מוגש על-ידי: אילת אברהם וד"ר בת שבע כהן אוגוסט 2006 ביוכימיה בהרחבה

מקצועות הלימוד במגמת ביוטכנולוגיה לימוד דרך צמתי ידע פיסיקה או ביולוגיה מערכות ביוטכנולוגיות כימיה ביוכימיה בהרחבה

כימיה לביוטכנולוגיה לכימיה 3 יח"ל השלמה ל-5 יח"ל ביוכימיה בהרחבה לביוטכנולוגיה לכימיה התכנית מהווה תשתית להבנת המקצוע "מערכות ביוטכנולוגיות", תילמד על-פני י"א, י"ב, בהתאם לסדר הוראת נושאי הלימוד בביוטכנולוגיה

ביוכימיה בהרחבה 180 ש'- השלמה ל 5 יח"ל כימיה חטיבות הלימוד התכנית עוסקת במבנה ותפקוד של מקרומולקולות ביולוגיות חטיבות הלימוד מקרומולקולות ביולוגיות והתא החי 5 ש' חלבונים 100 ש' פחמימות ליפידים וממברנות 45 ש' חומצות גרעין וביוסינתזה 30 ש'

מבוא: מקרומולקולות ביולוגיות והתא החי מעובד מתוך הספר "ביוכימיה" מאת א. ל. לנינג'ר היסודות השכיחים באורגניזם החי המסומנים באדום מצויים בכל האורגניזמים. השאר מצויים רק באורגניזמים מסויימים The elements of organic matter O, C, N, H, P, S The mono-atomic ions Na+, K+, Mg2+, Ca2+, Cl- The trace elements Mn, Fe, Co, Cu, Zn, B, Al, V, Mo, I, Si

2. השכיחות היחסית של מספר יסודות בקרום כדור הארץ Element O Si Al Na Ca Fe Mg P C N 62.5 21.2 6.47 2.64 1.94 1.92 1.84 1.42 0.08 0.0001 Atoms % השכיחות היחסית של מספר יסודות בגוף האדם Element H O C N Na Ca P S K Cl Atoms % 60.3 25.5 10.5 2.42 0.73 0.226 0.134 0.132 0.036 0.032

3. התא החי התלמידים מחוייבים ללמוד את נושא התא במסגרת לימודי הביולוגיה (ראה מסמך "נושאים הכרחיים בלימודי הביוטכנולוגיה") לדוגמא http://www.wiley.com/legacy/college/boyer/0470003790/animations/cell_structure/cell_structure.htm http://www.bbc.co.uk/education/asguru/biology/01cellbiology/index.shtml

4. ההיררכיה של הארגון המולקולרי בתא החי Nucleic acids Proteins Poly-saccarides Lipids Enzymes complexes, Ribosomes, etc. Nucleus, Mitochondria, Chloroplasts CO2, H2O, N2 Fatty acids, glycerol Simple sugars Amino acids Mono-nucleotides The Cell Mol wt אברונים תוך-תאיים מבנים על-מולקולריים 106-109 מקרומולקולות ביולוגיות 103-109 אבני בניין 100-350 חומרי מוצא אי אורגנים 18-44

5. השכיחות היחסית של המקרומולקולות בתא החי % of total weight E.coli Molecular components 70 Water 15 Proteins 1 6 DNA RNA 3 Carbohydrates 2 Lipids Inorganic ions Others

יחידה ראשונה דרישות קדם: הרקע הכימי להבנת פרקי התכנית ביוכימיה בהרחבה נלמד במסגרת 3 יח"ל כימיה. יש לבחור מבין פרקי הבחירה נושאים שיתנו רקע מירבי לדוגמא:

יחידות 2, 3

השוואה בין התכנית הקודמת לתכנית החדשה

חומצות גרעין במבנה הדנ"א: ירד- מימדי המרחקים בסליל ירד- השפעת ה-pH וחומרים שונים על דנטורציה ורנטורציה להדגיש - במבנה הנוקלאוטיד את המטען השלילי עקב קב' הפוספט בהכפלת הדנ"א: ירד- הפקטורים הדרושים לפעילות האנזים דנ"א פולימרז בתהליך התעתוק: ירד- הבדלים בין האנזים המשכפל לאנזים המתעתק ברמת אזכור - הפקטורים השונים הדרושים לתרגום ללא פרוט תפקודם ומיקום פעילותם הספציפי ירד- עקרונות ההנדסה הגנטית העשרה בקרת ביטויו של המידע הגנטי

חומצות גרעין- דוגמאות לאנימציות והמחשות http://www.bbc.co.uk/education/asguru/biology/04genesgenetics/01dnastructure/index.shtml http://learn.genetics.utah.edu/units/basics/index.cfm http://www.lewport.wnyric.org/jwanamaker/animations/DNA%20Replication%20-%20long%20.html http://www.pwc.k12.nf.ca/wadey/biotech/dna1.swf http://www.johnkyrk.com/DNAanatomy.html http://www.dnaftb.org/dnaftb/15/concept/ http://www.pbs.org/wgbh/nova/genome/dna.html# http://highered.mcgraw-hill.com/sites/0072437316/student_view0/chapter18/animations.html#

חלבונים - מבנה ותפקוד

חלבונים כללי חומצות אמיניות: ירד- הפרדה בין חומצות אמינו מבנה ראשוני של חלבון: ירד- קביעת PI של פפטידים (שיטות להפרדת חלבונים-מופיע בסוף הפרק חלבונים) חלבוני מבנה ותובלה ללא פירוט- מבנה המיוגלובין ירד- מנגנון הקשירה של ברזל לחמצן ירד- השינויים במבנה ההמוגלובין בעקבות קשירתו לחמצן השפעת CO,DPG,NO ברמת אזכור- עקרון הקואופרטיביות במקרה של המוגלובין העשרה חומצה אמינית: איזומריה מרחבית D/L מבנה ראשוני של חלבון:קביעת סדר חומצות אמיניות בפפטיד קצר תפקודים מבניים של חלבונים: קולגן חומצות אמיניות

(המשך -חלבונים מבנה ותפקוד)

נוגדנים מבוא ירד- חשיבות המערכת החיסונית בגוף רקע ביולוגי ירד- שלבים עיקריים בתגובה החיסונית, תגובה הומורלית ותגובה תאית התאים המשתתפים במערכת החיסונית ירד- מקום היווצרותם של התאים, מקום הפעילות של התאים, תפקוד המקרופאגים, תפקוד הלימפוציטים, תפקוד תאי פלסמה מבנה ותפקוד נוגדנים: ירד- הניסויים בעזרתם הגיעו למבנה הנוגדן ברמת אזכור - נוגדנים חד ורב שבטיים ירד- שיטות הפקה וקביעה של נוגדנים חד שבטיים ברמת אזכור ודוגמאות- נוגדנים הבנויים ממספר תת יחידות ללא שמות הקבוצות חשיבות המערכת החיסונית

(המשך -חלבונים מבנה ותפקיד)

אנזימים שיטות להפרדת חלבונים עקרון פעילות זרז כימי: ירד- תכונות המאפיינות תגובה כימית, סדר התגובה, תגובות בשיווי משקל, תגובות אקסותרמיות ואנדותרמיות תכונות הזרזים הביולוגיים: להדגיש את הורדת אנרגיית השפעול בנוכחות אנזים מנגנון פעילות האנזים: ירד- מנגנון פעילות הכימוטריפסין בקרה על הפעילות האנזימתית: ירד- השפעת קואנזימים על הפעילות האנזימתית ירד- אנזימים אלוסטרים ניקוי אנזים- ילמד במסגרת הפרק: שיטות להפרדת חלבונים מקבל חיזוק בלימודי המעבדה ובתכנת PROTLAB עקרון שיטות להפרדת חלבונים לשים דגש -גם על ניתוק בררני של החלבונים בשיטות השונות

חלבונים - דוגמאות לאנימציות והמחשות http://www.bbc.co.uk/education/asguru/biology/02biologicalmolecules/01proteins/12polymers/index.shtml http://www.johnkyrk.com/aminoacid.html http://www.sumanasinc.com/webcontent/anisamples/nonmajorsbiology/proteinstructure.htm http://www.lewport.wnyric.org/JWANAMAKER/animations/Enzyme%20activity.html http://www.wellesley.edu/Biology/Concepts/Html/enzymes.html http://www.stolaf.edu/people/giannini/flashanimat/enzymes/prox-orien.swf

פחמימות חד סוכרים ברמת אזכור ודוגמאות - תצוגות שונות לנוסחאות המבנה (פישר, האורט, כסא-סירה). לא נדרש לתרגל מעבר מתצוגה אחת לאחרת ברמת אזכור והדגמה - מוטורוטציה ילמד רק כהסבר לקיומם של אנומרים α, β ברמת אזכור ודוגמאות- המגוון הרב של חד סוכרים: איזומריה ירד- איזומריה אופטית רב סוכרים לא נדרש לדעת ולתרגל מבנה מרחבי של רב סוכר בלתי ידוע על פי קשר גליקוזידי שונה מזה של עמילן, גליקוגן, תאית לא נדרש לדעת ולתרגל יחסיות מרחבית של המונומרים ברב סוכר חשיבות המערכת החיסונית

סוכרים- דוגמאות לאנימציות והמחשות http://www.mydr.com.au/default.asp?article=3995 http://www.wisc-online.com/objects/index_tj.asp?objid=AP13104 http://www.bbc.co.uk/education/asguru/biology/02biologicalmolecules/02carbohydrates/ http://www.stolaf.edu/people/giannini/flashanimat/carbohydrates/glucose.swf

(המשך –פחמימות וליפידים)

(המשך –פחמימות וליפידים)

ליפידים וממברנות הידרוליזה בסיסית ברמת אזכור ודוגמאות- סיווג הליפידים למסתבנים ובלתי מסתבנים אפיון טריגליצרידים ברמת מידע ללא חישובים- מספר סיבון ומספר יוד כמדד השוואה לאורך חומצות השומן ומידת הריוויון שלהן חלבונים ממברנליים ברמת עקרון- דגש על מיקומם במברנה בהתאם לתפקודם חשיבות המערכת החיסונית

ליפידים וממברנות- דוגמאות לאנימציות והמחשות http://www.bbc.co.uk/education/asguru/biology/02biologicalmolecules/03lipids/index.shtml http://www.wisc-online.com/objects/index.asp?objID=AP13204 http://www.bbc.co.uk/education/asguru/biology/01cellbiology/05pathways/05membrane/index.shtml http://telstar.ote.cmu.edu/Hughes/tutorial/cellmembranes/orient2.swf http://www.d.umn.edu/~sdowning/Membranes/diffusion.html http://programs.northlandcollege.edu/biology/Biology1111/animations/transport1.html http://www.wiley.com/legacy/college/boyer/0470003790/animations/membrane_transport/membrane_transport.htm

ספרות עזר פרופ' ע. פרימן, ס. אברמוב, פרקים בביוכימיה , מרכז הפרסומים משה"ח, 1994 (רכישה ב: "ספר לכל" טל' 035580111;1800361800) לומדת ביוכימיה ,מפט עמל, 1999 (רכישה ב: "מפט עמל" טל' 036450878) דר' ש. כהן, חושבים ביוכימיה-שאלות ותשובות, אורט, 2000 (רכישה ב: "לוני כהן בע"מ" טל' 039522326,039518418) פרופ' י. קלמס, התא : מבנה ופעילות, יח' 1-2 ,או"פ, 1995 ד"ר ר. ערב, ביוכימיה II: חומרי טבע, חטיבה I- פחמימות, או"פ, 2002