מתא לסיסטמה
תא אחד הפך להרבה; הרבה תאים הפכו לרקמות, איברים וסיסטמות; וכל סיסמה משמשת אותו שלושה משימות – קבלת מה שהגוף זקוק לו, העברתו למקום בו הוא משמש, והסרת מה שהגוף לא צריך לשמור. סעיף זה הוא ליבת הביולוגיה ב-IGCSE: תאים וחומרים, כיצד חומרים חוצים ממברנות, תזונה בצמחים ובאדם, נשימה, החלפת גזים, הובלה, פליטה וקואורדינציה.
Edexcel International GCSE Biology 4BI1, Section 2 (הצהרות 2.1–2.95) הוא הסעיף הגדול ביותר בקורס ומזין כל שאלה ארוכה בשתי הבחנים. הצהרות מסומנות ב-B הן הרחבת מדעים נפרדים (ביולוגיה בלבד); סטודנטים לקבלת פרס כפול לומדים את הליבה ללא אות.
ארגון ותאים
הארגון עולה: אורגנלים → תאים → רקמות → איברים → סיסטמות.
| מבנה | פונקציה |
|---|---|
| גרעין | מכיל DNA, שולט בתא |
| ציטופלזמה | מקום התרחשות התגובות |
| ממברנת תא | שולטת מה שנכנס ויוצא |
| מעטפת תא (צמחים) | חוזק (ציולוזין) |
| מיטוכונדריות | משחררות אנרגיה בנשימה |
| כלורופלסטים (צמחים) | סופגים אור לפוטוסינתזה |
| ריבוזומים | סינתזת חלבונים |
| וואקואולה | מאחסנת מים וחומרים מומסים (גדולה וקבועה בצמחים) |
2.5B תאים מיוחדים מתפתחים באמצעות הבחלת תאים; 2.6B תאי גזע יכולים להחליף תאים פגומים – יתרונות: טיפול במצבים כמו שיתוק או לוקמיה; חסרונות: דאגות אתיות לגבי עוברים, סיכון לדחייה וחלוקה בלתי נשלטת.
חומרים ביולוגיים ואנזימים
פחמימות מכילות C, H, O; חלבונים מוסיפים N; ליפידים הם C, H, O עם הרבה פחות חמצן. מולקולות גדולות הן שרשראות של יחידות קטנות: עמילן וגליקוגן מסוכרים פשוטים, חלבון מחומצות אמינו, ליפיד מחומצות שומן וגליצרול. 2.9 בדיקות מזון: גלוקוז – בנדיקט (חימום, כחול → אדום לבנה); עמילן – יוד (צהוב-חום → כחול-שחור); חלבון – ביורט (כחול → סגול); שומן – אמולסיית אתנול (שכבה לבנה עכורה).
אנזימים הם זרז ביולוגיים: הם מאיצים תגובות מטבוליות ללא שימוש. לכל אחד יש אתר פעיל שהסובסטראט חייב להתאים. מעל הטמפרטורה האופטימלית או מחוץ ל-pH האופטימלי, האתר הפעיל משנה צורה (דנצורציה) והאנזים אינו עובד יותר. מעשה 2.12/2.14B עוקב אחרי אמילזה עיכול עמילן בטמפרטורות או pH שונים עם יוד.
תנועה לתוך ולחוץ מתאים
התפשטות היא התנועה הכוללת של חלקיקים מריכוז גבוה לנמוך (חמצן לתוך הדם). אוסמוזה היא התפשטות מים דרך ממברנה חדירה-לחצית מממיסול דליל למרוכז יותר. הובלה פעילה מעבירה חומרים נגד ריכוז באמצעות אנרגיה מהנושמה (יוני מינרלים לתוך תאי שיער השורש). הקצב עולה עם יחס שטח פנים-נפח, ריכוז וטמפרטורה, ויורד עם המרחק.
תזונה
צמחים פורחים. פוטוסינתזה ממרת אנרגיה אורגנית לאנרגיה כימית הנשמרת בגלוקוז:
גורמים מגבילים: ריכוז דioxydof carbon, עוצמת אור, טמפרטורה — כל אחד מהם מגביר את הקצב עד לגורם אחר שמגביל. יוני מגנזיום בונים כלורופיל (חוסר גורם להצהבת עליים); יוני ניטרט בונים חומצות אמינו. 2.23: צמח סוגריה מדגים שחרור חמצן; בדיקת יוד לבדיקת עמודה בעלה לאחר חסימת אור, CO₂ או כלורופיל.
אדם. תזונה מאוזנת: פחמימות, חלבון, שומן, ויטמינים A (ראיית לילה), C (רקמת קישור), D (ספיסת סידן), סידן ( עצמות) ברזל (המוגלובין), מים ותאית. צרכי האנרגיה עולים עם פעילות, גדילה (גיל) והריון. העורקה הגישה – פה → שתייה → קיבה → דואודנום ואליום → מעלה גס ומעלה ישר, עם היציאה מהלעסה על ידי תנועת אינטרסטינל. עיכול: אמילאז ומלטאז (פחמימות → גלוקוז), פרוטאזות (חלבון → חומצות אמינו), ליפאזות (שומן → חומצות שומן + גליצרול). נוזל מרה (מוצר בכבד, מאוחסן בכיס המרה) נטרל חומצת הקיבה ומשחף שומנים לטיפות. קיר האליום מתקפל לוילוס: שטח פנים עצום, קירות בעובי תא אחד, רשת כלי דם דחוסה – בנויים לספיסה.
נושמה והחלפת גזים
הנושמה משחררת אנרגיה מגלוקוז כדי לייצר ATP, המספק אנרגיה להתכווצות שרירים, סינתזת חלבון והובלה פעילה. אירובית: גלוקוז + חמצן → פחמן די-אוקסיד + מים (נוסחה סימבולית: C₆H₁₂O₆ + 6O₂ → 6CO₂ + 6H₂O). אנאירובית (ללא חמצן): בחיות גלוקוז → חומצת חלב (פחות אנרגיה, חוב חמצן); בצמחים ובשמרים גלוקוז → אלכוהול + פחמן די-אוקסיד.
צמחים (2.40B–2.45B). גזים זזים דרך התפשטות דרך נקבוביות נשימה; צורתו השטוחה של העלה, חלל האוויר והמשטחים הדקים והרטובה משרתים החלפת גזים כמו שהם משרתים פוטוסינתזה. במהלך היום, הפוטוסינתזה עולה על הנושמה, ולכן החלפה כללית היא CO₂ בתוך ו-O₂ החוצה; בלילה רק הנושמה ממשיכה (חלפה כללית O₂ בתוך, CO₂ החוצה). אינדיקטור הידרוגן-פוספט מראה זאת: כתום → צהוב עם CO₂ (חושך), כתום → סגול עם פחות CO₂ (אור בהיר).
אדם (2.46–2.50). החזה: צלעות, שרירי ביניצלעות, דיאפרגמה, קנה-אוויר → ברונקים → ברונקיולים → אלvéoli, כולם בממברנות פלורליות. שאיפה: שרירי הביניצלעות והדיאפרגמה מתכווצים, נפח החזה עולה, לחץ יורד ואוויר נכנס. עישון פוגע באלvéoli (אמפיזמה), חוסם עורקים ומגביר את הסיכון למחלת לב קורונרית.
הובלה
אורגניזמים חד-תאיים מסתדרים עם התפשטות בלבד — כל חלק קרוב לפני השטח. אורגניזמים רב-תאיים זקוקים למערכות הובלה.
צמחים. קסלם מעביר מים ויוני מינרלים מהשורשים לעלים; פלואם מעביר סוכרוז וחומצות אמינו בין עלים ושאר הצמח. הרחבה B: תאי שער השורש סופים מים באמצעות אוסמוזה; התנדפות היא אידוי מים מפני השטח, בעיקר דרך נקבוביות נשימה, מהירה יותר באוויר לח, רוח גבוהה, טמפרטורה גבוהה ואור בהיר.
אדם. דם: פלזמה (מעבירה CO₂, מזון מעוכל, אוריאה, הורמונים, חום), תאי דם אדומים (דיסקים דו-קעורים, ללא גרעין, מלאים ב-המוגלובין — שטח פנים גדול ומסלול התפשטות קצר לחמצן), תאי דם לבנים (פגוציטים בולעים מחלות; לימפוציטים משחררים אנטיבodies ספציפיים), וצליות (קרישת דם, הרחבה B; חיסון בונה תאי זיכרון, הרחבה B).
הצד הימני של הלב שואף דם לעורפים, הצד השמאלי לגוף; פעילות גופנית ואדרנלין מעלים את קצב הלב. עורקים מעבירים דם החוצה בלחץ גבוה (קירות עבים וגמישים), וורידים מחזירים אותו בלחץ נמוך (לומן רחב, שסתומים), קפילריות מבצעות חילוף חומרים (קירות בעובי תא אחד). גורמי הסיכון למחלת לב קורונרית כוללים עישון, תזונה עשירה בשומן וחוסר בפעילות גופנית.
פליטה
צמחים מאבדים פסולת O₂ ו-CO₂ דרך נקבוביות נשימה. אדם מפלטה CO₂ (עורפים), אוריאה + מים + יונים (כליות — מים ואוריאה גם בזיעה). הרחבה B: הכליה מסננת דם בקניפרונים (כיס בומן → גלומרולוס; סינון אולטרה; ספיסה סלקטיבית של כל הגלוקוז בצינור המעגל הקרוב; ספיסת מים מהצינור האוסף תחת ADH — אוסמו-ריגולציה). שתן מכיל מים, אוריאה ויונים; מערכת השתן פועלת כליות → שוטרים → שלפוחית שתן → תעלת השתן.
קואורדינציה ותגובה
הומיאוסטאז שומר על סביבה פנימה קבועה (תכולת מים, טמפרטורה). תגובה מתואמת דורשת גירוי → קולט → אפקטור. צמחים מגיבים לאור (פוטטרופיזם) ולכובד (גיאטרופיזם) — הגבעולים גדלים כלפי האור, השורשים כלפי המטה — תחת שליטה של אוקסין שמצטבר בצד המוצל של הגבעול.
בקרה עצבית היא חשמלית, מהירה וקצרת-חיים; בקרה הורמונלית היא כימית בדם, איטית ובעלת משך זמן ארוך יותר. המערכת העצבית המרכזית (מוח ועמוד השדרה) מחוברת לאיברי החוש בעצבים; בסינapse נוירוטרנסמיטור מעביר את האות בין נוירונים.
העיניים מתמקדות על ידי שינוי צורת עדשה (קרוב: עקומה יותר) ומגיבות לאור דרך אישון. ויסות טמפרטורת עור: הזעה מקררת באמצעות אידוי; רחב כלי דם מאבדת חום; צמצום כלי דם שומרת על החום. הורמונים: אדרנלין (בלתיות – קרב או בריחה), אינסולין (לבלב – מפחית גלוקוז בדם), טסטוסטרון (ביצים), פרוגסטרון ואסטרוגן (שחלות); הרחבת B מוסיפה ADH (בית גרמין), FSH וLH (בית גרמין – מחזור חודשי).
בדוק את עצמך
- סדר לפי גודל: תא, איבר, אורגנל, מערכת, רקמה.
- ציין שני מבנים שיש לתא צמח שאין לתא חייתי, ואחד שיש לתא חייתי שרוב תאי הצמח חסרים.
- ציין את היחידות הקטנות הבונות חלבונים, עמילן ושומנים.
- ציין את שינויי הצבע לבדיקות בנדיקט, יוד וביורט.
- מדוע חימום אנזימה רחוק מעל הנקודה האופטימלית מפסיק את פעילותה?
- הבדל בין דיפלוזיה, אוסמוזה והובלה פעילה בכל משפט אחד.
- כתוב את המשוואה הסמלית המאוזנת לפוטוסינתזה ולנשימה תאית אוקסיגנית.
- צייני שני הסתגלויות של העל לפוטוסינתזה ושתי הסתגלויות של האלבאול להחלפת גזים.
- מדוע אורגניזם חד-תאי יכול לשרוד ללא מערכת הובלה?
- השווהSh between arteries, veins and capillaries by wall thickness, lumen size and function.
- סקר מה קורה לגלוקוז, מים ודשן כנוזל עובר לאורך נפרון (B).
- ציין את מסלול מעגל הרפלקס, ותן יתרון אחד לרפלקסים.
תשובות: 1 אורגנל → תא → רקמה → איבר → מערכת; 2 דופן תא תאית וכלורופלסטים (ועם וואקואולה גדולה וקבועה); בתאי בעלי חיים יש הרבה מיטוכונדריה; 3 חומצות אמינו; סוכרים פשוטים; חומצות שומן וגליצרול; 4 ברנדט כחול → אדום לבנה (עם גלוקוז, בחימום); יוד כתום-חום → כחול-שחור (עם עמילן); ביוורט כחול → סגול (עם חלבון); 5 האתר הפעיל משנה צורה (דינצורציה) כך שהמצע אינו מתאים עוד; 6 פיזור – זרימה נטו לאורך גרדיאנט ריכוז; אוסמוזה – מים בלבד, דרך ממברנה חלקית חדירה; הובלה פעילה – נגד הגרדיאנט, באמצעות אנרגיה; 7 6CO₂ + 6H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6O₂ (אור, כלורופיל); C₆H₁₂O₆ + 6O₂ → 6CO₂ + 6H₂O; 8 עלה: משטח שטוח רחב ותאים פרשומיים ארוזים בכלורופלסטים (או חללי אוויר/קיטוביות); אלבאול: קירות בעובי תא אחד ושטח פנים עצום (משטח לח, רשת כפילרית); 9 שטח הפנים שלו גדול ביחס לנפחו, כך שהפיזור מגיע לכל חלק מספיק מהר; 10 עורקים – קירות שרירים עבים, לומן צר, נושאים דם החוצה בלחץ גבוה; ורידים – קירות דקים, לומן רחב, שסתומים, מחזירים דם בלחץ נמוך; כפילרים – קירות בעובי תא אחד, מחליפים חומרים; 11 (B) כל הגלוקוז מוסח בחזרה באופן סלקטיבי לדם בצינור המעוגל הקדמי; מים מוסחים בחזרה מהצינור האוסף (מנוהל על ידי ADH); מיאוראה אינה מוסחת בחזרה ועוברת בשתן עם מים ויונים; 12 גירוי → קולט → נוירון חוש → נוירון ביניים (מערכת העצבים המרכזית) → נוירון מוטורי → אפקטור; רפלקסים הם מהירים ואוטומטיים, ומגנים על הגוף לפני שנגרם נזק.