שאלון מערכת: שיעורי בית פיזיולוגיה 1
פזיולוגיה 1 שאלה 1
תמיסת סליין 0.9% NaCl מכילה 150 mmol/Kg של NaCl. מה האוסמולליות של התמיסה בהינתן ש-NaCl אינו עובר פירוק מלא בתמיסה (n = 1.5)?
במה השאלה עוסקת: לחץ אוסמוטי
תשובה ג.
אוסמול (osmol) היא 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. אוסמולליות היא מדד לריכוז המומסים בתמיסה, כלומר מספר המומסים (אוסמול) בק”ג אחד של ממס. לצורך התזכורת, אוסמולריות היא מספר המומסים (אוסמול) בליטר אחד של ממס. אוסמולליות היא מדד יותר מדויק כיון שנפח משתנה בהתאם לטמפרטורה בעוד מסה אינה משתנה. בהמשך הפתרון נתמקד רק באוסמולליות כיון שעליה נשאלתם. במידה ומולקולה אינה מתפרקת בתמיסה לשתי מולקולות (או יותר), מידת האוסמולליות שלה פרופורציונאלית לריכוזה בק”ג אחד של ממס. כאשר מולקולה מתפרקת באופן חלקי ניתן לכפול את מידת הפירוק שלה (במקרה שלנו 1.5) בריכוז שלה, כדי לקבל את מידת האוסמולליות. בשאלה זו החישוב נעשה כך:
150mmolkg*1.5mOsmolmmol=225 mOsmolKg.
כלומר, מידת האוסמולליות של התמיסה בשאלה זו היא 225mOsmol/Kg. חשוב לציין בהקשר לשאלה זו שאוסמולריות ואוסמולליות מתייחסות לכלל המומסים בתמיסה, בעוד שכאשר אנו מדברים על לחץ אוסמוטי, אנו מתייחסים למומסים שאינם חדירים את הממברנה. מומסים כאלו אפקטיביים ביצירת לחץ אוסמוטי ולכן שמם הוא מומסים אפקטיביים.
להרחבה – Bern & Levy, מהדורה 8 עמודים 12-16 (אוסמוזה).
כיצד יושפע הנוזל התוך תאי מהוספה של תמיסה היפרטונית לפלסמה? הנח כי האוסמלליות המקורית של הפלסמה הינה 300 mOsm /Kg.
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.
כיצד יושפע הנוזל התוך תאי והנוזל החוץ תאי מהוספה של מים מזוקקים לפלסמה? הנח כי האוסמלליות המקורית של הפלסמה הינה 300 mOsm / L.
במה השאלה עוסקת: טוניות ומדורי המים בגוף
תשובה ג. מים מזוקקים הם מים ללא מומסים כלל ולכן ערך האוסמולליות שלהם הוא אפס. תמיסה של מים מזוקקים היא היפוטונית לפלסמה. 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. הכנסה של תמיסה היפוטונית תוריד את ערך האוסמולליות בפלסמה (plasma) ובכל המדור החוץ תאי. לצורך תזכורת המדור החוץ תאי מחולק לשני מדורים, הפלסמה והנוזל הבין רקמתי (interstitial fluid). תתי מדורים אלו מופרדים על ידי קירות מערכת הדם שחדירות ליונים ומולקולות קטנות ואינן חדירות לחלבונים. כלומר, ההשפעה על המדור החוץ תאי היא הורדת האוסמולליות ונוסף לכך הגדלת הנפח. הנפח החוץ תאי יגדל כיון שהוספנו תמיסה ודבר זה לבדו גורר עלייה בנפח.
כעת ננסה להבין את ההשפעה על המדור התוך תאי. המדור התוך תאי מופרד על ידי ממברנה בררנית, אולם מים עוברים בממברנה זו באמצעות תעלות המכונות אקוופורינים (aquaporins). מיד לאחר הוספת התמיסה האוסמולליות בחוץ התא קטנה והתמיסה החוץ תאית נהייתה היפוטונית ביחס לתמיסה התוך תאית. לפיכך, הכוח המניע של המים הוא להיכנס לתא וזאת כדי להפוך את התמיסות לאיזוטוניות. כניסה של מים לתוך התא מעלה את כמות הממס (מים) בתוך התא בעוד כמות המומס נשארת זהה. מים נכנסים לתא עד שחוץ התא ופנים התא מגיעים לשיווי משקל חדש בו שני המדורים הם איזוטונים אחד לשני. כפי שקרה לחוץ התא, הכניסה של מים לתוך התא גרמה לנפח התוך תאי לגדול ולאוסמולליות התוך תאית לקטון.
שלילת מסיחים:
א. מסיח זה נכון בחלקו, אמנם הנפח החוץ תאי יגדל עקב הוספת התמיסה, האוסמולליות דווקא תקטן. הסיבה לכך היא שהוספנו תמיסה היפוטונית כלומר בעלת מספר מומסים קטן יותר (ובשאלה זו ללא מומסים כלל). פעולה זו מגדילה את כמות הממס ולא משנה את כמות המומס. אוסמולליות היא מספר מומסים, אוסמול, לקילו ממס. כיון שהגדלנו את כמות הממס, מספר המומסים לקילו ממס ירד. כמו כן הנפח התוך תאי יגדל ולא יקטן עקב כניסה של מים לתא כפי שמתואר בתשובה לסעיף ג’.
ב. כיון שהאוסמולליות בחוץ התא קטנה בעקבות הוספת התמיסה, מים יכנסו לתוך התא כדי להשוות את ערכי האוסמולליות בין המדורים. הדבר יוביל לכך שנפח התא יגדל והאוסמולליות בו תרד וזאת בניגוד למתואר במסיח זה.
ד. מסיח זה מתאר נכונה שהאוסמולליות בחוץ ובתוך תאית תקטן, אולם נפחם של מדורים אלו יגדל. נפחם יגדל בעקבות הוספת התמיסה לחוץ התא וכן כניסה של מים לתוך התא.
חוקר גילה טרנספורטר (transporter) חדש בחיידק Namibienssis אשר מעביר גם טריפטופן (Tryptophan) וגם גליצין (Glycine) דרך דופן תא החיידק, שניהם באותו כיוון. מה נכון?
תשובה ב. טרנספורטרים ניתנים לשתי סוגי חלוקות (כמעט) בלתי תלויות: חלוקה ראשונה בהתאם לדרישות האנרגטיות (פסיבי, אקטיבי שניוני ואקטיבי ראשוני) וחלוקה שניה בהתאם למנגנון הפעולה (תעלות – חור סלקטיבי בממברנה, נשאים – אנזימים ומשאבות – אנזימים עם פעילות ATPase). בפתרון זה נדון בעיקר בסוג החלוקה הראשון, כלומר בחלוקה על פי דרישות אנרגטיות. תחילה נבדיל בין טרנספורט פסיבי לטרנספורט אקטיבי: טרנספורט פסיבי הוא מעבר של חומר עם המפל האלקטרוכימי שלו, ללא השקעת אנרגיה. טרנספורט פסיבי שמתרחש דרך טרנספורטר מכונה גםfacilitated diffusion (מונח זה מתייחס למעבר פאסיבי דרך כל טרנספורטר, בין אם נשא ובין אם תעלה). טרנספורט אקטיבי דורש השקעת אנרגיה ומחולק לשניים: טרנספורט אקטיבי ראשוני (primary active transport) וטרנספורט אקטיבי שניוני (secondary active transport). טרנספורט אקטיבי ראשוני הוא שימוש בהידרוליזת ATP לצורך העברת חומר מסוים לצד השני של הממברנה כנגד המפל האלקטרוכימי שלו (הטרנספורטרים שמבצעים זאת מכונים גם משאבות). טרנספורט אקטיבי שניוני הוא מעבר שיש בו שימוש במפל ריכוזים של חומר אחר (אשר הושג באמצעות הידרוליזת ATP), לצורך העברת חומר מסוים לצידה השני של הממברנה כנגד המפל האלקטרוכימי שלו.
כעת, מתוך שלושת מנגנוני הפעולה (תעלות, נשאים ומשאבות) נתמקד בנשאים ונעבור על עוד כמה מושגים בסיסיים הנוגעים אליהם. ישנם שלושה מנגנוני העברה של נשאים: יוניפורטר (Uniporter), סימפורטר (co-transporter/symporter) ואנטיפורטר (antiporter). במנגנון מסוג יוניפורטר, נשאים מעבירים מולקולה אחת מצד אחד של הממברנה לצידה השני. נשא מסוג זה תמיד מעביר מולקולות עם המפל האלקטרוכימי שלהן. חשוב להדגיש שהעברה באמצעות יוניפורטר היא אינה העברה אקטיבית ראשונית כיון שיוניפורטר מעביר לפי המפל האלקטרוכימי של המולקולה, כלומר באופן פסיבי. במנגנון סימפורטר נשאים מעבירים בו זמנית מספר מולקולות לאותו הכיוון. נשא מסוג זה תמיד מעביר לפחות מולקולה אחת בניגוד למפל האלקטרוכימי שלה “על חשבון” מולקולה אחרת שנעה עם מפל הריכוזים שלה. במנגנון אנטיפורטר נשאים מעבירים בו זמנים מספר מולקולות אך לכיוונים הפוכים. כמו סימפורטר, נשא מסוג זה תמיד מעביר מולקולה אחת בניגוד למפל האלקטרוכימי שלה.
בשאלה מוצג מצב בו טריפטופן (Tryptophan) וגליצין (Glycine) מועברים דרך דופן התא באותו כיוון. כיון שמדובר בשתי מולקולות שמועברות באותו הכיוון, ניתן להסיק שמדובר בסימפורטר ולא באנטיפורטר או ביוניפורטר. כעת בהסתמך על הידע שלנו אודות העברה אקטיבית שניונית, אנחנו יכולים להסיק שהסיבה שהתא מכניס את שתי המולקולות באותו טרנספורטר, היא שימוש במפל האנרגטי של אחת מן המולקולות בכדי להכניס את המולקולה הנוספת כנגד המפל האלקטרוכימי שלה. סוג כזה של העברה מכונה העברה אקטיבית שניונית.
שלילת מסיחים:
א. הטרנספורטר הוא אכן מסוג סימפורטר אך ההעברה היא העברה אקטיבית שניונית. העברה אקטיבית ראשונית דורשת שימוש ישיר על ידי הטרנספורטר ב-ATP לצורך המעבר. במידה וזה היה המקרה, אין סיבה ששני החומרים יועברו יחדיו דרך אותו טרנספורטר. העובדה שמדובר בשני חומרים שמועברים יחדיו אמורה לרמוז כי מדובר בסימפורטר ובהעברה אקטיבית שניונית.
ג. הטרנספורטר הוא אכן מסוג סימפורטר אך בניגוד לכתוב במסיח יש שימוש באנרגיה בעת ההעברה. כאמור, העובדה שמדובר בשני חומרים שמועברים יחדיו אמורה לרמוז כי מדובר בסימפורטר ובהעברה אקטיבית שניונית. דוגמה להעברה אקטיבית שניונית ע”י סימפורטר היא באמצעות הנשא SGLT1 שמעביר נתרן וגלוקוז מהמעי הדק והכליה, פנימה אל תאי האפיתל. במקרה זה, הסימפורטר משתמש בכוח המניע של נתרן לתוך התא, כדי להכניס גלוקוז כנגד מפל הריכוזים שלו. הריכוז הנמוך של נתרן בתוך התא נשמר על ידי משאבת נתרן-אשלגן, שבעזרת ATP מוציאה נתרן מהתא ומכניסה אשלגן, כנגד מפל הריכוזים של שניהם.
ד. אמנם ההעברה היא אקטיבית שניונית אך הטרנספורטר הוא סימפורטר ולא אנטיפורטר וזאת כיון שהוא מעביר את שתי המולקולות באותו הכיוון, דרך דופן התא, ולא בכיוונים מנוגדים.
מה מבין המשפטים הבאים נכון?
במה השאלה עוסקת: סוגי טרנספורטרים בממברנה
תשובה ב. טרנספורטרים ניתנים לשתי סוגי חלוקות (כמעט) בלתי תלויות: חלוקה ראשונה בהתאם לדרישות האנרגטיות (פסיבי, אקטיבי שניוני ואקטיבי ראשוני) וחלוקה שניה בהתאם למנגנון הפעולה (תעלות – חור סלקטיבי בממברנה, נשאים – אנזימים ומשאבות – אנזימים עם פעילות ATPase). כעת ננסה בהסבר זה לקשר בין שני סוגי חלוקות אלו. תעלות הן חור סלקטיבי בממברנה וההעברה דרכן היא פסיבית בלבד, כלומר עם מפל הריכוזים האלקטרוכימי של המולקולה. משאבות הן אנזימים עם יכולת ATPase שמעבירות חומר מסוים דרך הממברנה והעברה כזו מכונה העברה אקטיבית ראשונית. נשאים מחולקים לפי המנגנון שלהם כאשר קיימים שלושה מנגנונים שונים: יוניפורטר (Uniporter), סימפורטר (co-transporter/symporter) ואנטיפורטר (antiporter). במנגנון מסוג יוניפורטר, נשאים מעבירים מולקולה אחת מצד אחד של הממברנה לצידה השני. נשא מסוג זה תמיד מעביר מולקולות עם המפל האלקטרוכימי שלהן (בדומה לתעלות). במנגנון סימפורטר נשאים מעבירים בו זמנית מספר מולקולות לאותו הכיוון. נשא מסוג זה תמיד מעביר לפחות מולקולה אחת בניגוד למפל האלקטרוכימי שלה בעזרת מולקולה אחרת שנעה עם מפל הריכוזים שלה. במנגנון אנטיפורטר נשאים מעבירים בו זמנים מספר מולקולות אך לכיוונים הפוכים. נשא מסוג זה תמיד מעביר מולקולה אחת בניגוד למפל האלקטרוכימי שלה. מתוך שלושת המנגנונים סימפורטר ואנטיפורטר מקוטלגים תחת העברה אקטיבית שניונית ויוניפורטר תחת העברה פסיבית. העברה אקטיבית שניונית דורשת אנרגיה כיון שבמהלכה נוצר מפל ריכוזים עבור חומר מסוים תוך כדי שימוש ב-ATP לשם כך. לאחר היווצרות מפל הריכוזים, חומר נוסף משתמש במפל ריכוזים זה לצורך מעבר לצד השני של הממברנה. במידה והמעבר נעשה באותו הכיוון הנשא הוא סימפורטר ובמידה והנשא מעביר את שני החומרים בכיוונים הפוכים, הנשא הוא אנטיפורטר.
שלילת מסיחים:
א. תעלות יוניות הן לרוב כן סלקטיביות ליון מסוים ויש לכך שני גורמים עיקריים. הגורם הראשון הוא תוצאה של העובדה שבמתיסה מימית בתא, יונים מוקפים במולקולות מים במבנה המכונה כלוב הידרציה. במבנה זה החמצנים נמשכים ליון החיובי וממסכים את המטען החיובי שלו. בתעלות יש פילטר סלקטיבי שנמצא בפתח התעלה ומגביל את גודל כלוב ההידרציה שיכול להיכנס לתעלה. חשוב להבין שעבור יונים בעלי מטען זהה, ככל שהיון יותר קטן, כך כלוב ההידרציה שלו יותר גדול והסיבה לכך קשורה לצפיפות המטען. כאשר היון קטן יחסית, צפיפות המטען שלו גדולה יותר ביחס ליון גדול יותר עם אותו מטען והדבר מושך יותר מולקולות מים ליון הקטן. בנוגע ליונים החשובים בתא, נתרן קטן יותר מאשלגן ולכן גם כלוב ההידרציה שלו גדול יותר. כלומר, נתרן לא יכול להיכנס לתעלת אשלגן בעוד שאשלגן (יחד עם כלוב ההידרציה שלו) יכול להיכנס לתעלות נתרן. בתוך התעלה היון משיל את כלוב ההידרציה שלו, ומתרחשת סלקציה נוספת לפי גודל היון עצמו ללא כלוב ההידרציה וזהו הגורם השני לסלקטיביות תעלות. במקרה זה, אשלגן היון הגדול יותר, לא יעבור דרך תעלת נתרן.
ג. דיפוזיה מזורזת (facilitated diffusion) היא דיפוזיה פסיבית דרך חלבון כלשהו המסתמכת רק על המפל האלקטרוכימי של המולקולה, כלומר ללא השקעה של אנרגיה. סוג כזה של דיפוזיה יכול להיות דרך תעלות או דרך נשא מסוג יוניפורטר.
ד. העברה באמצעות יוניפורטר היא אינה העברה אקטיבית ראשונית כיון שיוניפורטר מעביר לפי המפל האלקטרוכימי של המולקולה, כלומר באופן פסיבי (כפי שכתוב מסיח ג’). כמובן שיש משאבות שמעבירות חומרים באופן דומה ליוניפורט, כלומר מצד אחד של הממברנה לצדה השני. ההבדל העיקרי בין שני המקרים המתוארים הוא שבמשאבות המעבר הוא לרוב נגד מפל הריכוזים ודורש ATP, וביוניפורט ההעברה היא תמיד פסיבית כלומר עם מפל הריכוזים וללא שימוש ב-ATP.
מי מהבאים אינו אמצעי להובלה (transport) אקטיבית?
במה השאלה עוסקת: סוגי טרנספורטרים בממברנה
תשובה ב. נשא הוא אנזים שמעביר מולקולות מצד אחד של הממברנה לצדה השני וקיימים שלושה מנגנוני פעולה של נשאים: יוניפורטר (Uniporter), סימפורטר (co-transporter/symporter) ואנטיפורטר (antiporter. במנגנון מסוג יוניפורטר, נשאים מעבירים מולקולה אחת מצד אחד של הממברנה לצידה השני. נשא מסוג זה תמיד מעביר מולקולות עם המפל האלקטרוכימי שלהן, כלומר ללא השקעת אנרגיה. אמנם, ישנן משאבות המשתמשות באנרגיה ומעבירות חומרים בצורה דומה ליוניפורטר, אך המונח יוניפורטר מתייחס ספציפית לנשאים שמעבירים חומרים עם מפל הריכוזים שלהם, כלומר ללא השקעה של אנרגיה.
שלילת מסיחים:
א. במנגנון סימפורטר נשאים מעבירים בו זמנית מספר מולקולות לאותו הכיוון. נשא מסוג זה תמיד מעביר לפחות מולקולה אחת בניגוד למפל האלקטרוכימי שלה, בעזרת מולקולה אחרת שנעה עם מפל הריכוזים שלה. מבחינה אנרגטית אופן ההעברה בסימפורטר הוא אקטיבי שניוני. העברה אקטיבית שניונית דורשת אנרגיה כיון שבמהלכה נוצר מפל ריכוזים עבור חומר מסוים תוך כדי שימוש ב-ATP לשם כך. לאחר היווצרות מפל הריכוזים, חומר נוסף משתמש במפל ריכוזים זה לצורך חציית הממברנה.
ג. במנגנון אנטיפורטר נשאים מעבירים בו זמנים מספר מולקולות אך לכיוונים מנוגדים. נשא מסוג זה תמיד מעביר מולקולה אחת בניגוד למפל האלקטרוכימי שלה. מבחינה אנרגטית אופן ההעברה באנטיפורטר הוא אקטיבי שניוני. העברה אקטיבית שניונית דורשת אנרגיה כיון שבמהלכה נוצר מפל ריכוזים עבור חומר מסוים תוך כדי שימוש ב-ATP לשם כך. לאחר היווצרות מפל הריכוזים, חומר נוסף משתמש במפל ריכוזים זה לצורך חציית הממברנה.
ד. משאבות הן אנזימים עם יכולת ATPase שמעבירות חומר מסוים דרך הממברנה והעברה כזו מכונה העברה אקטיבית ראשונית. דוגמא למשאבה חשובה מאוד בתא היא משאבת נתרן אשלגן. משאבה זו שומרת על ריכוזים קבועים של נתרן ואשלגן משני צדי הממברנה. בעזרת מולקולת ATP, המשאבה מכניסה שני יוני אשלגן לתוך התא ומוציאה שלושה יוני נתרן אל חוץ התא. משאבה זו מזכירה את דפוס הפעולה של נשא מסוג אנטיפורטר כיון שהיא מוציאה חומר מסוים מהתא ומכניסה חומר אחר. חשוב להדגיש שהמשאבה אינה מוגדרת כאנטיפורטר כיון שהאנרגיה שהיא משתמשת בה מגיעה מ-ATP באופן ישיר. בנשא מסוג אנטיפורטר האנרגיה שמעבירה חומר אחד מגיעה ממפל הריכוזים של חומר נוסף ולכן שני הטרנספורטרים מקוטלגים באופן שונה מבחינה אנרגטי
מה מהבאים נכון בנוגע לתעלות?
במה השאלה עוסקת: טרנספורט ממברנלי
תשובה ד. התעלות הינן חלבונים היוצרים מעבר דרך הממברנה. הפתח שיוצרות התעלות מאפשר מעבר של יונים עם מפל הריכוזים ולכן הן פועלות כטרנספורט פסיבי. תעלות היונים מאופיינות בסלקטיביות, במנגנון שערות ובמוליכות. ישנן תעלות שמוליכותן משתנה בהתאם לכיוון זרימת היונים. לדוגמא, הן מוליכות טוב יותר ינים הנכנסים לתא מאשר יונים היוצאים מהתא. לתכונה זו קוראים Inward\outward rectifier בהתאם לכיוון אליו המוליכות גבוהה יותר.
שלילת מסיחים:
א. מוליכות התעלות יכול להשתנות כתלות בגורמים שונים על ידי שינוי מצב השער. למשל-תעלות תלויות מתח, תעלות תלויות ליגנד או מתיחה של הממברנה הפלסמתית. חדירות אקווהפורינים מושפעת גם משינויי PH.
ב. התעלות, בניגוד לנשאים, אינן עוברות אינטרקציות ארוכות טווח עם החומרים העוברים דרכן ואינן משנות את המבנה המרחבי שלהן בעקבות אינטרקציה עם היונים.
ג. סלקטיביות משמעותה איזה יון התעלה מעבירה. תעלות יכולות להיות סלקטיביות מאוד ולהעביר יון ספציפי בלבד, או להיות פחות סלקטיביות ולהעביר סוג של יונים (למשל תעלת קטיונים) הסלקטיביות של התעלה מושפעת מהגודל ה”ערום” של היון והגודל שלו בתמיסה (כלוב ההידרציה שהוא מייצר).
מה כוללת התגובה של תא לתמיסה היפוטונית וכיצד היא נקראת?
במה השאלה עוסקת: תגובות מסוג RVI ו-RVD
תשובה א. טוניות היא מדד השוואתי לריכוז מומסים אפקטיביים בשתי תמיסות שונות. מומסים אפקטיביים הם מומסים שיוצרים לחץ אוסמוטי כיון שאינם חוצים את הממברנה. כאשר מדברים על טוניות קיימים שלושה יחסים בין שתי תמיסות: איזוטוני, היפרטוני והיפוטוני. 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. כאשר מכניסים תא לתמיסה היפוטונית (כלומר תמיסה בעלת פחות מומסים אפקטיביים), מים נכנסים באופן כמעט מידי לתוך התא כדי להגיע למצב שתוך התא וחוץ התא הם איזוטונים אחד לשני. בכדי למנוע התנפחות נוספת של התא בעקבות כניסת מים, קיים מנגנון המכונה RVD (regulatory volume decrease). במנגנון זה מוצאים מומסים אפקטיביים מהתא ובכך מופחת הלחץ האוסמוטי בתוך התא ונפח התא חוזר לנפח נורמלי. לאחר הוצאת המומסים מהתא, שתי התמיסות (חוץ ופנים התא) הן איזוטוניות, כאשר האוסמולליות שלהן נמוכה מהערכים הסטנדרטים של התא. ישנם טרנפורטרים רבים שמוערבים בתגובה זו וכמו כן מולקולות רבות הכוללות יונים ומולקולות אורגניות שונות. דוגמה ליונים שיוצאים מהתא כחלק מתגובת RVD היא יציאה של אשלגן וכלור (KCl), בין אם זה באמצעות סימפורטר או באמצעות תעלות ספציפיות לכל יון.
שלילת מסיחים:
ב. בתגובת RVD התא מוציא מומסים ומים ובכך מפחית את גודלו וכל זאת כיון שהוא נחשף לתמיסה היפוטונית. בתמיסה היפוטונית יש ריכוז מומסים אפקטיביים נמוך באשר בתא, ומים נכנסים כדי להשוות ריכוזים. התא רוצה למנוע התנפחות נוספת והמנגנון לעשות זאת הוא באמצעות הוצאת מומסים. במידה והתא יכניס מומסים התוצאה תהיה הפוכה כיון שמים יוסיפו להיכנס לתא ונפחו יגדל. תהליך זה של גדילת התא מכונה RVI (regulatory volume increase) והוא מתרחש באופן טבעי בתגובה לחשיפת התא לתמיסה היפרטונית. במקרה של חשיפת התא לתמיסה היפרטונית, בתמיסה החיצונית של התא יש יותר מומסים אפקטיביים ומים נעים החוצה מהתא כדי ליצור מצב בו התמיסות איזוטוניות. ביציאת מים יש סכנה של איבוד נפח ולכן התא מכניס מומסים כגון נתרן וכלור (NaCl). הכנסת המומסים מעלה את הלחץ האוסמוטי בתא כיון שהמומסים גוררים אחריהם מולקולות מים. חשוב לציין שהכנסה זו של מומסים מעלה את אוסמולליות התא לערך גבוה מהערך הסדנרטי של התא. כלומר, אמנם חוץ ופנים התא איזוטוניים, אך לשניהם ערכים אוסמולליים גבוהים מהנורמה וזאת בעקבות חשיפת התא לתמיסה היפרטונית.
ג. ב-RVD יש תנועה של נוזלים החוצה מן התא אך הנוזלים נעים בעקבות המומסים. הרעיון המרכזי בתגובה זו הוא מעבר מהיר של מומסים אפקטיביים החוצה מהתא או הכנסתם לתוך התא. ניתן להניח שבמידה ונוזלים היו הרכיב המרכזי בתגובה, היינו מצפים למנגנון אחר כמו למשל רגולציה על תעלות מים.
ד. ב-RVI יש תנועה של נוזלים פנימה אל התא אך הנוזלים נעים בעקבות המומסים. הרעיון המרכזי בתגובה זו הוא מעבר מהיר של מומסים אפקטיביים החוצה מהתא או הכנסתם לתוך התא. ניתן להניח שבמידה ונוזלים היו הרכיב המרכזי בתגובה, היינו מצפים למנגנון אחר כמו למשל רגולציה על תעלות מים.
היכן בתא האפיתליאלי (Epithelial cell) ממוקמת ברוב המקרים המשאבה Na-K-ATPase?
במה השאלה עוסקת: טרנספורט אפיתליאלי
תשובה א. תאי האפיתל חוצצים בין הסביבה החיצונית לסביבה הפנימית של הגוף. דוגמאות לכך הן תאי אפיתל העור שחוצצים בין הבגדים שאנו לובשים לבפנוכו, תאי אפיתל המעי שחוצצים בין האוכל שאנו אוכלים למחזור הדם וכמובן שיש דוגמאות נוספות. הצד שמופנה לסביבה הפנימית, כלומר לתוך הגוף, הוא הצד הבזאלי ואילו הצד שמופנה לסביבה החיצונית, כמו האויר והמעי, הוא הצד האפיקלי. תפקיד נוסף שיש לתאי האפיתל הוא להוות מחסום בררני שמכניס חומרים שצריך לספוג בחזרה לגוף ולא מכניס חומרים שיש להוציא מהגוף. לדוגמה, נתרן כמעט אינו מופרש בשתן ורובו נספג בחזרה על ידי תאי האפיתל שבכליות. האופן שבו הוא נספג חזרה הוא באמצעות תעלות נתרן שמכניסות נתרן עם המפל האלקטרוכימי שלו. מבחינת הפרשי ריכוזים, כיון שבתוך התא ריכוז הנתרן נשמר נמוך, יש לנתרן כוח מניע להיכנס לתא. מבחינה חשמלית, תוך התא יותר שלילי ביחס לחוץ התא והסיבה לכך הן תעלות הדלף לאלשגן שמוציאות אשלגן באופן קבוע מן התא (מהממברנה הבאזולטרלית) ובכך משפיעות על מתח הממברנה. כלומר, המפל האלקטרוכימי של נתרן הוא פנימה לתוך התא ולכן לא נדרשת השקעת אנרגיה כדי להכניסו ומספיק לבטא תעלות בצד האפיקלי בכדי שנתרן יכנס לתא. כדי לשמור על ריכוזי יונים קבועים, התא מבטא משאבות נתרן אשלגן והוא עושה זאת בצד הבאזולטרלי. הסיבה לכך היא שהתא לא מעוניין להפריש נתרן החוצה מהגוף ואף להפך, הוא מעוניין לספוג נתרן שהופרש. ביטוי משאבות נתרן-אשלגן בצד הבאזולטרלי מאפשר מעבר של נתרן מהסביבה החוץ תאית, דרך הממברנה האפיקלית עד הממברנה הבאזולטרלית שם משאבות נתרן-אשלגן מוציאות אותו מהתא ומחזירות אותו לגוף. סוג כזה של מעבר, שחוצה את הממברנה האפיקלית ואת הממברנה הבאזולטרלית, מכונה מעבר טרנסצלולארי (trnascellular). ישנו סוג מעבר נוסף דרך תאי אפיתל המכונה פאראצלולאר (paracellular). במעבר מסוג זה חומרים אינם עוברים דרך ממברנות התא, אלא דרך חלבונים שנמצאים במרווחים שבתאי האפיתל ומכונים tight junctions. חשוב לסייג את הנאמר בכך שמשאבות נתרן אשלגן ממוקמות בצד הבאזולטרלית, כיון שעקרון זה נכון לכל תאי האפיתל בגוף מלבד התאים ב-choroid plexus. ה-choroid plexus זה מבנה השייך לחדרי המוח והוא אחראי על יצירה והפרשה של ה-cerebrospinal fluid (CSF). בתאי אפיתל אלו, משאבת הנתרן-אשלגן נמצאת בצד האפיקלי.
שלילת מסיחים:
ב. התא מעוניין לספוג נתרן מהצד האפיקלי ועל כן זה יחשב בזבזני מצדו לבטא משאבות נתרן-אשלגן בצד זה. כמו כן, ביטוי המשאבות בצד הבאזולטרלי מאפשר לספוג את הנתרן בחזרה לגוף.
ג. התא מעוניין לספוג נתרן מהצד האפיקלי ועל כן זה יחשב בזבזני מצדו לבטא משאבות נתרן-אשלגן בצד זה. כמו כן, ביטוי המשאבות בצד הבאזולטרלי מאפשר לספוג את הנתרן בחזרה לגוף.
ד. כפי שכתוב בתשובה לסעיף א’, משאבות נתרן-אשלגן קיימות רק בצד הבאזולטרלי.
העברה של גלוקוז מהצד האפיקלי (apical) לצד הבאזולטרלי (basolateral) של תא אפיתליאלי (Epithelial cell) הינו תהליך:
במה השאלה עוסקת: : טרנספורט אפיתליאלי
תשובה ד. כדי לעבור לצד הבאזולטרלי של תא האפיתל גלוקוז צריך לחצות שתי ממברנות: הממברנה האפיקלית והממברנה הבאזולטרלית. הריכוזים של גלוקוז לרוב גבוהים יותר בתוך התא מאשר מחוץ לתא ולכן כדי להיכנס לתא דרושה השקעת אנרגיה. אופן ההעברה דרך הממברנה האפיקלית הוא העברה אקטיבית שניונית, כיון שגלוקוז נכנס לתא בעזרת סימפורטר שמעביר נתרן וגלוקוז. למעשה גלוקוז מנצל את מפל הריכוזים שקיים לנתרן ובאמצעותו חודר את הממברנה האפיקלית. מפל הריכוזים של נתרן קיים באמצעות משאבות נתרן אשלגן (הממוקמות בצד הבאזולטרלי), ששומרות על ריכוז נתרן נמוך בתוך התא. לאחר כניסתו לתא, גלוקוז יוצא באופן פסיבי באמצעות יוניפורטר. כיון שריכוזו בחוץ התא נמוך מריכוזו בתוך התא, העברת גלוקוז דרך הממברנה הבאזולטרלית לא צורכת אנרגיה, כלומר הינה העברה פסיבית.
שלילת מסיחים:
א. העברה אקטיבית ראשונית היא העברה באמצעות השקעת אנרגיה ממולקולת ATP. גלוקוז אמנם חוצה את הממברנה באופן אקטיבי, אך בסוג העברה המכונה העברה אקטיבית שניונית. בסוג העברה זה גלוקוז משתמש במפל הריכוזים שקיים למולקולה אחרת (נתרן במקרה זה) ועובר יחד איתה בסימפורטר. מפל הריכוזים של נתרן הושג באמצעות השקעת ATP, ולכן מדובר בהעברה אקטיבית, אולם בהעברה אקטיבית שניונית. נוסף על כך גלוקוז עובר באופן פסיבי את הממברנה הבאזולטרלית בהתאם למפל הריכוזים.
ב. גלוקוז אכן עובר בתהליך של העברה אקטיבית שניונית דרך הממברנה האפיקלית, אולם הוא גם עובר באופן פסיבי את הממברנה הבאזולטרלית בהתאם למפל הריכוזים שלו.
ג. גלוקוז אינו עובר באופן אקטיבי ראשוני אך הוא כן עובר באופן אקטיבי שניוני. נוסף על כך לא מוזכר במסיח שהוא עובר גם באופן פסיבי.
מה נכון לגבי אוסמולריות (Osmolarity) ואוסמולליות (Osmolality)?
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’.
נתונים שני מדורים וביניהם ממברנה בלתי חדירה כמתואר באיור למטה. בכל מדור מים וכמות מסוימת של מומס. מה צפוי לקרות לאחר הגעה לשיווי משקל?
במה השאלה עוסקת: אוסמוזה וטוניות
תשובה ג. בשאלה זו הממברנה אינה חדירה למומסים ועל כן כל המומסים יוצרים לחץ אוסמוטי ומכונים מומסים אפקטיביים. במידה ויש הפרשי אוסמולריות בין תמיסות המכילות מומסים אפקטיביים, מים ינועו (כיון שהמומסים אינם יכולים לנוע) כדי להגיע לשיווי משקל בין התמיסות. מים ינועו מהתמיסה בעלת ערך אוסמלריות נמוך לתמיסה בעלת ערך אוסמולריות גבוה יותר. הסיבה לכך היא שערך אוסמולריות נמוך מלמד על פחות מומסים בליטר ממס, ביחס לערך אוסמולריות גבוה. לפיכך מים ינועו לתמיסה בה יש יותר מומסים בליטר ממס, וזאת כדי להשוות את ערכי האוסמולריות בין התמיסות.
כעת כדי להבין אם יש מעבר מים בין המדורים נחשב את ערכי האוסמולריות בכל מדור. כדי לחשב ערך זה חשוב לזכור שכדי לחשב אוסמולריות כופלים את ריכוז המומס במספר החלקיקים אליו הוא מתפרק. במדור A החומר מתפרק לשלושה חלקיקים ובמדור B החומר מתפרק לשני חלקיקים. חישוב האוסמולריות במדור A נעשה באופן הבא:
ובמדור B:
כלומר, שני המדורים בעלי אותו ערך אוסמולרי והסיבה לכך שהיא שבמדור A, על אף שהוא בעל ריכוז נמוך יותר, החומר CaCl2 מתפרק בתמיסה לשלושה חלקיקים שכל אחד יוצר לחץ אוסמוטי. עבור מדור B ל- NaCl אמנם ריכוז גבוה יותר, אך הוא מתפרק רק לשני חלקיקים שיוצרים לחץ אוסמוטי.
במונחי טוניות, שתי התמיסות הן איזוטוניות, כלומר בעלות אותו מספר מומסים אפקטיביים. טוניות היא מדד השוואתי לריכוז מומסים אפקטיביים בשתי תמיסות שונות. חשוב לזכור שטוניות מתייחסת למומסים אפקטיביים בלבד ואוסמולריות מתייחסת לכלל המומסים בתא. בשאלה זו כל המומסים הינם מומסים אפקטיביים ולכן המדורים הינם איזוטוניים ואיזואוסמוטיים. אולם, ייתכנו מצבים בהם יש מומסים שחודרים את הממברנה, כלומר מומסים לא אפקטיביים, ואז אולי המונחים טוניות ואוסמולריות יביעו דברים שונים.
שלילת מסיחים:
א. כפי שהוסבר בתשובה לסעיף ג’ מים לא ינועו כלל בין המדורים.
ב. כפי שהוסבר בתשובה לסעיף ג’ מים לא ינועו כלל בין המדורים.
ד. כל החומרים בשאלה אינם יכולים לחצות את הממברנה ועל כן נתרן לא יעבור למדור B. כיון שהחומרים אינם מסוגלים לחצות את הממברנה, במידה והיה הפרש אוסמולריות, מים היו חוצים את המברנה לצורך השוואת ריכוזים. כאמור אין הפרש אוסמולריות ולכן גם מים לא חוצים את הממברנה.
נתון תא אפיתל מסוים שעל גביו משאבות נתרן-אשלגן ותעלות אשלגן בצד הבאזולטרלי, ותעלות נתרן בצד האפיקלי. נתרן נכנס לתוך התא בהתאם למפל האלקטרוכימי שלו. אין תעלות נוספות על גבי הממברנה מעבר לאלו המצויינות. בתא זה כלור עובר מהצד האפיקלי לצד הבאזולטרלי במנגנון פארא-צלולארי (paracellular). מה עשוי להיות נכון אודות מערכת זו?
במה השאלה עוסקת: העברה טרנסצלולארית ופאראצלולארית
תשובה א. בתאי אפיתל יש טרנספורטרים שונים בכל צד וטרנספורטרים אלו קובעים את הפרשי המתח בין הממברנה האפיקלית והבאזולטרלית. הסיבה לכך היא שהם מכניסים או חוסמים את כניסתם של יונים מסוימים שהם היוצרים של מטען חשמלי בממברנה. בשאלה מוצג מצב סטנדרטי בתא אפיתל בו בצד האפיקלי יש תעלות נתרן ובצד הבאזולטרלי יש משאבות נתרן-אשלגן ותעלות אשלגן. תעלות נתרן בצד האפיקלי מלמדות על כך שקיים גרדיאנט של נתרן לתוך התא. הגרדיאנט הוא לתוך התא כיון שריכוז הנתרן בתא נשמר נמוך מאוד. תאי אפיתל שמבטאים תעלות נתרן בצד האפיקלי קיימים למשל בכליה ובמעי ומטרתם לספוג מחדש נתרן בכדי שלא יופרש. לאחד כניסתו של נתרן לתא, משאבת נתרן אשלגן מוציאה אותו לצד הבאזולטרלי בעזרת אנרגיה מ-ATP. סוג כזה של מעבר, שחוצה את הממברנה האפיקלית ואת הממברנה הבאזולטרלית, מכונה מעבר טרנסצלולארי (trnascellular).
כאשר נתרן עובר לצד הבאזולטרלי נוצר הפרש מתחים בין הממברנות והסיבה לכך היא שמטען חיובי עזב את הממברנה האפיקלית ועבר לממברנה הבאזולטרלית. כלומר, הממברנה האפיקלית היא כעת שלילית יותר ביחס לממברנה הבאזולטרלית. חשוב לציין שהפרש מתחים נמדד בדרך כלל בין שני צדי הממברנה, אולם במקרה זה בו מודדים שתי ממברנות, משווים בין חוץ התא של כל ממברנה. הפרש המתחים גורם לכלור לעבור גם הוא את שתי הממברנות וזאת כדי לאזן את הפרש המטענים שנוצר. האופן שבו כלור עובר הוא פאראצלולארי (paracellular). במעבר מסוג זה חומרים אינם עוברים דרך ממברנות התא, אלא דרך חלבונים שנמצאים במרווחים שבתאי האפיתל ומכונים tight junctions. מעבר פאראצלולארי הוא תמיד מעבר פסיבי, כלומר עם המפל האלקטרוכימי של החומר.
שלילת מסיחים:
ב. בשאלה, כלור עובר בעקבות נתרן והסיבה לכך היא שנתרן גורם להפרש מטענים משני צדי הממברנה. הפרש המטענים יוצר עבור כלור כוח מניע חשמלי שמושך אותו לעבור באופן פאראצלולארי.
ג. הממברנה האפיקלית שלילית יותר מהממברנה הבאזולטרלית וזאת עקב מעבר נתרן לצדו השני של תא האפיתל. כאשר מטען חיובי עוזב את הממברנה האפיקלית הוא למעשה הופך אותה לשלילית יותר וכמו כן כאשר הוא עובר לממברנה הבאזולטרלית הוא הופך אותה לחיובית יותר.
ד. רקמת אפיתל מפרישה היא רקמה שמוציאה חומר מהתא דרך הממברנה האפיקלית. לדוגמה, במקרה של מערכת הכלייה, הNaCl- שיצא מהתא יופרש בשתן. תהליך זה הוא אינו מה שמוצג בשאלה כיון שבשאלה מוצג תרחיש בו יש כניסה של נתרן לתוך התא (מהצד האפיקלי). תהליך זה מכונה ספיגה כיון שהוא מונע הפרשה של נתרן ומחזיר אותו לתוך הגוף. דוגמה למכניזם בו מתרחשת הפרשה היא העברה של כלור מהצד הבאזולטרלי אל עבר הצד האפיקלי באופן טרנסצלולארי. לאחר המעבר נתרן עוקב אחרי כלור, אך הפעם הוא זה שעובר באופן פאראצלולארי ו-NaCl מופרש מהגוף.
אילו מהמשפטים הבאים נכון בנוגע לתעלות יוניות?
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.
המערכת הבאה מתארת מערכת דונן הנמצאת בש”מ בטמפרטורת החדר (27oC). יוני הנתרן והכלור חדירים דרך הממברנה, ואילו החלבון (P2-) אינו חדיר. מה ריכוז הכלור בתא A?
במה השאלה עוסקת: שיווי משקל גיבס דונן
תשובה ד. במערכת גיבס דונן שמתוארת בשאלה ישנם שני מיכלים: מיכל A המכיל חלבונים שאינם חודרים את הממברנה, נתרן וכלור, ומיכל B המכיל נתרן וכלור. נתון לנו שהמערכת נמצאת בשיווי ולכן חשוב לציין שבמקרה זה קיים הפרש אוסמולריות בין התאים, אך לא קיים הפרש מטענים וזאת כיון שכל תא הוא אלקטרוניטרלי (כלומר מכיל את אותה כמות של מטענים חיוביים ושליליים). כלומר, כל תא בנפרד מאוזן מבחינת המטענים, אולם כן יש הבדלי ריכוזים של היונים שבמערכת בין התאים. על פי עקרון האלקטרוניטרליות ניתן להסיק שריכוזו של נתרן במיכל B הוא 10mM. כשמערכת גיבס דונן נמצאת בשיווי משקל, מכפלת שני היונים במיכל A שווה למכפלת שני היונים במיכל B. כלומר ניתן לנסח את המשוואה באופן הבא:
ומכאן ניתן להסיק כי ריכוז כלור הוא כ- 2mM בתא A. כעת נרצה להבין את הדינמיקה בין היונים במערכת שלב אחר שלב. תחילה כלור, שנמצא במכיל B ולא נמצא במיכל A, רוצה לעבור למיכלA בגלל הבדלי ריכוזים. נתרן, בעקבות ההפרש החשמלי שנוצר לאחר מעבר כלור, נע גם הוא ממיכל B למיכל A. אולם, על נתרן פועלים שני כוחות, האחד חשמלי שמושך אותו להיכנס למיכל A והשני נובע מהנתרן שכבר נמצא במיכל A לפני המעבר ומקשה על נתרן נוסף להיכנס. בסופו של דבר המערכת מגיעה לשיווי משקל וריכוז זהה של נתרן וכלור עוברים ממיכל B למיכל A.
שלילת מסיחים:
א. מסיח זה מבלבל כיון שהוא מציג מצב בו ריכוז כלור שווה בשני התאים שזה לכאורה מצב בו כלור נמצא בשיווי משקל. אולם, חשוב להבין את מה שמתואר בפתרון לסעיף ד’, לפיו נתרן שבמיכל A מתנגד לכניסה של נתרן ממיכל B. נתרן חייב לעבור עם כלור ממיכל B למיכל A בגלל עקרון האלקטרוניטרליות. לפיכך, במצב שיווי משקל ריכוז כלור לא יהיה זהה בין שני המיכלים ומיכל B יכיל ריכוז גבוה יותר של כלור.
ב. במערכת גיבס דונן אנו מתחילים עם אניון (למשל כלור) וקטיון (למשל נתרן) בתא מסוים ובתא האחר ישנה מולקולה טעונה שלילית שאינה חודרת את הממברנה (למשל חלבונים) וקטיון זהה לזה שבתא האחר. כלור עובר לעבר התא בו נמצאים החלבונים, ונתרן יחד איתו, עד להגעה לשיווי משקל. בגלל שילוב הכוחות שפועלים על נתרן, כפי שמתואר בסעיף ד, היינו מצפים למצוא ריכוז נמוך יותר של כלור במיכל A, לעומת מיכל B, ולא ריכוז גבוה של 20mM. כמו כן, במידה ובמיכל A היה ריכוז כלור של 20mM לא היה מדובר בשיווי משקל כיון שאין כוח שיתנגד מכלור ונתרן לעבור מתא A לתא B.
ג. אוסמול (Osmol) הוא מדד למספר המומסים בתמיסה ולא לריכוז המולקולה. כך למשל, אם יש מול אחד של מלח (NaCl), יש שני אוסמול חלקיקים כיון שכל מולקולה של NaCl מתפרקת ל-Na ו-Cl. בשאלה נשאלתם על ריכוז כלומר אנחנו מחפשים ערכים של מולר. על אף שבשאלה המולקולה אינה מתפרקת לחלקיקים נוספים, לא ניתן להשתמש באוסמול במקום במולר. להלן רענון היחידות השונות: במולר הכוונה היא מספר מולים לליטר (mol/L), אוסמול (Osmol) היא מספר החלקיקים אליה המולקולה מתפרקת ואוסמולריות היא מספר אוסמול לליטר Osmol/L.
ה. במערכת גיבס דונן אנו מתחילים עם אניון (למשל כלור) וקטיון (למשל נתרן) בתא מסוים ובתא האחר ישנה מולקולה טעונה שלילית שאינה חודרת את הממברנה (למשל חלבונים) וקטיון זהה לזה שבתא האחר. כלור עובר לעבר התא בו נמצאים החלבונים, ונתרן יחד איתו, עד להגעה לשיווי משקל. בגלל שילוב הכוחות שפועלים על נתרן, כפי שמתואר בסעיף ד, היינו מצפים למצוא ריכוז נמוך יותר של כלור במיכל A, לעומת מיכל B, ולא ריכוז גבוה של 50mM. כמו כן, במידה ובמיכל A היה ריכוז כלור של 50mM לא היה מדובר בשיווי משקל כיון שאין כוח שיתנגד מכלור ונתרן לעבור מתא A לתא B.
להרחבה – Bern & Levy, מהדורה 8 עמודים 10-12 (דיפוזיה).
מומלץ לקרוא על מערכת גיבס דונן בספר הקורס שנמצא באתר ולקריאה נוספת ניתן לקרוא מהמקורות המצוינים שנמצאים בספריה של אוניברסיטת תל אביב. Bern & Levy אינם המקור המועדף בנושא זה.
Aidley, David J. The Physiology of Excitable Cells. Cambridge University Press, 1998. pp. 26-28
Sperelakis, Nicholas. Cell Physiology Sourcebook: A Molecular Approach. Gulf Professional Publishing, 2001. pp. 243-246.
המערכת הבאה מתארת מערכת דונן הנמצאת בש”מ בטמפרטורת החדר (27oC). יוני הנתרן והכלור חדירים דרך הממברנה, ואילו החלבון (P2-) אינו חדיר. מה ריכוז Pr2- בתא A?
במה השאלה עוסקת: שיווי משקל גיבס דונן
תשובה ג. במערכת גיבס דונן שמתוארת בשאלה ישנם שני מיכלים: מיכל A המכיל חלבונים שאינם חודרים את הממברנה, נתרן וכלור, ומיכל B המכיל נתרן וכלור. נתון לנו שהמערכת נמצאת בשיווי ולכן חשוב לציין שבמקרה זה קיים הפרש אוסמולריות בין התאים, אך לא קיים הפרש מטענים וזאת כיון שכל תא הוא אלקטרוניטרלי (כלומר מכיל את אותה כמות של מטענים חיוביים ושליליים). כלומר, כל תא בנפרד מאוזן מבחינת המטענים, אולם כן יש הבדלי ריכוזים של היונים שבמערכת בין התאים. על פי עקרון האלקטרוניטרליות ניתן להסיק שריכוזו של נתרן במיכל B הוא 10mM. כשמערכת גיבס דונן נמצאת בשיווי משקל, מכפלת שני היונים במיכל A שווה למכפלת שני היונים במיכלB . כלומר ניתן לנסח את המשוואה באופן הבא: 50mMNa+*XmMcl-=10mMNa+*10mMcl-, ומכאן ניתן להסיק כי ריכוז כלור הוא כ- 2mM בתא A. ניתן לחשב את ריכוז החלבון על סמך ריכוז הכלור והנתרן שבתא. חשוב לשים לב כי החלבון בעל ערכיות של -2 ולכן בחישוב המטענים על פי עקרון האלקטרוניטראליות, יש לחלק את מספר המטענים הדרושים לאיזון החשמלי פי 2, כדי למצוא את ריכוז החלבון. על פי עקרון האלקטרונטרליות חסרים עוד 48 מטענים שליליים בכדי לאזן את תא A חשמלית, כלומר ריכוז של 24mM חלבון. כעת נרצה להבין את הדינמיקה בין היונים במערכת שלב אחר שלב. תחילה כלור, שנמצא במכיל B ולא נמצא במיכל A, רוצה לעבור למיכלA בגלל הבדלי ריכוזים. נתרן, בעקבות ההפרש החשמלי שנוצר לאחר מעבר כלור, נע גם הוא ממיכל B למיכל A. אולם, על נתרן פועלים שני כוחות, האחד חשמלי שמושך אותו להיכנס למיכל A והשני נובע מהנתרן שכבר נמצא במיכל A ומקשה על נתרן נוסף להיכנס. בסופו של דבר המערכת מגיעה לשיווי משקל וריכוז זהה של נתרן וכלור עוברים ממיכל B למיכל A.
שלילת מסיחים:
א. במסיח זה, סך המטענים השליליים שהחלבון תורם הם 30- ולכן כאשר מחשבים יחד עם התרומה של נתרן אנו רואים כי חסרים עדיין מטענים שליליים בשביל לאזן חשמלית את מיכל A. כמות המטענים שחסרים היא מתאימה לריכוז של 20mM כלור, אולם אנו יודעים כי ריכוז כלור הינו רק 2mM ולכן מסיח זה נפסל.
ב. סך המטענים השליליים שהחלבון תורם הם 40- ולכן כאשר מחשבים יחד עם התרומה של נתרן אנו רואים כי חסרים עדיין מטענים שליליים בשביל לאזן חשמלית את מיכל A. כמות המטענים שחסרים מתאימה לריכוז של 10mM כלור. כיון שאנו יודעים כי ריכוז כלור הוא 2mM מסיח זה נפסל גם הוא.
ד. סך המטענים השליליים שהחלבון תורם הם 50- ולכן כאשר מחשבים יחד עם התרומה של נתרן אנו רואים כי לא חסרים מטענים שליליים בשביל לאזן חשמלית את מיכל A. כאמור, כיון שידוע לנו כי קיים כלור בתא A בריכוז של 2mM מסיח זה גם הוא נפסל.
ה. סך המטענים השליליים שהחלבון תורם הם 80- ולכן כאשר מחשבים יחד עם התרומה של נתרן אנו רואים כי חסרים מטענים חיוביים בשביל לאזן חשמלית את התא. מצב זה גם הוא אינו אפשרי במערכת גיבס דונן כיון שעקרון האלקטרוניטראליות נפגם.
להרחבה – מומלץ לקרוא על מערכת גיבס דונן בספר הקורס שנמצא באתר ולקריאה נוספת ניתן לקרוא מהמקורות המצוינים שנמצאים בספריה של אוניברסיטת תל אביב. Bern & Levy אינם המקור המועדף בנושא זה.
Aidley, David J. The Physiology of Excitable Cells. Cambridge University Press, 1998. pp. 26-28
Sperelakis, Nicholas. Cell Physiology Sourcebook: A Molecular Approach. Gulf Professional Publishing, 2001. pp. 243-246.
מה מהבאים נכון בנוגע לדיפוזיה דרך ממברנה?
במה השאלה עוסקת דיפוזיה: החוק הראשון של פיק
תשובה א. X△ מתאר את מרחק הדיפוזיה- המרחק אותה המולקולה עוברת. במקרה של דיפוזיה דרך ממברנה המרחק בא לידי ביטוי בעובי הממברנה (או במרחק בין 2 הממברנות כאשר מדובר בממברנה כפולה, כמו ממברנת הגרעין למשל).
שלילת מסיחים:
ב. A מתאר את שטח הפנים של הממברנה.
ג. C△ מתאר את מפל הריכוזים של המולקולה והוא הכוח המניע של הדיפוזיה. במקרה של דיפוזיה דרך ממברנה, C△ מתייחס להפרש הריכוזים בשל המולקולה בין צד אחד של הממברנה לצידה השני.
ד. בטא הוא מקדם החלוקה ומשמעותו מסיסות החומר בשמן ביחס למסיסות החומר במים. ככל שמקדם החלוקה גבוהה יותר, החומר מסיס יותר בשמן ולכן חדיר יותר לממברנה הביולוגית.
להרחבה – Bern & Levy, מהדורה 8 עמודים 10-12 (דיפוזיה).
נושא: פיזיולוגיה תת נושא: הומאוסטזיס תת-תת נושא: דיפוזיה
מטופל הגיע למיון כאשר הוא נחשף לרעלן שפוגע בתהליך שרשרת מעבר האלקטרונים. מי מהתהליכים הבאים לא ייפגע עקב כך?
במה השאלה עוסקת: טרנספורט ממברנלי
תשובה ג. פגיעה בתהליך שרשרת העברת אלקטרונים תגרום לפגיעה בייצור ה-ATP ובמאגרי האנרגיה בתא. עקב כך, יפגעו כל התהליכים בתא הזקוקים לאנרגיה. טרנספורט ממברנלי נחלק למספר סוגים מבחינת הצריכה האנרגתית- טרנספורנט ממברנלי פסיבי (כלומר, שלא צורך אנרגיה), טרנספורט ממברנלי אקטיבי ראשוני (המשתמש ישירות ב-ATP) וטרנספורט ממברנלי אקטיבי שניוני (המשתמש באנרגיה של העברת חומר אחד כנגד מפל הריכוזים על מנת להעביר חומר אחר עם מפל הריכוזים. יצירת מפל ריכוזים של חומר מסוים תמיד דורשת אנרגיה). טרנספורט GLUT2 הוא נשא יוניפורט המעביר גלוקוז לתוך התאים עם מפל הריכוזים שלו, כך שהוא נשא פסיבי שאינו דורש ATP.
שלילת מסיחים:
א. משאבת נתרן אשלגן הינה משאבה המשתמשת באופן ישיר בהידרוליזה של ATP על מנת להעביר 2 יוני נתרן מחוץ לתא ולהכניס 3 יוני אשלגן לתוך התא ולכן נחשבת טרנספורט אקטיבי ראשוני
ב. הסינפורט המעביר גלוקוז ונתרן בכליה משתמש באנרגיה של הכנסת נתרן לתא עם מפל הריכוזים על מנת להכניס גלוקוז לתוך התא כנגד מפל הריכוזים. כלומר, מדובר על טרספורט אקטיבי שניוני. שימו לב כי מספיק לדעת את משמעות המושג סימפורט על מנת לענות על השאלה, גם אם לא זכרתם את הנשא הספציפי.
ד. אנטיפורט NHE-1 נמצא על ממברנת כל תאי הגוף ומשמש תפקיד חשוב ברגולצית ה-PH בתוך התא וכן משמש את התא במהלך מנגנון ה- RVI. הטרנספורט מכניס יון נתרן במקביל להוצאת פרוטון החוצה מהתא. האנרגיה לפעילותו מגיעה ממפל הריכוזים של התנרן שנוצר בעזרת משאבת נתרן אשלגן הדורשת ATP. כלומר, מדובר בטרנספורט אקטיבי שניוני. שימו לב כי מספיק לדעת את משמעות המושג אנטיפורט על מנת לענות על השאלה, גם אם לא זכרתם את הנשא הספציפי.
ה. אנטיפורט סידן- נתרן נמצא גם כך על ממברנת כל תאי הגוף ומשחק תפקיד חשוב בשמירה על ריכוזים נמוכים של סידן בתוך התא. הטרנספורט מכניס שלושה יוני נתרן לתוך תא ומוציא יון סידן מחוץ לתא. האנרגיה לפעולתו מגיעה ממפל הריכוזים של הנתרן שנוצר בעזרת משאבת נתרן אשלגן הדורשת ATP, כלומר מדובר בטרנספורט אקטיבי שניוני.
להרחבה – Bern & Levy, מהדורה 8 עמודים 6-8 (טרנספורט ממברנלי).
מה הלחץ האוסמוטי של תמיסה בעלת M5 גז מתאן ו- M2 קלציום כלוריד בהינתן כי מכפלת קבוע הגזים בטמפרטורה שווה ל-25?
במה השאלה עוסקת: משוואת הלחץ האוסמוטי
תשובה ג’. נשתמש במשוואת הלחץ האוסמוטי: כאשר:
n – מספר החלקיקים המסיסים במולקולה (למשל עבור CaCl מדבור בשלושה). נקרא גם המקדם הסטויכיומטרי
C – ריכוז המולקולה [mol / L].
R – קבוע הגזים [L * atm / (K * mol] 8.205*102. לא צריך לזכור את הערך הממשי.
T – טמפרטורה בקלווין [T(K)].
נתמקד בפתרון רק בכלציום כלוריד ולא במתאן כיון שגזים חודרים את הממברנה ולכן אינם יוצרים לחץ אוסמוטי. כלציום כלוריד היא מולקולה המתפרקת בתמיסה לשלושה חלקיקים (2 יוני כלור ויון סידן) ולכן המקדם הסטויכומטרי הוא 3. נכפיל את מקדם הסטויכומטרי בריכוז הנתון ובמכפלת קבוע הגזים בטמפרטורה לפי הנוסחה: π=3x2x25=150.
להרחבה – Bern & Levy, מהדורה 8 עמודים 12-16 (אוסמוזה).
מה לא ניתן לבדוק על ידי בדיקת דם פשוטה?
במה השאלה עוסקת: מדורי המים בגוף
תשובה ב. חשוב לזכור כי קיים מעבר מים חופשי בין מדורי הגוף השונים, האוסמולליות של כל המדורים תהייה זהה. מכאן, ניתן יהיה להעריך את אוסמולליות הנוזל התוך תאי על ידי בדיקת האוסמולליות של הפלזמה. מכיוון שמעבר המים הוא חופשי, ניתן לומר שהתמיסות בכל המדורים הן איזוטוניות אחת ביחס לשנייה. עם זאת, הרכב המומסים בפלזמה הוא שונה מזה שבתוך התא וזאת כתוצאה מכך שהממברנה של התא היא בררנית ולא מאפשרת מעבר של ישיר של חומרים דרכה.
שלילת מסיחים:
א. מכיוון שמדורי הגוף איזוטונים אחד ביחס לשני, אוסמולליות הנוזל התוך תאי זהה לאוסמולליות הפלזמה.
ג. ריכוז המומסים שאינם חדירים (האפקטיביים) שווה בכל אחד מהמדורים. מכאן שריכוז החלבונים שאינם חדרירים בתוך התאים יהיה שווה לריכוזים בפלזמה. אחרת, יהיה מעבר של מים אל עבר המדור בעל הלחץ האוסמוטי הגדול יותר עד שהמצב יגיע לשיווי משקל וריכוזם יתאזנו.
ד. מכיוון שמדורי הגוף איזוטונים אחד ביחס לשני, אוסמולליות הנוזל התוך תאי זהה לאוסמולליות המדור הבין תאי.
להרחבה – Bern & Levy, מהדורה 8 עמודים 18-22 (מדורי המים בגוף).
זרקו כדורית דם לתוך מיכל עם תמיסה, נפח הכדורית גדל ואז התייצב בשיווי משקל. אילו מן התמיסות הבאות יכולה לגרום לכך?
במה השאלה עוסקת: תמיסות בשימוש קליני
תשובה ה. על מנת שנפח הכדוריות יגדל, התמיסה אליה מוכנס תא הדם האדום צריכה להיות תמיסה היפוטונית (תמיסה בה ריכוז החלקיקים האפקטיביים נמוך מריכוזים בתוך התא). תמיסה היפוטונית מדללת את הסביבה החוץ תאית כך שהלחץ האוסמוטי בתוך התא עולה. בעקבות כך מים ינועו לתוך התא על מנת להשוות את הלחץ האוסמוטי שנוצר. כתוצאה מכך נפח התא יעלה והאוסמולריות של הנוזל בתוכו תרד.
שלילת מסיחים:
א. תמיסת אוריאה איזואוסמוטית הינה תמיסה שאינה מייצרת לחץ אוסמוטי כלל, כיוון שאוריאה חוצה את ממברנת התא האדום בחופשיות. כלומר, המצב מקביל להכנסת האריתרוציט לתמיסת מים מזוקקים. אוריאה תכנס לתוך התא על מנת להשוות את מפל הריכוזים. מים ייכנסו לתוך התא, אל עבר המקום בו ריכוז החלקיקים האפקטיביים והלחץ האוסמוטי הוא גבוהה יותר. מכיוון שהתמיסה דומה לתמיסת מים מזוקקים ואין בה כלל לחץ אומסוטי, ייכנסו מים לתוך התא עד כדי פיצוץ שלו והמערכת לא תספיק להגיע לשיווי משקל.
ב. תמיסת סליין היא תמיסה איזוטונית ביחס לנוזל התוך תאי. מכאן, שהיא אינה מייצרת לחץ אוסמוטי יחסי כלשהו באף אחד מהמדורים. בעקבות הכנסת הכדורית לתמיסה, לא תהייה תנועה נטו של מים לאף כיוון ולא יהיה שינוי בנפח התא.
ג. תמיסת גלוקוז 10% היא תמיסה היפר-טונית ביחס לפנים התא. כלומר, התמיסה תייצר לחץ אוסמוטי יחסי מחוץ לתא שיגרור יציאה של מים מתוך התא אל עבר המקום שבו ריכוז המומסים האפקטיביים הוא גובהה יותר. כתוצאה מכך נפח התא יקטן.
ד. גזים חוצים את ממברנת התא בדיפוזיה פשוטה ולכן חדירים לחלוטין את הממברנה. מכאן, שהתמיסה לא מייצרת לחץ אוסמוטי כלל והתגובה שתתרחש עקב הכנסת תא הדם האדום לתמיסת מתאן תהייה זהה לזו של הכנסת התא לתמיסת אוריאה (מסיח א’).
להרחבה – Bern & Levy, מהדורה 8 עמודים 12-16 (אוסמוזה); עמודים 18-22 (מדורי המים בגוף).
איזה תהליך יפגע כתוצאה ישירה מהמוטציה הנקודתית בעמדה 508 של החלבון במחלת ה-Cystic Fibrosis?
במה השאלה עוסקת: מחלת ה-Cystic Fibrosis
תשובה ג’. במחלת הציסטיק פיברוזיס קיימת מוטצית מחיקה של חומצת האמינו פניל-אלנין בעמדה 508, בגן המקודד ל-CFTR (Cystic fibrosis transmembrane conductance regulator). החלבון הואABC טרנספורטר המתפקד כתעלת כלור ואחראי על בקרה על טרנספורטרים נוספים. בשל קיפול שגוי נמנעת ההגעה שלו לממברנה. כל הולכת היונים בתא נפגעת- לא מייצרים מוקוזה בריאות, בעיית ספיגה ממערכת העיכול, עקרות, זיהומי ריאות חוזרים, זיעה מלוחה (הכלור לא נספג).
להרחבה – Bern & Levy, מהדורה 8 עמוד 8 (ציסטיק פיברוזיס).
מטופל הגיע למיון עקב אירוע מוחי. הרופאים במיון חששו כי בעקבות האירוע יצטברו נוזלים בחלל המוח ותיווצר בצקת מסכנת חיים. איזה עירוי על הרופאים לתת למטופל על מנת למנוע ככל הניתן את מצב זה?
במה השאלה עוסקת: תמיסות בשימוש קליני
תשובה א. שבץ מוחי פעמים רבות מלווה בהצטברות נוזלים בחלל המוח והתנפחות של נוירונים. בצקת מוחית יכולה לגרום ללחץ תוך גולגולתי, לפגוע בתפקוד הנוירונים ולגרום אף למוות או קומה. על מנת למנוע מצב זה משתמשים בתמיסת Manitol. מניטול אינו חודר את ה-BBB, כך שהוא מהווה אוסמוליט אפקטיבי, והוא יעלה את הלחץ האוסמוטי בגוף ויגרום למעבר של מים באוסמוזה מתוך חלל המוח.
שלילת מסיחים:
ב. Dextran היא מולקולה בעלת משקל מולקולרי גבוהה, והיא אינה חוצה את תאי האנדותל ונשארת בפלזמה. ניתן להשתמש בתמיסה זו כאשר רוצים להעלות, למשל את האוסמולריות של הפלזמה.
ג. Dexterose הינו סוכר המתפרק במים לפחמן דו חמצני ולמים ועל כן אינו מייצר לחץ אוסמוטי כלל. תמיסת דקסטרוז בכל האחוזים המשקליים תהייה תמיסה היפוטונית ותגרור כניסת מים לתאים.
ד. תמיסת סליין היא תמיסה איזוטונית של נתרן כלוריד שאינה משנה את מאזן האוסמולריות במדורי הגוף ולא גוררת תנועה של מים נטו לאף כיוון.
להרחבה – Bern & Levy, מהדורה 8 עמודים 19-22 (משק המים בגוף); 22 (In The Clinic).
הקטנה של איזה מהערכים הבאים תקטין את השטף של CO2 החוצה מן התא?
במה השאלה עוסקת: דיפוזיה דרך ממברנה
תשובה ה. נתונה משוואת הדיפוזיה: .
ככלל, הקטנת ערך שנמצא במונה או הגדלת ערך שנמצא במכנה במשוואה, תגרום להקטנת שטף הדיפוזיה הכולל. אותה נקודה נכונה גם למשוואת מקדם הדיפוזיה:
שהינה חלק ממשואת הדיפוזיה. בחלק שלילת המסיחים נבין מדוע כל מסיח אינו נכון.
שלילת מסיחים:
א. פחמן דו חמצני הינה מולקולה סימטרית וללא מטען חשמלי כלל. מסיבה זו פחמן דו חמצני חוצה את ממברנת התא בדיפוזיה פשוטה בקלות יתרה. ככלל, ככל שהמולקולה פחות טעונה היא דווקא תחצה את הממברנה בקלות יותר ושטף הדיפוזיה דרך הממברנה יגדל.
ב. הקטנת ריכוז הפחמן הדו חמצני מחוץ לתא, תגדיל את הכוח המניע של המולקולה לצאת החוצה מהתא וזאת על מנת להשוות את מפל הריכוזים. כלומר, יצירת C△ – מפל ריכוזים שיגרור שטף גדול יותר של פחמן דו חמצני לחוץ התא.
ג. הקטנת עובי הממברנה תקטין את ה-X△ במשוואת שטף הדיפוזיה. כלומר, יקטן המרחק אותו המולקולה צריכה לעבור ובעקבות כך יגדל השטף של הפחמן הדו חמצני לחוץ התא.
ד. הצמיגות (אתא) נמצאת במכנה במשוואת שטף הדיפוזיה (בתוך מקדם הדיפוזיה). הקטנת הצמיגות תקל על המולקולות לנוע במדיום ותגדיל את שטף הדיפוזיה.
להרחבה – Bern & Levy, מהדורה 8 עמודים 10-12 (דיפוזיה).
נתונות ארבעת תמיסות שונות של 10% אחוז משקלי: תמיסת אוראה (g\mol Mw=60), תמיסת NaCl (g\mol Mw=58), תמיסת סוכרוז (Mw = 342 g\mol) ותמיסת גלוקוז (g\mol Mw = 180). מי מבין התמיסות היא בעלת האוסמולריות הגדולה ביותר?
במה השאלה עוסקת: אוסמולריות
תשובה ב. אוסמולריות מוגדרת כמספר החלקיקים לליטר ממס, והיא מחושבת על ידי מכפלה של ריכוז החומר במספר החלקיקים שהמולקולה מתפרקת אליהם בתמיסה. בשאלה לא נתון הריכוז, אלא האחוז המשקלי. אנחנו צריכים להסיק מהאחוז המשקלי מידע בנוגע לריכוז. כאשר אנו נשאלים על תמיסות בעלי אותו אחוז משקלי, יש שני כללי אצבע שחשוב לזכור:
1. כאשר משווים בין מולקולות המתפרקות לאותה כמות חלקיקים – תמיסה המכילה חלקיקים בעלי משקל מולקולרי נמוך יותר, בהכרח תהייה בעלת אוסמולריות גבוהה יותר. הסיבה לכך היא שכדי שחלקיקים בעלי מסה קטנה יותר יגיעו לאותו אחוז משקלי כמו תמיסה המכילה חלקיקים בעלי מסה גדולה יותר, דרושים יותר חלקיקים.
2. כאשר משווים בין תמיסות בעלות משקל מולקולרי דומה – תמיסה המכילה מולקולות המתפרקות ליותר חלקיקים, בהכרח תהייה בעלת אוסמולריות גבוהה יותר.
תמיסת הגלוקוז והסוכרוז אינן מתפרקות לחלקיקים נוספים בתמיסה והמשקלים המולקולריים של הגלוקוז והסוכרוז הם הגדולים ביותר בהשוואה ליתר התמיסות. לכן, אפילו ללא חישוב אנו יכולים להסיק כי אלו הן שתי התמיסות בעלות האוסמולריות הנמוכה ביותר. אוראה היא בעלת משקל מולקולרי גדול יותר מ-NaCl ובנוסף אינה מתפרקת בתמיסה ולכן האוסמולריות שלה נמוכה יותר מתמיסת NaCl בעלת אותו אחוז משקלי. כלומר, NaCl הינה התמיסה בעלת המשקל המולקולרי הנמוך ביותר וכן מתפרקת להכי הרבה חלקיקים, ולכן היא התמיסה בעלת האוסמולריות הגבוהה ביותר ביחס לשאר התמיסות.
להרחבה – Bern & Levy, מהדורה 8 עמודים 12-16 (אוסמוזה).
מה מנגנון הפעילות של הנשא NHE-1 הנמצא בכל תא בגוף?
במה עוסקת השאלה: טרנספורט ממברנלי
תשובה ג’. הנשא NHE-1 הוא אנטיפורטר הנמצא בכל תאי הגוף ומכניס יון נתרן במקביל להוצאת פרוטון . האנרגיה לפעילותו מגיעה ממפל הריכוזים של הנתרן שנוצר בעזרת פעילות משאבת הנתרן אשלגן הדורשת ATP. הנשא משחק תפקיד חשוב בקביעת ה-PH בתוך התא.
להרחבה – Berne & Levy, מהדורה 8, עמוד 7, 26-27
חוקר מדד את פעילותו של נשא ומצא כי הוא מעביר 10^2 מולקולות בשנייה. מי יכול להיות הנשא המדובר?
במה עוסקת השאלה: טרנפורט ממברנלי
תשובה ד’. הטרנספורטרים היחידים שקצב העברה שלהם בטווח של- 10^2-10^4 מולקולות לשנייה הם נשאים (פסיביים- יוניפורטר ואקטיבים שניוניים) ומשאבות.
להרחבה- שקופית 22 במצגת 1 ו- Berne & Levy, מהדורה 8, עמוד 6
במחלת הציסטיק פיברוזיס, איזה תהליך פגום?
במה עוסקת השאלה: מחלת הציסטיק פיברוזיס.
תשובה א’. המחלה cystic fibrosis (CF) היא דוגמא למוטציה הגורמת לכשל ב-transporter (כיום ידועות כמאה מוטציות בגן הגורמות למחלה). CF היא מחלה אוטוזומלית רצסיבית המתבטאת בזיהומים חוזרים בריאות, פגיעה בפעילות הלבלב וחוסר פוריות בגברים. לרוב המחלה גורמת למוות עקב כשל נשימתי. המחלה נחשבת לגורם המוות הגנטי הנפוץ ביותר באוכלוסייה הלבנה. המחלה נגרמת בשל מוטציה בכרומוזום 7 המקודד לנשא מסוג ABC. המוטציה הנפוצה ביותר היא החסרת החומצה אמינית פנילאלאנין בעמדה 508 של החלבון. מחיקה זו גורמת לכשל בקיפול של החלבון ב-ER , כך שהוא לא מצליח להגיע לממברנה הפלזמתית. הנשא הנפגע במחלה הוא cystic fibrosis transmembrane regulator (CFTR). הנשא משמש כתעלת כלור ובמקביל מבצע רגולציה לפעילות של נשאים אחרים. כתוצאה מהמוטציה, לחולי CF ישנה פגיעה חמורה בהעברת חומרים לתוך והחוצה מתאי האפיתל. לאדם ישנה שכבת ליחה (mucus) המצפה את תאי האפיתל בדרכי הנשימה ולוכדת חלקיקים שננשמו בטעות. בעוד שבאדם בריא הליחה מפונה מהריאות בעזרת cilia הנמצאת גם היא על תאי האפיתל, באדם החולה ב-CF נוצרת ליחה רבה מידיי שלא ניתן לפנות. הצטברות הליחה והחלקיקים אותה לכדה בדרכי הנשימה והריאות גורמת לזיהומים חוזרים אשר גורמים להרס הריאות ובסופו של דבר למוות.
CFTR זו תעלה נורא מעניינת שכן היא מכילה שני דומיינים המפרקים ATP באותו מנגנון כמו ABC transporters. אכן, זו תעלה שמפרקת ATP! עם זאת, ולהבדיל ממשאבות, האנרגיה שבפירוק ATP על ידי CFTR אינו משמש להעברת מומס כנגד מפל הריכוזים שלו אלא רק לפתיחת השער של התעלה. התעלה נפתחת וכלור זורם החוצה.
להרחבה – Berne & Levy, מהדורה 8, עמוד8
מה הם משפחת חלבוני Nedd4/Nedd4 like family?
במה עוסקת השאלה: טרנפורט ממברנלי: Nedd4/ Nedd4 like family
תשובה א’. Nedd4/Nedd4 like family- ממברנת התא משתנה באופן קבוע. כתוצאה מכן, חלבוני הממברנה מוחלפים כל הזמן. אחד מהמנגנונים בהם מסומנים חלבונים המיועדים להחלפה על גבי הממברנה הוא סימון החלבון ביוביקוויטין על גבי החלק הציטופלזמתי. הוספת היוביקוויטינים מתבצעת על ידי יוביקוויטין ליגאזות. משפחה חשובה של ליגאזות הינה Nedd4/Nedd4 like family. ברגע שהחלבון הממברנלי עובר יוביקווינציה, הוא עובר אנדוציטוזה ומובל לליזוזום או לפרוטאוזום. התאים מכילים גם דה-יוביקוויטינאזות הנקראים DUBs. כמות החלבונים בתא נקבעת לפי קצב הוספת היוביקוויטינים של הליגאזות ביחס לקצב הסרת היוביקוויטינים על ידי חלבוני DUBs.
יוביקוויטיציה של חלבוני ממברנה היא אחד המנגנונים של התא לבקר טרנספורט ממברנלי. למשל, ספיגת נתרן בכליה מוגברת בעקבות פעילות ההורמון אלדוסטרון. אחד מהדברים שהאלדוסטרון עושה הוא לעכב את Nedd4-2, דבר שמונע את היוביקווינציה של תעלות נתרן בנפרון. לכן, תעלות הנתרן נשארות על גבי הממברנה לזמן רב יותר ויש יותר ספיגה של נתרן.
להרחבה – Berne & Levy, מהדורה 8, עמוד8
הומאוסטזיס הוא מצב של-
במה עוסקת השאלה: שמירה על הומאוסטזיס
תשובה ב’. הומאוסטזיס – תהליך שמירת נפח, תכולה וטמפרטורות מדורי המים בגוף קבועים. הומאוסטזיס נשמר באמצעות השקעת אנרגיה, כלומר מדובר במצב יציב (steady state).
למה עשוי לגרום טיפול מהיר מדי של סינדרום SIADH) syndrome of inappropriate AVP (ADH) secretion?
במה עוסקת השאלה: שמירה על הומאוסטיזיס; סינדרום SIADH
תשובה ג. הסינדרום המדובר הוא סינדרום בו מופרש הורמון מונע מתן השתן בעודף ובחוסר בקרה (Syndrome of Inappropriate Antidiuretic Hormone Section, SIADH). ההורמון מונע מתן השתן ADH (Anti-diuretic hormone) גורם לכליות לאצור מים ועל כן כאשר הוא מופרש ללא בקרה, נפח המדור החוץ תאי גדל והאוסמולליות שלו קטנה. תאים רבים, וביחוד תאי מערכת העצבים המרכזים (נוירונים ותאי הגליה) מוציאים מומסים מתוך התא על מנת להקטין את הנפח התאי ולמנוע התפוצצות. הטיפול במצב זה חייב להיות הדרגתי, שכן אם נבטל את ההפרשה של ADH בבת אחת אז ייווצר מצב הפוך בו הנוזל החוץ תאי נהיה היפרטוני. שינוי זה יגרום לכיווץ מהיר של התאים, נזק ודה-מיאלינציה הנקראת osmotic demyelination. הנזקים יכולים להתפשט גם לגזע המוח ואינם הפיכים.
שימו לב – תסמונת זו מוסברת בספר מחוץ לעמודי הסילבוס אך השאלה עוזרת בהבנת המנגנונים לשמירה על הומאוסטזיס.
מי מהתמיסות הבאות תשמש כטיפול במטופל מיובש שהתייצג עם נוזלי גוף היפרטונים?
במה עוסקת השאלה: שמירה על הומאוסטזיס
תשובה ב’.
אוסמולריות תקינה של נוזלי הגוף סביב 300 מיליאוסמולר. ולכן המטופל התייצג עם נוזלי גוף היפרטונים.
דקסטרוז – תמיסה היפוטונית (דקסטרוז הוא סוכר שמתפרק למים ולפחמן דו חמצני שחדיר את ממברנות מדורי הגוף). מתן תמיסה של דקסטרוז מגדילה את נפח ה-ECF וה-ICF וגורמת לירידה באוסמולריות נוזלי הגוף.
הרחבה על יתר התמיסות בסרטון ‘מדורי המים בגוף’ ובערכי הידע בערך זהה.
שלילת מסיחים –
דקסתרן- תמיסה היפרטונית (סוכר גדול מאוד) שלא חודר את ממברנת הפלסמה. ניתנת במקרה שיש צורך להעלות את נפח הפלזמה בלבד, וגורמת לעלייה באוסמולריות של נוזלי הגוף של המטופל.
נתרן כלוריד 5%- תמיסה היפרטונית שחודרת את ממברנת הפלסמה (אך לא את ממברנת התא) ניתנת במקרה של נוזלי גוף היפוטונים על מנת להעלות את אוסמולריות נוזלי הגוף. גורמת למעבר של נוזלים מה-ICF ל-ECF ובכך להגדלת נפל מדור ה-ECF והקטנת נפח המדור התוך תאי.
מניטול- כאשר מטופל עובר ניתוח מוח או סובל משבץ, לרוב יש הצטברות של נוזל בין רקמתי במוח (בצקת). בגלל קשיחות הגולגולת לא ניתן להגיל את נפח המדור ומתחיל להיווצר לחץ הפוגע בנוירונים. נוזל המוח מופרד משאר הגוף ע”י ה-BBB (blood brain barrier) אשר חדיר למים ולמעט מאוד חומרים נוספים. כאשר ישנה הצטברות נוזלים במוח נרצה להעלות את האוסמולליות של שאר המדורים בגוף, כך שתיווצר זרימה של מים מהמוח החוצה. לצורך כך משתמשים הרופאים במניטול שהינו סוכר שלא חודר לתאים או למוח (אינו חוצה את ה-BBB). המניטול מעלה את האוסמולליות של הנוזל החוץ תאי (לא כולל את סביבת המוח) ומוביל לזרימת מים מהמוח החוצה.
להרחבה – Berne&Levy, מהדורה 8, עמודים 18-22 (מדורי מים בגוף)
כאשר אדם מתייבש, מופעלים מנגנונים נוירונלים והורמונליים שמטרתם הם-
במה עוסקת השאלה: שמירה על הומאוסטזיס; שמירה על מאזן נוזלי הגוף – ADH.
תשובה א’.
מאזן המים בגוף קובע את אוסמולליות נוזלי הגוף. הגוף משתמש במספר מנגנונים על מנת לשמור על מאזן המים בגוף התלוי בקצב ספיגת המים (input) וקצב איבוד המים (output). חלק מהמנגנונים אינם ניתנים לבקרה (למשל, הזעה התלויה בעליית חום הגוף ואיבוד אדי מים במהלך הנשימה), אך חלקם ניתנים לבקרה בצורה משמעותית. כאשר חלה ירידה בנוזלי הגוף (למשל, בעת התייבשות) תאי ההיפותלמוס במוח מרגישים את השינוי באוסמולריות של נוזלי הגוף שנגרמת בשל החריגה מה-set-point. כתוצאה מכך, שני מנגנונים מופעלים במקביל (effector) .המנגנון הראשון הוא נוירונלי וגורם להגברת תחושת הצמא (הגדלת הinput-). המנגנון השני הוא הורמונלי- הורמון ה-ADH מופרש מבלוטת ההיפופיזה וגורם לספיגה חוזרת של מים מנפרון הכליה, כך שפחות מים נאבדים בשתן (הקטנת הoutput- )
להרחבה – Berne and Levy, Physiology , מהדורה 8, עמודים 17-18
מה מהבאים אינו מהווה תפקיד של תאי האפיתל?
במה עוסקת השאלה: העברה אפיתלאלית
תשובה ד’. תאי האפיתל מהווים את החוצץ בין הסביבה החיצונית לבין הסביבה הפנימית. תפקידיהם המרכזיים של תאי האפיתל הם להוות מחסום בפני מיקרוארגניזמים, למנוע איבוד מים ולשמור על סביבה פנימית קבועה. את התפקיד האחרון הם מצליחים למלא על ידי תהליכי טרנספורט מבוקרים- העברה וקטוריאלית מצד אחד של תאי האפיתל לצד השני.
להרחבה – Bern & Levy, מהדורה 8 עמודים 27-33 (טרנספורט דרך תאי אפיתל).
מי מהבאים אינו מהווה מנגנון דרכו הקפילרות יכולות להעביר מים?
במה עוסקת השאלה: מעבר נוזלים בין מדורי נוזל בגוף
תשובה ג’. מעבר מים ומומסים בין הנימים (קפילרות) משתנה בהתאם לסוג האיבר. למשל בכבד ישנם נימים בעלי רווחים גדולים המכונים discontinuous capillary, דרכם מים ואלמנטים תאיים יכולים לעבור. בכליה למשל יש נימים בעלי חרירים המכונים fenestrations בקוטר של 80-100 nm ובמוח ישנו מחסום המאפשר מעבר של מים, יונים ומולקולות הקטנות מ-4 nm. בנוסף תאי האנדותל המרכיבים את הנימים מכניסים מים באמצעות פינוציטוזה.
להרחבה – Berne & Levy Physiology, מהדורה 8, עמודים 19-20