דלג לתוכן

נשימה, סביבה פנימית, קואורדינציה וטכנולוגיית גנים

Pearson Edexcel · International A-Level · Biology · נושא 5

שיעור וידאו לנושא זה פתח את עמוד הוידאו
10:22

יחידה 5: נשימה, סבי פנייתית, תיאום וטכנולוגיה גנטית

ריצה למנוסה ולבך מבצע סימפוניה: שרירים משרפים גלוקוז מהר יותר, הלב מכפיל את הפלט שלו, הנשימה מתעמיק, הזיעה מתחילה, הכליות…

קריאת קול באנגלית · תרגום אנגלי + סינית שרוף בתוך הסרטון

5.1

בתוך הגוף: אנרגיה, איזון ושליטה

ריצה לקראת אוטובוס והגוף שלך מבצע סימפוניה: שרפים שורפים גלוקוז מהר יותר, הלב מכפיל את היציאה שלו, הנשימה עמוקה יותר, הזיעה מתחילה, והכליות משנות מחדל את שחזור המים שלהן — הכל נשלט ללא מחשבה מודעת. יחידה זו עוקבת אחר המנגנון הזה: נשימה בקנה מידה מולקולרי, שרף ולב בקנה מידה רקמתי, עצבים והורמונים כשליטים, וביוטקנולוגיה כתא החדשני לכך.

WBI15 נשימה, סביבה פנימית, קואורדינציה וטכנולוגיה גנטית הוא היחידה IA2 השנייה: 1 שעה 45 דקות, 90 נקודות. היא בוחנת נושא 7 (נשימה, שרירים וסביבה פנימית) ונושא 8 (קואורדינציה, תגובה וטכנולוגיה גנטית), ושאלה אחת בעלת 20 נקודות מבוססת על מאמר מדעי שפורסם מראש — תלמדו אותו מראש.

5.1

נשימה: ארבעה שלבים, מטרה אחת

סיילבוס

ניסוחים נושא 7 7.1-7.8 עם ניסויי ליבה 15-16 (תוכן עניין עמ'35-36). תגובה אווירית כוללת ונשימה כתהליך שלבני-בשליטת אנזימים; גליקוליזה בציטופלזמה (פוספוריילציה של הדקסוזות, פוספוריילציה ברמת מצע ATP, NAD מופחת, פיבבייט; לקטט בתנאים אנאירוביים); תגובת הקישור ו cycles קרbs במטריקס המיטוכונדרי (דקרבוקסילציה, ATP, NAD מופחת, FAD מופחת); פוספוריילציה אוקסידטיבית על הקריסטות - שרשרת העברת אלקטרונים שמפוצה יוני מימן לחלל האינטרממברי וצמיאוסמוזה דרך ATP סינתאז, חמצן כמקבל אלקטרונים סופי; מטבוליזם של לקטט לאחר מאמץ אנאירובי; המקדם הנשימתי RQ = CO2 מופק / O2 נצרך עבור פחמימות (1.0), שומנים (0.7) וחלבונים (0.9); ניסויי ליבה 15-16 (רספירומטרים ונשימה באמצעות אינדיקטור הידרוקרבונט מלאכותי).

מקור: הסיילבוס הבינלאומי של קמבריד'ג'

נשימה משחררת אנרגיה בשלבים, כל אחד קטליז על ידי אנזים ספציפי. סיכום הנשימה האירובית:

$$\mathrm{C_6H_{12}O_6} + 6\mathrm{O_2} \rightarrow 6\mathrm{CO_2} + 6\mathrm{H_2O}\ (+\ \text{ATP})$$
שלב מקום מה קורה תפוקה נטו
גליקוליזה ציטופלזמה הוקסוז פוספוריילציה ואז פיצול; יצירת פירובט 2 ATP, 2 NAD מופחת
תגובת חיבור מטריקס מיטוכונדרי פירובט מחומצן ומדקרבוקסילציה לאצטיל- CoA 1 CO⦁₂, 1 NAD מופחת לכל פירובט
מחזור קרbs מטריקס אצטיל מחומץ לחלוטין; רגנרציה של מצע CO⦁₂, ATP, NAD מופחת, FAD מופחת
פוספוריילציה אוקסידטיבית כריסטים שרשרת הובלת אלקטרונים מזריקה H⦁⁺; כימיוזמוזה דרך סינתאזת ATP; O⦁₂ המקבל הסופי הכי הרבה ATP

תנאים אנאירוביים עוצרים את השרשרת — NAD מצומצם לא יכול להיות מחזור — ולכן פירובט מקבל את ההידרוגן שלו הופך ל-לקטט בשרף. לאחר פעילות גופנית, לקטט מובא לכבד ומובנה מחדש לגלוקוז (דורש חמצן: חוב החמצן).

מדד נשימה: $\mathrm{RQ} = \mathrm{CO_2}\ \text{produced} / \mathrm{O_2}\ \text{consumed}$. פחמימות 1.0, חלבונים 0.9, שומנים ≈ 0.7 — RQ של אורגניזם חושף מה הוא שורף.

שמאל: קצב נשימה פונה לשיא בטמפרטורת האופטימום של האנזים בסביבת גוף וקורס כאשר חלבונים מתדכאים. ימין: מדד נשימה לפי מצע.

בדיקה מודגמת. רזפיrometer מראה 60 סמ⦁³ CO⦁₂ שנוצר ו60 סמ⦁³ O⦁₂ שנצרך באותו פרק זמן: RQ = 1.0 — פחמימות. זרע נבוט עם RQ 0.7 שורף מאגרי שומן.

5.2

שרירים: הגליל החלק

סיילבוס

ניסוחים 7.9-7.11 (תוכנית עמ'36): איך שרירים, גידים, המערכת השלדית והרצועות מתפקדים יחד בתנועה (שריר מושך עצם מעבר למפרק; גיד מחבר שריר לעצם; רצועות מחזיקות עצמות יחד); מבנה סיבת שריר שלדית (תאים רב-גרעיניים מאוחדים, מיופריבלות של אקטין ומיוזין); תורת הסיבים החלקה בהתכווצות (חליפי סידן חושפים אתרי קישור, ראשי מיוזין עם ATP נקשרים ומושכים, אקטין מחליק); סיבים מהירים ואיטיים והסתגלות שלהם למאמץ ספרינט ועמידות.

מקור: הסיילבוס הבינלאומי של קמבריד'ג'

גיד מחבר שריר לעצם; רצועה מחברת עצם לעצם על פני מפרק; שרירים עובדים בזוגות אנטגוניסטיים. סיב שריר שלדי הוא תא משולב, רב-גרעיני ועמוס במיופריבלות המורכבות מאקטין ומיוזין.

התכווצות היא מחזור הגליל החלק: פעולה חשמלית משחררת Ca²⁺; הסידן חושף את אתרי הקישור באקטין; ראש המיוזין המנוע (שפוצץ את ה-ATP) נקשר, מושך את האקטין, ולאחר מכן מתנתק כאשר נקשר ATP חדש — אלפי ראשים בשנייה, כל מכה כמספר ננומטרים.

סיבים מהירים: עבים, מעט מיטוכונדריה, מהירים וחזקים, מתעייפים מהר (ריצה קצרה). איטים: הרבה מיטוכונדריה, אספקת דם עשירה, מיוגלובין — סבולת.

5.3

השעון העצמי של הלב וההתנגדות של המדולה

סיילבוס

ניסוחים 7.12-7.13, 7.15 עם מעשה ליבה 17 (תוכנית עמ'36): האופי המייוגני של שריר הלב; כיצד הפעילות החשמלית של הלב מתחילה בנקודת הסינו-אטריוולארית, עוברת לנקודה האטריאו-ונטריקולרית ולאורך סיבי פורקה; בקרת קצב הלב וקצב הנשימה על ידי מרכז הבקרה הקרדיו-ווסקולרי ומרכז הנשימה במחשלת; התפוקה הלבבית = נפח פעימה × קצב לב וחישובה; שינויים בנשימה ובתפוקה הלבבית במהלך פעילות גופנית; מעשה ליבה 17 משתמש ברצפי ספיromטר כדי לחקור את השפעות הפעילות הגופנית על נפח טידי, קצב נשימה ותפוקת נשימה.

מקור: הסיילבוס הבינלאומי של קמבריד'ג'

שריר לב מיוגני: הוא מקצף ללא כניסה עצבית. הנוד הסינו-אטריוואלי קובע את הקצב; הגל מתפשט לאtrium עד לנוד הAV, ואז לאורך סיבי פורקה לבטריקלים — ה atrium מתכווצים קודם, הבטריקלים שברית מאוחר יותר.

מרכז הבקרה הקרדיו-ויסקולרי ומרכז הנשימה במדולה הארוכה מתאימים את שתי המערכות לצורך: קולטנים כימיים חושים CO₂ ו-pH, ברורוקפטורים לחץ.

$$\text{cardiac output} = \text{stroke volume} \times \text{heart rate}$$

בדיקה מופתרת. במנוחה: 70 cm³ × 72 min⁻¹ ≈ 5.0 dm³ min⁻¹. במהלך מאמץ: 120 cm³ × 150 min⁻¹ = 18 dm³ min⁻¹ — הטבלה שהבחינה אוהבת. נפח נשימה עולה בצעד, נקרא ממסילות ספיאומטר (נפח גללי × קצב נשימה = נפח נשימה דק) .

5.4

הומיאוסטזיס ומשוב

סיילבוס

ניסוחים 7.14, 7.16-7.17 (תוכנית עמ'36): הומיאוסטזיס כשמירה על הסביבה הפנימית באיזון דינמי; משוב שלילי שמחזיר משתנים בתחומים צרים (ומשוב חיובי שמגביר שינוי); תפקידי מערכת העצבים האוטונומית, אדרנלין בתגובת הלחמה או בריחה, והיפותלמוס בוויסות חום (רחב כלי דם, הזעה, רעידות, הצמצמה כלי דם, זקירת שיער).

מקור: הסיילבוס הבינלאומי של קמבריד'ג'

הומיאוסטזיס שומר על הסביבה הפנימית באיזון דינמי — לא שקט, אלא משתנים מתנודדים בתוך גבולות צרים. משוב שלילי מתקן סטיות בכיוון כלשהו (דגם התרמוסטט); משוב חיובי מגביר אותן (ספירלה, לא לולאה — כמו בפעולה חשמלית או בחום יתר בלתי נשלט).

ויסות חום מתרחש דרך היפוטלאמוס: אובדן חום באמצעות הרחבת כלי דם והזעה; שמירת חום באמצעות הצרות כלי דם, רעידות גוף והתנשמת שיער. אדרנלין מכין לתגובת הלחמה או בריחה — קצב לב, סוכר בדם ודרכי אוויר מגיבים יחד.

5.5

הכלייה: סינון, ספיגה מחדש, כוונון מדויק

סיילבוס

הצהרות 7.18-7.21 (עמ' ספ'36-37): המבנה הגס והמיקרוסקופי של הכליה של בעלי חוליות (קליפה, לשכה, אגן; נפרון עם גלומרולוס, כוס בומאן, צינור מעוקל קדמי, לולאת הנלה, צינור איסוף); סינון אולטרה-פיזרלציה (לחץ גבוה מהשקידה האופתית, פודוציטים, ממברנת הבסיס) ושיבה מובחרת בצינור המעוקל הקדמי (גלוקוז, חומצות אמינו, מלחים ומים מסוימים); לולאת הנלה וגרדינט הפוטנציאל המיימי בשכך; ADH מההיפופיזה המגביר את חדירות המים בצינור האיסוף; ייצור אוריאה בכבד מחומצות אמינו עודפות (דניטרציה, לא נדרש פרט על מחזור האורניטין).

מקור: הסיילבוס הבינלאומי של קמבריד'ג'

הדם נכנס לגלומרול בניפרון בלחץ גבוה — הארטריולה הכניסה רחבה מהארטריולה היציאה — וחומרים קטנים נאלצים לעבור דרך פודוציטים וממברנת הבסיס אלקפסלת בומן (סינון אולטרה: הכל למעט תאים וחלבונים גדולים). הצינור המפותל הקדמי סופג מחדש כל הגלוקוז והחומצות האמיניות בנוסף לרוב המלחים והמים (הובלה פעילה ולאחר מכן אוסמוזה). לולאת הנלה בונה גרדיאנט של פוטנציאל מים לאורך המדולה באמצעות כפל נגד-זרימה. צינור האיסוף קובע את ההחלטה הסופית: ADH מההיפופיזה מזריק אקוואפורינים כדי לספוג יותר מים — שתן מרוכז כאשר יש מחסור במים, דלול כאשר אין.

פוטנציאל המים של הפילטר יורד בחריפות לאורך לולאת הנלה; הנבילות של צינור האיסוף — הנקבעת על ידי ADH — קובעת את ריכוז השתן הסופי.

חומצות אמיניות עודפות מדיאמינוציות בכבד; האמוניה הרעילה הופכת לאוריאה לשחרור.

בדיקה מופתרת. ADH נוכח → קירות צינור האיסוף נבילים → מים יוצאים לאורך הגרדיאנט לתוך הדם במדולה → נפח קטן, שתן מרוכז. אלכוהול מדכא את ADH — נפח גדול, שתן דלול.

מילון מונחים אימון
English עברית
actin/ˈæktɪn/ A protein forming thin filaments in muscle fibres and participating with myosin in contraction.
ADH/ˌeɪ diː ˈeɪtʃ/ Antidiuretic hormone: it increases water reabsorption in the kidney when blood is too concentrated.
Adrenaline/əˈdrenəlɪn/ A hormone released by the adrenal medulla that prepares the body for rapid action during stress or excitement.
all-or-nothing The principle that a single action potential is triggered when threshold is reached and has a characteristic amplitude rather than a graded size.
Auxin/ˈɔːksɪn/ A class of plant hormones involved in growth responses, including cell elongation and tropisms.
Bioinformatics The use of computing to store, analyse and compare biological data such as DNA sequences.
Bowman's capsule/ˈbəʊmənz ˈkæpsjuːl/ The cup-shaped structure around a kidney glomerulus that receives the filtrate formed by ultrafiltration.
cerebellum/ˌserɪˈbeləm/ A region of the brain involved in coordinating movement, balance and motor learning.
cerebral hemispheres The two large halves of the cerebrum, involved in functions including perception, voluntary movement, learning and memory.
collecting duct/kəˈlektɪŋ dʌkt/ A kidney tube receiving fluid from several nephrons, where further water and ion regulation helps determine urine composition.
deaminated Having had an amino group removed, as when excess amino acids are processed in the liver.
dopamine/ˈdɒpəmiːn/ A chemical messenger linked with reward, movement, and attention.
Epigenetics The study of changes in gene activity associated with mechanisms such as DNA methylation or chromatin modification without changing the DNA base sequence.
gibberellins A plant hormone involved in processes such as stem elongation, seed germination and growth.
Glycolysis/ɡlaɪˈkɒləsɪs/ The first stage of respiration, splitting glucose into two pyruvate in the cytoplasm.
Habituation/ˌhæbɪtʃuːˈeɪʃn/ A decreasing response to a repeated harmless stimulus.
nephron/ˈnefrɒn/ A microscopic kidney unit that filters blood plasma and modifies the resulting fluid through reabsorption and secretion.
nociceptors Sensory receptors that respond to potentially damaging stimuli and contribute to the sensation of pain.
Oxidative phosphorylation/ˈɒksɪdətɪv ˌfɒsfɔːrɪˈleɪʃn/ ATP formation linked to electron transport and chemiosmosis, with oxygen as the final electron acceptor in aerobic respiration.
oxygen debt/ˈɒksɪdʒn det/ The extra oxygen needed after exercise to break down accumulated lactic acid.
5.6

הפעלת גנים: גורמי תרגום ואפיקגנטיקה

סיילבוס

ניסוח 7.22 (תוכנית עמ'37): כיצד גנים מופעלים וכבויים על ידי גורמי תרגום הנקשרים ל-DNA (כולל הורמוני סטרואידים הנכנסים לתאים כדי לפעול כגורמי תרגום); אפגנטיקה - מתילציה של DNA ועיבוד היסטונים המשבילים גנים וכבאייה (למשל השתקת גני דיכוי ג tumors, איינפרייטינג פרדר-וילי); האופרון lac כמודל של ויסות גנים כאשר מתאים.

מקור: הסיילבוס הבינלאומי של קמבריד'ג'

גורם תרגום נקשר לקדדת גן ומפעיל או מכבה תרגום. הורמונים סטרואידיים חודרים דרך הממברנה ומשמשים כגורמי תרגום בעצמם — גן אחד יכול לשרת מספר רקמות. אפיקגנטיקה משתקת גנים ללא שינוי ברצף הבסיסים: מתילציה של DNA ועריכת היסטונים (אצטילציה) אורזים את ה-DNA מחוץ להישג יד של מנגנון התרגום. כישלונות חשובים: גן מדכא גידול מתומתל לא יכול לשלוט בחלוקת התאים; טעויות בהטבעה מסבירות את תסמונת פראדר-וילי.

5.7 5.8

דחי עצבי וסינפסות

סיילבוס

ניסוחים 8.1-8.7 (תוכנית עמ'37-38): מבנה של נוירונים חושיים, מקשרים ומנועים; הפוטנציאל השקט הנשמר על ידי משאבת נתרן-אשלגן; כיצד השראה פעולה נוצרת (דיפולריזציה, סף כל-או-כלום, ריפולריזציה, תקופה ריפרקטורית); הולכה לאורך אקסונים ללא מעטפת ומעטפת Saltatory; מבנה ותפקוד של סינפסות (שחרור נוירוטרנסמיטורים, קישור לקולטנים, חד-כיווניות); כיצד תרופות משפיעות על השראות עצביות בסינפסות (אגוניסטים, מעכבים, חסימת reuptake SSRI).

ניסוחים 8.8-8.10 (תוכנית עמ'38): הארגון של מערכת העצבים בשועלים (CNS = מוח וקשת השדרה; PNS, מחולק לסומטי ואוטונומי, סימפתטי ופראסימפתטי); כיצד קולטנים מגלים גירויים (תאי מקרן וקונוס ברטינה, פוטוריספטורים, תרמוריספטורים, כימוריספטורים, ברוריספטורים, פרופריוספטורים, נוצ'יספטורים); קשת הרפלקס המיתרית (חומר אפור ולבן) ומסלול שלושה הנוירונים שלה; התרגלות כמערכת תגובה מופחתת לגירוי חוזר.

מקור: הסיילבוס הבינלאומי של קמבריד'ג'

הנוירון הרגוע משאב Na⁺ החוצה ו-K⁺ פנימה (המשאבת נתרן-אשלגן), ושומר על פנים בטמפרטורה של כ−70 mV. גירוי מעבר לסף (כ−55 mV) פותח ערוצי נתרן: פעולה חשמלית של סוג "כול או שום" זוקפת ל+30 mV, ולאחר מכן ערוצי אשלגן מבצעים ריפולריזציה; תקופת החסם מונעת נסיעה אחורית ומגדירה תדר מקסימלי.

פוטנציאל פעולה: דפולריזציה כשהנתרן נכנס, ריפולריזציה כשהאשלגן יוצא, ולאחר מכן תקופת המנוחה.

בנוירונים מחוספסים ההיגוי קופץ מקשר לקשר (הולכה מלוערית) — הרבה מהר יותר. בסינפסה, כניסת סידן מגרה וקוזות נוירוטרנסמיטור להתמזג עם הממברנה הפרא-סינפטית; הנוירוטרנסמיטור מתפשט ונאחז ברצפטורים פוסט-סינפטיים; אנזימים ממחקים את המרווח לאחר מכן. תרופות פועלות כאן: SSRI חוסמים חזרת סרוטונין ללקיחה, כך שה אות נשאר; לידוקאין חוסם ערוצי נתרן; אקטסטי (MDMA) שוטף את החריץ בסרוטונין ואז משחית אותו.

מערכת העצבים מתחלקת: CNS (מוח, חוט השדרה) ו-PNS — סומטי (רצוני) ו-אוטונומי (בלתי רצוני; סימפתטי מאיצה, פארא-סימפתטי מרגיע). רצפטים הם טרנסדוצרים: מקרבות (אור חלש, רבים לכל תא ביפולרי — רגישות), קונות (צבע, אחד-לאחד — חדות), בנוסף תרמו-רצפטים, כימו-רצפטים, ברורצפטים, נוצי-רצפטים (כאב). קשת הרפלקס בשדרה עוברת מחוששי → מעבר → נוירון מוטורי בחומר האפור של השדרה — מהירה, בלתי רצונית, מגנת. הרגלה היא ירידה בתגובה לגירוי חסר סכנה חוזר.

5.9

צמחים: מתגי אור וגידול

סיילבוס

ניסוחים 8.11-8.12 עם מעשה ליבה 18 (תוכנית עמ'38): כיצד פייטוכרום (Pr סופג אור אדום ו-Pfr סופג אור אדום כהה) שולט בפריחה והת germination; אוקסין (IAA) וג'יברלינים בגידול והת germination (הארכת תאים, השראת אנזימים בשכבת האלוראון); חקירה מעשית של תגובות צמחים עם מעשה ליבה 18 והמעשה המומלץ הנוסף על התרגלות.

מקור: הסיילבוס הבינלאומי של קמבריד'ג'

פיטוכרום מתחלף בין Pr (סופק אדום) ל-Pfr (סופק אדום כמעט אדום); נטיית האדום באור השמש משאירה את Pfr דומיננטית, ושולטת בה germination ובפרחינות לפי אורך יום. אוקסינים מאריכים תאים על ידי חמצון קירות; ג'יברלינים מגיעים אנזימים (אמילז במעטפת האלורואון) שמזיזים עמקה בה germination.

5.10

המוח וכימיה שלו

סיילבוס

ניסוחים 8.13-8.16 (תוכן עניין עמ'38-39): קואורדינציה באמצעות מערכות עצביות והורמונליות; מיקום ותפקודי המוחות הגדולים, ההיפותלamus, ההיפופיזה, המוח הקטן והגשר; כיצד תמונות MRI, fMRI, CT ו-PET נוצרות ושימושיהן; איזונים בשקל של נוירוטרנסמיטרים (דופמין בParkinson's, סרוטונין בדיכאון) וכיצד ידע בכימיה המוחית מהווה בסיס לטיפול תרופתי (L-Dopa חוצה את מחסום הדם-מוח).

מקור: הסיילבוס הבינלאומי של קמבריד'ג'

נקודות ציון ותפקידים: חצאי כדור המוח (רצוני, מחשבה), מוח הקטן (תיאום, איזון), היפותרמוס וה pituitary מתחת להם (homeostasis, הורמונים), חולית הגשר (לב, נשימה). MRI מראה מבנה; fMRI מראה פעילות דרך זרימת דם מחמצן; CT סריקות מבניות מהירות; PET מטבוליזם עם סימני רדיו-אקטיביים.

כימיה קודם: פרקינסון הוא חוסר דופמין — מטופל ב-L-Dopa, שעובר את מכשלת הדם-מוח ומומרת לדופמין במוח. סרוטונין נמוך קשור לדיכאון — היעד של SSRI.

מילון מונחים אימון
English עברית
Homeostasis/ˌhəʊmiːəˈstɑːsiz/ Maintaining a relatively stable internal environment despite external or internal changes.
hypothalamus/ˌhaɪpəʊˈθælæməs/ A brain region that helps regulate homeostasis and links nervous control with hormonal signalling.
insulin/ˈɪnsjuːlɪn/ A hormone produced by pancreatic beta cells that helps lower blood glucose concentration.
Krebs cycle/krebz ˈsaɪkl/ A cycle of enzyme-controlled reactions that oxidises acetyl groups, releasing carbon dioxide and producing reduced coenzymes and a small amount of ATP or its equivalent.
lactate/ˈlækteɪt/ The ion formed from lactic acid, produced when pyruvate is reduced in lactate fermentation.
ligament A strong band of connective tissue joining bone to bone at a joint.
pituitary An endocrine gland at the base of the brain that releases hormones regulating several other glands and body processes.
plasmid/ˈplæzmɪd/ A usually circular DNA molecule that replicates separately from a cell’s main chromosome; engineered plasmids can carry inserted genes as vectors.
positive feedback/ˈpɒzɪtɪv ˈfiːdbæk/ A response that AMPLIFIES the original change, as in childbirth contractions.
proximal convoluted tubule/ˈprɒksɪml ˌkɒnvəˈluːtɪd ˈtjuːbjuːl/ The first twisted section of a kidney tubule, where useful substances such as glucose are reabsorbed.
Recombinant DNA/ˌriːˈkɒmbɪnənt ˌdiː en ˈeɪ/ DNA made by joining genetic material from different sources.
reflex arc/ˈriːfleks ɑːk/ The neural pathway connecting a receptor to an effector in a reflex response.
refractory period/rɪˈfræktəri ˈpɪərɪəd/ The interval after an action potential when another action potential is impossible or requires a stronger stimulus.
Respiratory quotient/rɪˈspɪrətəri ˈkwəʊʃənt/ The ratio of carbon dioxide produced to oxygen consumed during respiration, measured in comparable amounts over the same period.
restriction enzyme An enzyme cutting DNA at a specific base sequence.
saltatory conduction/ˈsɒltətəri kənˈdʌkʃn/ Transmission of an action potential along a myelinated axon by regeneration at successive nodes of Ranvier.
sino-atrial node The group of cells in the right atrium that normally initiates the heart's electrical rhythm.
sodium-potassium pump A membrane protein that uses ATP to move sodium ions out of a cell and potassium ions into it, maintaining their gradients.
sticky ends/ˈstɪki endz/ Short single-stranded DNA overhangs that can pair with complementary overhangs.
synapse/ˈsɪnæps/ A junction through which a neuron communicates with another cell, usually using a chemical transmitter.
tendon/ˈtendn/ A tough cord of collagen-rich tissue joining muscle to bone.
threshold/ˈθreʃəʊld/ A boundary value at which a specified effect begins or a decision changes.
transcription factor/trænˈskrɪpʃn ˈfæktə/ A protein that binds specific DNA sequences or interacts with transcription machinery to regulate gene expression.
urea/juːˈrɪə/ A nitrogen-containing compound formed from excess amino groups in mammals and excreted mainly in urine.
5.11 5.12

טכנולוגיית גנים

סיילבוס

ניסוחים 8.17-8.19 (תוכן עניין עמ'39): כיצד תרופות יכולות להיות מיוצרות באמצעות אורגניזמים מהנדסים גנטית (אינסולין מחיידקים, חלבונים אנושיים מחיות GM); ייצור DNA רקומבננטי - אנזימי הגבלה חותכים באתרי זיהוי עם קצוות דביקים, DNA ליגאזה מחברת, וקטורי פלסמיד עם גני סימון; טרנספורמציה של תאי ארח (מכת חום, אלקטרופורציה); בחירת גני סימון.

ניסוחים 8.20-8.21 (תוכן עניין עמ'39): מיקרו-אראים לזיהוי גנים פעילים (היברידציה mRNA); המונח ביואינפורמטיקה ושימושו בהשוואת רצפי DNA בין מינים ואנשים; הסיכונים והיתרונות של אורגניזמים מהנדסים גנטית בחקלאות וברפואה; יישומים כמו הורמון גדילה אנושי רקומבננטי ודג זברא זוהר.

מקור: הסיילבוס הבינלאומי של קמבריד'ג'

DNA רקומבננטי: אנזימת הגבלה חותכת DNA באתר ההיכר שלה, משאירה קצוות דביקים; הגן האנושי (עשוי ללא אינטרונים מ-mRNA) משולב ב-פלזמיד עם ligase DNA; הפלזמיד מ transformed לתאים חיבוריים; גני סימון (עמידות לאנטיביוטיקה או פלואורסצנציה) בוחרים את התאים שספגו אותו. הגדלת קנה במfermenter והבקטריות מפרשות אינסולין אנושי — נקי ובטוח יותר מאשר חילוץ מאיילים. בעלי חיים GM מייצרים חלבונים אנושיים בחלב; סיכונים ויתרונות של צמחי GM (עמידות, תוצרים מול זרימת גנים לצאצא wild) הם ההערכה הסטנדרטית.

מיקרו-אראי מזהים גנים פעילים: דוגמת mRNA היברידיזציה למדגמות משלימות על השבב; נקודות שמדליקות פלואורסצנציה מסמנות גנים שנמצאים בטרנסקריפציה. ביו-אינפורמטיקה משווה רצפים בין מינים ואנשים — איך קרובות נמדדת כעת.

מילון מונחים אימון
English עברית
ligase/ˈlɪɡeɪs/ An enzyme that joins molecules by forming a new chemical bond, as in joining DNA fragments.
Link reaction/lɪŋk rɪˈækʃn/ The conversion of pyruvate to acetyl-CoA, releasing carbon dioxide and reducing NAD before the Krebs cycle.
loop of Henle/luːp ɒv ˈhenl/ The hairpin-shaped section of a nephron that helps establish the kidney's medullary concentration gradient.
medulla oblongata A brainstem region involved in control of functions including breathing and heart rate.
methylation Addition of methyl groups; DNA methylation can affect gene expression.
Microarrays A surface carrying many known molecular probes used to test numerous sample targets in parallel.
minute ventilation The volume of air moved into or out of the lungs per minute, calculated from tidal volume and breathing frequency.
myelinated Having an insulating myelin sheath around an axon, enabling faster saltatory conduction.
myofibrils Contractile structures within muscle fibres, made of repeating sarcomeres containing actin and myosin filaments.
myogenic Able to initiate contraction within the muscle tissue itself, as in cardiac muscle.
myosin/ˈmaɪəsɪn/ A motor protein whose heads bind actin and use ATP during muscle contraction.
Negative feedback/ˈneɡətɪv ˈfiːdbæk/ A control process in which a change triggers responses that oppose that change.
5.11 5.12

בדוק את עצמך

  1. נסו את שלב הנשימה המתרחש במטריקונדרית ואת אחד מהכניסות שלו.
  2. שרירי רץ מייצרים לקטט. הסבירו מדוע, ומה קורה ללקטט לאחר מכן.
  3. ראשי מיוזין אינם יכולים להתנתק ללא ATP. הסבירו מה המשמעות לכך עבור שרירים לאחר המוות.
  4. חשבו את output הקרדיאלי עבור stroke volume 85 cm³ ו心率 140 min⁻¹.
  5. הסבירו מדוע artriolite afferent רחב יותר מאשר efferent arteriole.
  6. ציינו שתי הבדלים בין פידבק שלילי וחיובי, עם דוגמה אחת מכל אחד.
  7. מדוע מחסוף מגדיל את מהירות ההולכה?
  8. סף axon הוא −55 mV. גירוי מניע אותו ל−60 mV. מה קורה ולמה?
  9. אור אדום ממיר phytochrome לצורה哪一?
  10. הסבר מדוע L-Dopa מוסמנת במקום דופמין עצמו.
  11. נקודה במיקרו-אריי פולטת זוהר חזק. מה הדבר מעיד?
  12. מדוע יש ליצור את גן האינסולין האנושי מתוך mRNA ולא מתוך DNA גנומי כשמכניסים אותו לחיידקים?

תשובות: 1 תגובת הקישור (או מחזור קרbs) — קלט פירובט (או אצטיל); 2 חמצן מצומצם ולכן NAD מופחת מתחלף על ידי הפחתת פירובט ללקטט; לאחר מכן הלקטט עובר לכבד והופך חזרה לגלוקוז, באמצעות חמצן; 3 בלי ATP המיוזין נשאר קשור לאקטין — קשיחות ריגור; 4 $85 \times 140 = 11\,900\ \text{cm}^3\,\text{min}^{-1} = 11.9\ \text{dm}^3\,\text{min}^{-1}$; 5 הפרש הלחץ מניע את סינון האולטרפילציה של פלזמה לתוך cápsule Bowman; 6 משוב שלילי מחזיר משתנה לקודמת ההגדרה שלו (ויסות חום); חיובי דוחף אותו הרחק יותר (חום עולה); 7 האימפולס מקפוץ בין נקודות Ranvier במקום לעורר דפולריזציה של כל הממברנה — צעדים פחותים, גדולים יותר; 8 שום דבר — סף הגירוי לא הושג, ולכן אין פעולת פוטנציאל (כל או שום דבר); 9 Pfr; 10 דופמין אינו יכול לחצות את מכשלת הדם-מוח אך L-Dopa כן, והוא מומר לדופמין בתוך המוח; 11 שגן זה הועתיק באופן פעיל — ה-mRNA שלו היה נוכח והתקשר; 12 חיידקים אינם יכולים לבצע גזירה של אינטרון, ולכן הגן חייב להיות מגן成熟 mRNA שאינו מכיל אותם עוד.

מילון מונחים אימון
English עברית
Phytochrome A plant pigment system that detects red and far-red light and helps regulate developmental responses.

נושאים נוספים בPearson Edexcel · International A-Level · Biology

היכנס או צור חשבון

IGCSE, A-Level & AP