ביולוגיה חורף 2020-2021

ביולוגיה - חורף 2020-2021

תוכן העניינים

• הקדמה

  • מושגים בסיסיים

  • מאפייני יצורים חיים

  • איך נוצרו החיים

  • רמות ארגון בביולוגיה

  • תפיסת האבולוציה

  • השיטה המדעית

• מאקרו מולקולות

  • חלבונים: תפקיד, מבנה, אנזימים

  • שומנים

  • פחמימות

  • חומצות גרעין

• התא וחלקיו

  • פרוקריוטים ואאוקריוטים

  • אברונים בתאים אנימליים

  • אברונים בתאים צמחיים

  • שלד התא

• ממברנות וטרנספורט ממברנלי

  • חומרים אמפיפטים

  • מבנה הממברנה

  • מעבר חומרים את הממברנה

• מטבוליזם

  • מושגים פיזיקליים/כימיים של אנרגיה

  • גליקוליזה

  • מעגל קרבס

  • שרשרת מעבר אלקטרונים

  • תסיסה

• DNA

  • הדוגמה המרכזית

  • שכפול

  • שעתוק

  • תרגום

  • מוטציות

• מעגל התא

  • כרומוזומים

  • מיוזה

  • מיטוזה

• התפתחות

  • תהליך ההתפתחות

  • פוטנציאל התמיינות

  • תאי גזע

• הנדסה גנטית

  • אנזימי רסטריקציה

  • אלקטרופורוזה

  • cDNA

• מושגים והבהרות

  • שלי ברנשטיין, יעל הובר ונעמה אלה

הקדמה

• הגדרת ביולוגיה:

  • מדע העוסק בהרכבו של עולם החי, במקור החיים, ברבגוניותם, בהתנהגויות של היצורים החיים וביחסי הגומלין ביניהם לבין עצמם ובסביבתם (תחילת המאה ה-19). כיום ביולוגיה נתפסת כרב תחומית, ומאגדת תחומים העוסקים בתופעות הקשורות לחיים וליצורים חיים.

• חילוף חומרים:

  • מכלול התהליכים אשר בעטיים נוצרים אנרגיה וחומרי התא.

• רבייה:

  • היכולת ליצור דור המשך אשר אליו מועברות תכונות בצורה של חומר תורשתי.

• הגדרת חיים (מילון אבן שושן):

  • כל אשר נשמה באפו או יצור חי הוא אשר מסוגל להתרבות ומקיים חילוף חומרים.

• מאפיינים של יצורים חיים:

  • בנויים מתא אחד או יותר.

  • מכילים אינפורמציה גנטית.

  • מנצלים את האינפורמציה הגנטית לריבוי עצמי.

  • קשורים גנטית והתפתחו בדרך אבולוציונית.

  • יכולים להפוך מולקולות שבסביבתם למולקולות ביולוגיות חדשות.

  • יכולים לנצל אנרגיה מהסביבה למטרת פעילות תאית.

  • יכולים לווסת ולבקר את הסביבה הפנימית.

איך נוצרים חיים?

• תאוריית היצירה הספונטנית של החיים:

  • בעבר חשבו שחיים נוצרים יש מאין כלומר מולקולות דוממות הופכות ליצורים חיים באופן ספונטני. לדוגמה, רימות הופיעו על חתיכת בשר.

  • ניסוי של פרנסיסקו רדי (1668): הראה שמקור הרימות שנוצרות בבשר אינו בחתיכת הבשר אלא מגיעות מבחוץ.

  • הוא הראה שאם אוטם את הכלי עם הבשר אין בו רימות, ואילו אם משאיר פתוח יש בו רימות, וכך הסיק שמקורן אינו בחתיכת הבשר.

  • ניסוי של פסטר (1859):

  • הוכיח שהחיים אינם נוצרים ספונטנית מדומם.

  • פסטר שם נוזל עם נוטריינטים בשני כלים – אחד שהיה חשוף למיקרואורגניזמים והשני בעל "צוואר ברבור" שמונע ממיקרואורגניזמים להיכנס מהסביבה החיצונית אל הנוזל שבכלי.

  • הוא הרתיח את הנוזל כדי לוודא שאין בו אף יצור חי. לאחר מספר ימים מצא פסتر מיקרואורגניזמים בכלי שהיה חשוף, והוכיח שמקורם של החיים הוא מהסביבה החיצונית.

  • ניסוי של מילר-יורי (1953):

  • ניסוי זה בדק אם התנאים הכימיים בכדור הארץ הקדום היו יכולים לאפשר היווצרות של מולקולות מורכבות שיכלו ליצור חיים תוך השקעה של אנרגיה.

  • במערכת סגורה חיממו מים, אמוניה, מימן, ומתאן.

  • דרך התערובת העבירו זרם חשמלי שמטרתו לחקות מכת ברק בכדוה"א הקדום.

  • לאחר קירור של המערכת התגלה שבמערכת נוצרו חומצות אמינו, פורינים ופירימיידינים.

  • הניסוי הוכיח שהתנאים בכדור הארץ הקדום יכלו להביא ליצירת מולקולות אורגניות שהן הבסיס לחיים.

  • היררכיה הארגונית בטבע:

  • אטום ⟷ מולקולה ⟷ אברון ⟷ תא ⟷ רקמה ⟷ איבר ⟷ אורגניזם ⟷ אוכלוסייה ⟷ קהילה ⟷ ביוספרה

  • רמות שונות של ארגון בביולוגיה:

  • אורגניזמים חד תאיים – יצורים הבנויים מתא אחד.

  • אורגניזמים רב תאיים – יצורים הבנויים מהרבה תאים שעברו התמחות לתפקידים שונים.

  • תא פרוקריוטי – תא ללא גרעין.

  • תא אאוקריוטי – תא עם גרעין.

תפיסת הארגון האבולוציוני

• האחידות בטבע:

  • מוכיחה כי יש קשר התפתחותי בין כל האורגניזמים, כך לדוגמה התהליכים המטבוליים ותהליכי הבקרה בין חיידקים לבני אדם דומים.

• מוצא דומה:

  • לאורגניזמים בעלי דמיון מבני יש כנראה מוצא דומה – ההתפתחות היא תולדה של תהליכי התאמה (אדפטציה).

• דרווין:

  • הציע שלכל האורגניזמים החיים אב קדום משותף.

• ברירה טבעית:

  • מערכות חיות מתפתחות על ידי הישרדות דיפרנציאלית ורביה – אם לבעל חיים יש שינוי ספונטני שנותן לו יתרון הוא יעביר לצאצאיו ואלה ישרדו יותר; ההפך גם נכון.

השיטה המדעית

1. תצפיות – נראה תופעות שאנחנו רוצים להבין יותר לעומק

2. שאלות – נחשוב מהן השאלות שהיינו רוצים לענות עליהם

3. השערות – ננסח היפותזה תשובה אפשרית לשאלה שאנחנו חוקרים

4. ניבוי – ננבא מה אנחנו צריכים לראות כדי להוכיח שההיפותזה נכונה

5. בחינה - נבנה ניסוי שיוכל לבדוק את ההיפותזה שלנו

חומרים רלוונטיים מכימיה

• איזוטופים: יסודות הנבדלים זה מזה במספר הנויטרונים שלהם (אותו מספר אטומי).

• דעיכה רדיואקטיבית: מעבר בין איזוטופים על ידי פליטת נויטרונים וקרינה רדיואקטיבית כדי לרדת באנרגיה.

• אורביטל: אזור מסביב לגרעין שבו יש סבירות גבוהה למצוא לכל היותר 2 אלקטרונים.

• מולקולה: החלק הקטן ביותר של תרכובת מולקולרית ששומר על תכונותיו, בעלת מסה מולקולרית שהיא סכום המסות האטומיות של כל האטומים המרכיבים אותה.

• קשר קוולנטי: שני אטומים משתפים את אלקטרוני הערכיות שלהם.

• אלקטרושליליות: הנטייה היחסית של אטומים למשוך אליהם אלקטרונים בקשר הקוולנטי – יוצר פולריות (דיפול).

קשר יוני

• כאשר יש הבדל גדול בין האלקטרושליליות של אטומים, אלקטרונים עוברים מאטום אחד לשני, יוצרים מטען על כל אטום וכתוצאה מכך משיכה אלקטרוסטטית.

• חלשים יותר מקשרים קוולנטיים, יוצרים בדר"כ מלחים ומוצקים המומסים במים.

קשרי מימן

• קשר בין מולקולרי, חלשים יותר מקשרים קוולנטיים או יוניים.

איזומרים

• מולקולות המורכבות מאותם אטומים אך מסודרות באופן שוני ולכן גם בעלות תכונות שונות.

• איזומרים אופטיים: איזומרים שהן תמונת מראה זו של זו.

מולקולות הידרופיליות והידרופוביות

• מולקולות הידרופיליות: מולקולות פולריות המומסות במים, בדר"כ בעלות יכולת ליצור קשרי מימן.

• מולקולות הידרופוביות: מולקולות לא-פולריות הדוחות את המים וכתוצאה מכך מתקבצות במים לצבר על מנת להקטין את שטח הפנים מול המים.

חומצות

• חומצה: חומר המגדיל את ריכוז הפרוטונים (+H) כאשר הוא מתמוסס במים.

• בסיס: חומר המקטין את ריכוז הפרוטונים כאשר הוא מתמוסס במים, וכתוצאה מכך נוצרים יוני הידרוקסיד (-OH).

ריאקציות אקסרגוניות ואנדרג

תפיסת הארגון האבולוציוני

• האחידות בטבע:
  • מוכיחה כי יש קשר התפתחותי בין כל האורגניזמים, כך לדוגמה התהליכים המטבוליים ותהליכי הבקרה בין חיידקים לבני אדם דומים.
• מוצא דומה:
  • לאורגניזמים בעלי דמיון מבני יש כנראה מוצא דומה – ההתפתחות היא תולדה של תהליכי התאמה (אדפטציה).
• דרווין:
  • הציע שלכל האורגניזמים החיים אב קדום משותף.
• ברירה טבעית:
  • מערכות חיות מתפתחות על ידי הישרדות דיפרנציאלית ורביה – אם לבעל חי יש שינוי ספונטני שנותן לו יתרון הוא יעביר לצאצאיו ואלה ישרדו יותר; ההפך גם נכון.

השיטה המדעית

1. תצפיות – נראה תופעות שאנחנו רוצים להבין יותר לעומק.
2. שאלות – נחשוב מהן השאלות שהיינו רוצים לענות עליהם.
3. השערות – ננסח היפותזה, תשובה אפשרית לשאלה שאנחנו חוקרים.
4. ניבוי – ננבא מה אנחנו צריכים לראות כדי להוכיח שההיפותזה נכונה.
5. בחינה - נבנה ניסוי שיוכל לבדוק את ההיפותזה שלנו.

חומרים רלוונטיים מכימיה

• איזוטופים: יסודות הנבדלים זה מזה במספר הנויטרונים שלהם (אותו מספר אטומי).
• דעיכה רדיואקטיבית: מעבר בין איזוטופים על ידי פליטת נויטרונים וקרינה רדיואקטיבית כדי לרדת באנרגיה.
• אורביטל: אזור מסביב לגרעין שבו יש סבירות גבוהה למצוא לכל היותר 2 אלקטרונים.
• מולקולה: החלק הקטן ביותר של תרכובת מולקולרית ששומר על תכונותיו, בעלת מסה מולקולרית שהיא סכום המסות האטומיות של כל האטומים המרכיבים אותה.
• קשר קוולנטי: שני אטומים משתפים את אלקטרוני הערכיות שלהם.
• אלקטרושליליות: הנטייה היחסית של אטומים למשוך אליהם אלקטרונים בקשר הקוולנטי – יוצר פולריות (דיפול).

קשר יוני

• כאשר יש הבדל גדול בין האלקטרושליליות של אטומים, אלקטרונים עוברים מאטום אחד לשני, יוצרים מטען על כל אטום וכתוצאה מכך משיכה אלקטרוסטטית.
• חלשים יותר מקשרים קוולנטיים, יוצרים בדר"כ מלחים ומוצקים המומסים במים.

קשרי מימן

• קשר בין מולקולרי, חלשים יותר מקשרים קוולנטיים או יוניים.

איזומרים

• מולקולות המורכבות מאותם אטומים אך מסודרות באופן שוני ולכן גם בעלות תכונות שונות.
• איזומרים אופטיים: איזומרים שהן תמונת מראה זו של זו.

מולקולות הידרופיליות והידרופוביות

• מולקולות הידרופיליות: מולקולות פולריות המומסות במים, בדר"כ בעלות יכולת ליצור קשרי מימן.
• מולקולות הידרופוביות: מולקולות לא-פולריות הדוחות את המים וכתוצאה מכך מתקבצות במים לצבר על מנת להקטין את שטח הפנים מול המים.

חומצות

• חומצה: חומר המגדיל את ריכוז הפרוטונים (+H) כאשר הוא מתמוסס במים.
• בסיס: חומר המקטין את ריכוז הפרוטונים כאשר הוא מתמוסס במים, וכתוצאה מכך נוצרים יוני הידרוקסיד (-OH).

ריאקציות אקסרגוניות ואנדרג