שאלון: Quiz

במה השאלה עוסקת: טרנספורטרים – תעלות ונשאים

תשובה ב. קצב הטרנספורט דרך תעלה הוא מהיר יותר כיון שתעלה לא נדרשת לבצע שינוי קונפורמציה, בעוד שנשא, לאחר קישור הסובסטרט, חייב לשנות קונפורמציה ולשחרר את החומר בצדה השני של הממברנה. תעלה היא למעשה חור סלקטיבי בממברנה ולכן חומרים עוברים דרכה באופן מהיר יותר. הבדל נוסף בין שני הטרנספורטרים הוא האופן שבו כל אחד מגיב לריכוזי סובסטרט עולים. עבור חומר שעובר בדיפוזיה דרך תעלות, קצב הדיפוזיה יגדל באופן ליניארי כתלות בריכוזי סובסטרט עולים. לעומת זאת, דיפוזיה דרך נשא מתנהגת באופן דומה לקינטיקת מיכאליס מנטן. במודל מיכאליס מנטן, בריכוזי סובסטרט גבוהים האנזים (או הנשא) מגיע לרוויה כאשר הוספה של סובסטרט נוסף לא תגדיל את המהירות. למעשה המהירות בנקודה זו היא המהירות המקסימלית.

שלילת מסיחים:

א. חוק פיק מודד דיפוזיה פשוטה ולא דיפוזיה דרך תעלות או נשאים. דיפוזיה פשוטה היא דיפוזיה שלא נעזרת באף חלבון לצורך המעבר ומתרחשת עם מפל הריכוזים. ניתן לחשב קצב מעבר דרך תעלה אבל הדבר נובע מהתכונות של התעלה, מטען חשמלי וכדומה, חישובים שאינם רלוונטים עבורכם. כן חשוב להבין שעבור חומר שחודר את הממברנה בקלות בדיפוזיה פשוטה, קצב הדיפוזיה יתנהג באופן דומה לדיפוזיה דרך תעלות. ככלל, קצב הדיפוזיה יגדל באופן ליניארי כתלות בריכוזי סובסטרט עולים. יחד עם זאת יש הבדלים בין דיפוזיה פשוטה ודיפוזיה דרך תעלה כמו למשל שתעלה יכולה להיסגר, וכן כפי שציינתי תכונות נוספות שיש לתעלות.

ג. ישנם מצבים בהם חומרים נעים כנגד מפל הריכוזים שלהם כמו למשל במקרה של יונים שהן מולקולות טעונות. עבור יונים ישנם שני כוחות שקובעים את כוון תנועתם, הכוח החשמלי והפרשי הריכוזים. כאשר הכוח החשמלי למשל גדול יותר מהכוח הנובע ממפל הריכוזים, היון ינוע כנגד מפל הריכוזים שלו עד אשר שני הכוחות יתאזנו. פוטנציאל אלקטרוכימי הוא ערך שמשלב את שני הכוחות הללו וניתן להסתכל עליו ככמות האנרגיה הפוטנציאלית שתשתחרר בעת העברת המולקולה בין צדדי הממברנה (מחושב ב-Juole). ניתן לחשב פוטנציאל אלטקרוכימי של חומר באמצעות הנוסחה הבאה: μx= RTlnXiXo+ZxFVm, כאשר R הוא קבוע הגזים, T טמפרטורה, Xi ריכוז בתוך התא, Xo ריכוז מחוץ לתא, Zx ערכיות היון,F  קבוע פאראדיי ו- Vm מתח הממברנה. כאשר שני הכוחות משתווים היון מגיע לשיווי המשקל שלו והפוטנציאל האלקטרוכימי משתווה ל-0.

ד. ישנם נשאים שמעבירים חומרים עם מפל הריכוזים וכנגד מפל הריכוזים. נשאים שמעבירים חומר כנגד מפל הריכוזים צורכים לשם כך אנרגיה וטרנספורט מסוג זה מכונה טרנספורט אקטיבי. נשאים שדורשים אנרגיה לצורך ההעברה והאנרגיה שלהם אינה מגיעה מ-ATP, פועלים במנגנון המכונה טרנספורט אקטיבי שניוני. בטרנספורט אקטיבי שניוני יש שימוש במפל ריכוזים של חומר X (אשר הושג באמצעות הידרוליזת ATP), לצורך העברת חומר Y לצידה השני של הממברנה כנגד המפל האלקטרוכימי שלו. מנגנון העברה זה יכול להיות סימפורטר (co-transporter/symporter) או אנטיפורטר (antiporter). תעלות בהכרח מעבירות חומרים באופן פסיבי, כלומר עם המפל האלקטרוכימי של המולקולה ולכן לא צורכות אנרגיה לשם כך.

ה. תעלות ונשאים הם טרנספורטרים בררניים ולכן אינם יכולים להעביר דרכם מספר סוגים של יונים. בתעלות למשל יש סלקציה לפי גודל היון וצפיפות המטען החשמלי שלו ולכן הן סלקטיביות ליון מסוים. חשוב לסייג אמירה זו בכך שישנן תעלות שפחות בררניות ויכולות להעביר יונים בעלי מכנה משותף כמו למשל יונים חיוביים- נתרן ואשלגן.

במה השאלה עוסקת: אוסמוזה, אוסמולריות, אוסמולליות ולחץ אוסמוטי

תשובה א. כדי לענות על שאלה זו נתחיל בלהכיר מונח בסיסי יותר והוא אוסמול (osmol). אוסמול הוא יחידת מידה למספר המומסים בתמיסה. כך למשל, אם יש מול אחד של מלח (NaCl), יש שני אוסמול חלקיקים כיון שכל מולקולה של NaCl מתפרקת ל-Na ו-Cl בתמיסה מימית. אוסמולליות היא מדד לריכוז המומסים בתמיסה, כלומר מספר המומסים (אוסמול) בק”ג אחד של ממס. אוסמולריות היא מספר המומסים (אוסמול) בליטר אחד של ממס. אוסמולליות היא מדד יותר מדויק כיון שנפח משתנה בהתאם לטמפרטורה בעוד מסה אינה משתנה. למשל בטמפרטורה גבוהה, אוסמולריות התמיסה עלולה לרדת (מכיוון שנפח התמיסה גדל) אך האוסמולליות תישאר אותו דבר (מכיוון שמסת התמיסה לא השתנה) .

אוסמוזה היא מעבר מים ממקום בו הלחץ האוסמוטי נמוך למקום בו הלחץ האוסמוטי גבוה. חשוב להבדיל בין לחץ אוסמוטי ובין אוסמולריות ואוסמולליות. תחילה כיון שהם מודדים דברים שונים, לחץ אוסמוטי מודד את מידת הלחץ שמופעל על הממברנה על ידי המומסים הבלתי חדירים. אוסמולריות ואוסמולליות הם מדדים לריכוז המומסים בתמיסה. סיבה נוספת להבחנה בין המונחים היא שלחץ אוסמוטי נוצר על ידי מומסים שאינם חודרים את הממברנה (מומסים אפקטיביים), בעוד אוסמולריות ואוסמולליות מודדים את כלל המומסים, ללא הבחנה אם הם חודרים או שאינם חודירם את ממברנת התא.

שלילת מסיחים:

ב. אוסמולריות אומדת את ריכוז החלקיקים ב-1 ליטר של ממס.

ג. אוסמולליות אומדת את ריכוז החלקיקים ב-1 ק”ג של ממס.

ד. כאמור קיים הבדל בין שני המונחים כפי המתואר בתשובה לסעיף א’.

במה השאלה עוסקת: טוניות ומדורי המים בגוף

תשובה א. מדורי המים בגוף מחולקים לשניים, תוך התא וחוץ התא ויחד הם מהווים כ-60% ממשקל הגוף. המדור החוץ תאי מחולק גם הוא לשני תת מדורים, הפלסמה (plasma) והנוזל הבין רקמתי (interstitial fluid). תתי המדורים במדור החוץ תאי מופרדים על ידי קירות מערכת הדם שחדירות ליונים ומולקולות קטנות ואינן חדירות לחלבונים. כעת, כדי לענות על השאלה נזכר במשמעות המושג טוניות. טוניות היא מדד לריכוז מומסים אפקטיביים בתמיסה, כלומר מומסים שאינם חוצים את הממברנה. זהו מונח השוואתי בין שתי תמיסות שונות. תמיסות איזוטוניות הן תמיסות עם אותה כמות מומסים אפקטיביים, תמיסה היפרטונית היא תמיסה עם יותר מומסים אפקטיביים ביחס לתמיסה אחרת ותמיסה היפוטונית היא תמיסה עם פחות מומסים אפקטיביים ביחס לתמיסה אחרת. מונח נוסף שחשוב להבינו בהקשר לשאלה הוא אוסמולליות. אומולליות היא מדד לריכוז המומסים בתמיסה, כלומר מספר המומסים (אוסמול) בק”ג אחד של ממס.

בשאלה הוכנסה לפלסמה תמיסה היפרטונית, כלומר תמיסה שמכילה יותר מומסים אפקטיביים ביחס לערכים נורמליים בתא. כיון שהפלסמה והנוזל הבין רקמתי מופרדים ע”י קרום חדיר, ניתן לייחס לכל הנוזל החוץ תאי אוסמולליות זהה כמו לפלסמה, כלומר גבוהה יותר מפנים התא. בשלב הבא, כיון שחוץ התא היפרטוני ביחס לתוך התא מים ינועו מתוך התא החוצה בכדי להגיע לשיווי משקל. תנועה זו של המים תוריד את ערכי האוסמולליות במדור החוץ תאי ותעלה את ערכי האוסמולליות במדור התוך תאי. חשוב לציין שהתנועה מתבצעת ע”י מים ולא ע”י המומס כיון שמדובר במומסים אפקטיביים שלא יכולים לחצות את הממברנה. כמו כן מעבר המים מתוך התא החוצה, יגרום לתא לאבד מנפחו. לפיכך יציאת המים מובילה לשתי תוצאות: הקטנת נפח הפלסמה והגדל האוסמולליות.

שלילת מסיחים:

ב. בשאלה מוצג מצב בו לפלסמה מוזרקת תמיסה היפרטונית, קרי בעלת ריכוז מומסים אפקטיביים גבוה יותר ביחס לתוך התא. מצב כזה מחייב את התא להוציא מים והוצאה זו תגרום להקטנת נפחו. בכדי שנפח המדור התוך תאי יגדל, יש להכניס לפזמה תמיסה היפוטונית, קרי תמיסה בעלת ריכוז מומסים אפקטיביים נמוך ביחס לתוך התא. במצב זה מים יכנסו לתוך התא וזאת בכדי להפוך את התמיסות לתמיסות איזוטוניות.

ג. האוסמולליות התוך תאית תקטן במידה ותוכנס תמיסה היפוטונית לפלסמה, כלומר תמיסה בעלת ריכוז נמוך יותר של מומסים אפקטיביים. במצב זה, מים יכנסו לתא בכדי להפוך את התמיסות לאיזוטוניות. הכניסה של המים לתוך התא תגרום לתוך התא להקטין את האוסמולליות שלו, אולם זה לא המצב המתואר בשאלה.

ד. כפי מתואר בתשובה לסעיף א’, האוסמולליות תגדל וזאת באמצעות הוצאה של מים מהתא. יחד עם זאת, הוצאת המים מהתא תגרום לתא לאבד מנפחו, כלומר ההפך ממה שכתוב במסיח זה.

להרחבה – Bern & Levy, מהדורה 8 עמודים 12-16 (אוסמוזה); 19-22 (מדורי המים בגוף).