות): ככל שהאנזים פועל זמן רב יותר נוצר יותר גלוקוז; זמן שונה היה משנה את כמות הגלוקוז ללא קשר לריכוז האנזים.

- חלק א – ניסוי איכותי. התוצאה נרשמת כצבע של ריבוע המקלון (ירוק או צהוב). היא מראה רק אם יש גלוקוז בתמיסה או אין, ואינה מספרת כמה גלוקוז נוצר.

- חלק ב – ניסוי כמותי. התוצאה נמדדת במספרים – הזמן בדקות עד להיעלמות הצבע (10, 7.5, 4). המדידה מאפשרת להשוות כמה גלוקוז נוצר בכל מבחנה ולקבוע את הקשר בין ריכוז התסנין לקצב פעילות האנזים.

1. הפרשת האנזים: על פי "לידיעתכם 3", תאי השמרים מפרישים את האנזים אינברטאז והוא פועל מחוץ לתא.

2. פירוק הסוכרוז בחוץ: האינברטאז מזרז את פירוק הסוכרוז (דו־סוכר) לגלוקוז ולפרוקטוז (לידיעתכם 1). התוצאה במבחנה א (טבלה 2) מראה זאת: בתרחיף שמרים עם סוכרוז נוצר גלוקוז (המקלון הוריק), אף שבתרחיף השמרים לבדו (מבחנה ג) לא היה גלוקוז.

3. כניסה לתא: הסוכרוז כמעט אינו חודר לתאים, אבל החד־סוכרים הקטנים – גלוקוז ופרוקטוז – נכנסים לתאי השמרים (דרך חלבוני נשא בקרום התא).

4. הפקת אנרגייה: בתוך התא הגלוקוז מפורק בגליקוליזה, ובהמשך בנשימה תאית (בנוכחות חמצן) או בתסיסה כוהלית (בהיעדר חמצן). האנרגייה הכימית שבגלוקוז נאגרת ב־ATP, והתא משתמש בה לגדילה ולהתרבות.

כך השמרים מנצלים סוכרוז אף שאינו חודר לתאיהם.

שמרים ותאי צמחים הם תאים אאוקריוטיים, ולכן יש בשניהם:

- גרעין (ובו החומר התורשתי, DNA);

- מיטוכונדריה (נשימה תאית);

•גם: קרום התא, ריבוזומים, רשתית תוך־תאית, מערכת גולג'י, חלולית, וגם דופן תא (בשמרים הדופן בנויה מחומרים אחרים מאשר בצמחים, שבהם היא עשויה בעיקר תאית).

מספיק לציין שניים.

כלורופלסט – האברון שבו מתרחשת פוטוסינתזה. שמרים הם הטרוטרופים ואין בהם כלורופלסטים.

- שני תאים צמודים זה לזה, בצורה קבועה (מלבנית או מצולעת), כפי שנראים בתכשיר – לא תאים עגולים ונפרדים.

- דופן תא – קו כפול או עבה סביב כל תא; הדפנות של שני התאים הסמוכים צמודות.

•בתוך התא: כלורופלסטים רבים (גופיפים ירוקים קטנים, לרוב בשולי התא), גרעין (גוף עגול), וחלולית גדולה התופסת את רוב נפח התא (הציטופלסמה דוחקת לשוליים).

- שלושה שמות בתא אחד, עם קווי הצבעה ישרים שאינם חוצים זה את זה, למשל: *דופן תא*, *כלורופלסט*, *גרעין* (או *חלולית*, *ציטופלסמה*).

- כותרת לציור (למשל "תאי עלה במיקרוסקופ אור") וציון ההגדלה (הגדלת העינית × הגדלת העדשה השיקולית, למשל ×400).

טעות נפוצה: לצייר מיטוכונדריות או ריבוזומים – הם אינם נראים בבירור במיקרוסקופ אור בתכשיר כזה; מציינים רק מבנים שנראים.

גרף רציף. המשתנה הבלתי תלוי המוצג על ציר x הוא הזמן מתחילת הניסוי (שעות) – משתנה כמותי רציף: יש משמעות גם לערכים שבין נקודות המדידה (למשל 25 שעות), ולכן מחברים את הנקודות בקו ורואים את מגמת השינוי לאורך הזמן.

דיאגרמת עמודות מתאימה כאשר המשתנה הבלתי תלוי הוא איכותי (קטגוריות נפרדות).

- כותרת: "השפעת ריכוז יוני המגנזיום בתמיסת הגידול על ריכוז האתנול שנוצר בשמרים לאורך הזמן".

- ציר x (אופקי): הזמן מתחילת הניסוי (שעות), מ־0 עד 50, בשנתות שוות (למשל כל 10 שעות). שימו לב: בין 0 ל־20 יש מרווח של 20 שעות, ולכן נקודת ה־20 מסומנת במרחק כפול ממרחק השנתות של 10 שעות.

- ציר y (אנכי): ריכוז האתנול שנוצר (%), מ־0 עד 14, בשנתות שוות.

- שני עקומים במערכת צירים אחת, בצבעים או בסימונים שונים, ומקרא:

•מחברים את הנקודות של כל עקום בקו (שבור או מגמה), בלי להמשיך את הקו מעבר לנקודה האחרונה.

טעות נפוצה: לסמן את ערכי הזמן 0, 20, 30, 40, 50 במרחקים שווים זה מזה – הציר חייב להיות בקנה מידה אחיד.

- בשני הכלים ריכוז האתנול עלה עם הזמן: בתחילת הניסוי 0%, ואחרי 50 שעות – 10% בריכוז הנמוך של יוני מגנזיום ו־13% בריכוז הגבוה.

- בכל זמן מדידה ריכוז האתנול בכלי עם הריכוז הגבוה של יוני מגנזיום היה גבוה יותר מאשר בכלי עם הריכוז הנמוך: אחרי 20 שעות 5% לעומת 3%, אחרי 30 שעות 8% לעומת 5%, אחרי 40 שעות 11% לעומת 8%, ואחרי 50 שעות 13% לעומת 10%.

•ההפרש בין הכלים גדל ל־3% אחרי 30 שעות ונשאר 3% עד סוף הניסוי.

•הקצב הממוצע ב־50 השעות: $10 \div 50 = 0.2$ אחוז לשעה בריכוז הנמוך, לעומת $13 \div 50 = 0.26$ אחוז לשעה בריכוז הגבוה (גבוה בכ־30%).

1. מקור האתנול: על פי הפתיח, האתנול נוצר בתסיסה כוהלית בשמרים: גלוקוז מפורק בגליקוליזה לפירובט, והפירובט הופך לאתנול ול־$\text{CO}_2$, תוך הפקת ATP. ככל שקצב התסיסה גבוה יותר, נוצר יותר אתנול.

2. מקור הסוכר: בתמיסה יש סוכרוז. כדי לנצל אותו השמרים מפרישים אינברטאז, המפרק את הסוכרוז לגלוקוז ולפרוקטוז, והחד־סוכרים נכנסים לתאים.

3. תפקיד המגנזיום: על פי הפתיח, יוני מגנזיום חיוניים לתהליכים אנזימטיים, ובהם פעילות האינברטאז. בריכוז גבוה של יוני מגנזיום האינברטאז פעיל יותר, ולכן פורק יותר סוכרוז ליחידת זמן ונכנס לתאים יותר גלוקוז. גם אנזימים אחרים של התסיסה (שחלקם תלויים במגנזיום) פועלים בקצב גבוה יותר.

4. התוצאה: בכלי עם הריכוז הגבוה של מגנזיום קצב התסיסה גבוה יותר, ולכן ריכוז האתנול גבוה יותר בכל זמן מדידה (13% לעומת 10% אחרי 50 שעות).

5. העלייה עם הזמן בשני הכלים: השמרים ממשיכים לתסוס כל זמן שיש סוכר, והאתנול שהם מפרישים מצטבר בתמיסה.

השערה: קצב ההתרבות היה גדול יותר בתמיסה עם ריכוז גבוה של יוני מגנזיום.

•יוני מגנזיום חיוניים לפעילות האינברטאז ולתהליכים אנזימטיים נוספים. בריכוז הגבוה פורק יותר סוכרוז לגלוקוז ולפרוקטוז, ולשמרים היה יותר סוכר זמין.

•פירוק הסוכר (בתסיסה ובנשימה) מספק ATP. ככל שיש יותר אנרגייה, התאים יכולים לבנות יותר חומרים (חלבונים, DNA, קרומים) ולהתחלק מהר יותר.

•הנתונים בטבלה 5 תומכים בכך: נוצר יותר אתנול בכל זמן, כלומר קצב התסיסה – והפקת האנרגייה – היה גבוה יותר. ייתכן גם שהיו יותר תאי שמרים שתססו.

•קרום התא בנוי בעיקר משכבה כפולה של פוספוליפידים (שומנים).

•אתנול ממס שומנים, ולכן בריכוז גבוה הוא פוגע בשכבת הפוספוליפידים של קרום התא ושל הקרומים של האברונים (למשל המיטוכונדריה).

•הקרום הפגוע מאבד את הבררנות שלו: חומרים חיוניים ויונים דולפים מן התא, וחומרים נכנסים אליו ללא בקרה. התהליכים בתא (למשל הפקת ATP) נפגעים, ותאים רבים נפגעים או מתים.

•תאים שאין להם מספיק אנרגייה ותאים שנפגעו אינם מתחלקים, ולכן קצב ההתרבות יורד.