מיקרוביולוגיה דרכי הזנה ודרכים להפקת אנרגיה (נשימה תאית) של מיקרואורגניזמים נושאי השיעור מיון מיקרואורגניזמים לפי דרך הזנתם: אוטוטרופים: פוטואוטוטרופים וכימואוטוטרופים. הטרוטרופים דרכים להפקת אנרגיה (נשימה תאית): עם חמצן: נשימה אווירנית (אירובית) בלא חמצן: תסיסה ונשימה אל-אווירנית (אנאירובית) תוצרי הנשימה בלא חמצן (חומצת חלב, כוהל, חומצה אצטית, אצטון ומתאן) והשימושים בהם.

דרכי הזנה וניצול חומרי המזון במיקרואורגניזמים כיתר האורגניזמים בעולם, גם המיקרואורגניזמים זקוקים לחומרים אורגניים לצורך קיומם. המיקרואורגניזמים נחלקים לשתי קבוצות על פי דרך הזנתם, כלומר על פי הדרך שבה הם משיגים את החומרים האורגניים: אוטוטרופים והטרוטרופים. ניצול החומרים האורגניים בגוף האורגניזמים כמו אצל האורגניזמים האחרים בעולם, החומרים האורגניים מנוצלים על ידי המיקרואורגניזמים: א. לבניית תאים לצורך גידול והתרבות. ב. להפקת אנרגיה בתהליך נשימה תאית. המיקרואורגניזמים מבצעים תהליכי נשימה שונים: אווירנית ואל-אווירנית. האדם למד לנצל לצרכיו את מקצת תוצרי הנשימה של המיקרואורגניזמים, (לדוגמה, בתעשיית מוצרי החלב). בנושאים אלו ואחרים נדון במצגת זו. וראשית תזכורת: מאפייני החומרים האורגניים – בשקף הבא.

מאפייני החומרים האורגניים חומרים אורגניים הם תרכובות פחמן, שבהן הפחמן קשור למימן ועל פי רוב גם לחמצן. במקרים רבים, חומר אורגני כולל גם אטומים נוספים כמו חנקן (N), גפרית (S) וזרחן P)). חומרים אורגניים הם מקור לאנרגיה – הם חומרי עתירי אנרגיה כימית. לכן, כשהם מתפרקים לחומרים פשוטים יותר, משתחררת אנרגיה. זה מקור האנרגיה של התאים. גם בחיי היום-יום אנו משתמשים באנרגיה הנפלטת מפירוק חומרים אורגניים, לדוגמה, בעת שרֵפת גז הבישול במטבח או הדלק במכוניות בטבע, חומרים אורגניים נוצרים רק בתוך תאים של יצורים חיים, או בעקבות פעילותם. האדם יכול לייצר חומרים אורגניים סינתטיים, לדוגמה: פלסטיק. החומרים האורגניים הם החומרים העיקריים המרכיבים את התאים, מלבד המים. דוגמה למולקולה של חומר אנאורגני דוגמה למולקולה של חומר אורגני H O מים – H2O גלוקוז (6O12H6C) – חד-סוכר

מיון אורגניזמים על פי דרך ההזנה: אוטוטרופים והטרוטרופים אוֹטוֹטרופים (אוטו = עצמי; טרופי = ניזון) – אלו יצרני המזון, כלומר, הם מייצרים תרכובות אורגניות מתרכובות אנאורגניות. האוטוטרופים הם הצמחים, האצות וקבוצות אחדות של חיידקים.   הֶטֶרוֹטרופים (הטרו = שונה; טרופי = ניזון) – אלו צרכני המזון, כלומר, הם זקוקים לקבל תרכובות אורגניות – לאכול מזון או לקלוט אותו מן הסביבה. ההטרוטרופים הם בעלי החיים, פטריות וכן רוב החיידקים ואורגניזמים חד-תאיים אחרים. ההטרוטרופים בונים בתאיהם חומרים אורגניים, אבל רק מחומרים אורגניים אחרים שהם קלטו בתור מזון. הם אינם יכולים ליצור חומרים אורגניים מחומרים אנאורגניים בלבד. מי הם האוטוטרופים וההטרוטרופים בתמונות שלפניכם?

חומרים אורגניים שאצורה בהם אנרגיה כימית סוגי האוטוטרופים המיקרואורגניזמים האוטוטרופים נחלקים לשני סוגים: פוטואוֹטוֹטרופים מייצרים חומרים אורגניים מחומרים אנאורגניים בתהליך פוטוסינתזה, כלומר מקור האנרגיה הדרושה לתהליך היא אנרגיית האור. עִמם נמנים: חיידקים פוטוסינטתיים ואצות חד-תאיות. כימואואטוטרופים מייצרים חומרים אורגניים מחומרים אנאורגניים, אגב שימוש באנרגייה שמקורה בתהליכים כימיים (הרחבה: מקור האנרגייה הוא מחִמצון חומרים אנאורגניים שונים כגון: מימן, אמוניה וגפרית). עמם נמנים מיני חיידקים ייחודיים. לעומת הפוטואוטוטרופים, חלקם של הכימואוטוטרופיים ביצירת חומר אורגני מחומר אנאורגני בעולם אינו רב. חומרים אורגניים שאצורה בהם אנרגיה כימית חומרים אנאורגניים דלי אנרגיה. פוטואוטוטרופים מקור האנרגיה – אור השמש כימואוטוטרופים מקור האנרגיה בתהליכים כימיים

שאלה 1: מיון המיקרואורגניזמים על פי דרך הזנתם: אוטוטרופים והטרוטרופים שאלה 1:  בתרשים שלפניכם מופיעות קבוצות האורגניזמים העיקריות שהמיקרוביולוגיה עוסקת בהן. מיינו אותם על פי דרך הזנתם לאוטוטרופים והטרוטרופים. אצות חד-תאיות דוגמה: עינן ירוק (איאוגלינה) פרוטוזואה בעלי חיים חד-תאיים דוגמאות: אמבה סנדלית istockphoto.com/Nancy Nehring חיידקים= בקטריות פטריות שמרים © Muntasir Alam (Muntasir du, Wikimedia commons) Nordisk familjebok (1908), vol.8 p.523-524

הטרוטרופיות פוטואוטוטרופיות הטרוטרופים תשובה אצות חד-תאיות דוגמה: עינן ירוק (איאוגלינה) פוטואוטוטרופיות פרוטוזואה בעלי חיים חד-תאיים דוגמאות: אמבה סנדלית istockphoto.com/Nancy Nehring הטרוטרופים חיידקים= בקטריות פטריות שמרים הטרוטרופיות רוב החיידקים הם הטרוטרופים. הם חיים באופן עצמאי וניזונים מחומרים אורגניים המצויים בקרקע או במים, או שהם טפילים החיים בגופם של אורגניזמים אחרים ולעתים אף גורמים להם למחלות. מקצת החיידקים הם אוטוטרופים. הם נחלקים לשתי קבוצות: פוטואוֹטוֹטרופים כימואואטוטרופים © Muntasir Alam (Muntasir du, Wikimedia commons) Nordisk familjebok (1908), vol.8 p.523-524

השימוש בחומרים האורגניים בגוף האורגניזמים הטרוטרופים ואוטוטרופים נבדלים בדרך השגת החומרים האורגניים. ואולם השימוש בהם בגוף האורגניזמים דומה. החומרים האורגניים מנוצלים לשני תהליכים: נשימה תאית החומרים האורגניים מתפרקים בתהליך הנשימה התאית ומספקים אנרגיה (הנאגרת ב-ATP) לתהליכי החיים של התאים. בנייה הם מנוצלים לבניית התאים ולתפקודם. דוגמאות: בשקפים הבאים נעסוק בסוגי הנשימה השונים. ליפידים (שומנים) – מרכיבים את קרומי התאים) חלבונים – משמשים כאנזימים, חלבוני העברה וקולטנים בקרומי התאים ועוד DNA – חומר תורשתי RNA – חומר מתווך ביצירת חלבונים

סוגי תהליכי הנשימה התאית סוג הנשימה התאית תלוי במיקרואורגניזמים ובסביבת החיים שלו. נשימה שאין בה שימוש בחמצן נשימה שיש בה שימוש בחמצן נשימה אווירנית נשימה אל-אווירנית תסיסה המשותף בין כל סוגי הנשימה הוא שמתרחש בהם פירוק של חומרים אורגניים (בעיקר גלוקוז), שבמהלכו נפלטת אנרגיה המנוצלת ליצירת מולקולות ATP, ושהם מזורזים על ידי אנזימים, כמו שאר תהליכי חילוף החומרים (מטבוליזם) המתרחשים בתאים. השונה בין סוגי הנשימה הוא: שימוש או אי-שימוש בחמצן בתהליך, התוצרים של התהליך, ומספר מולקולות ה-ATP הנוצרות. ראו פירוט בשקפים הבאים.

הנשימה התאית האווירנית פירוק הגלוקוז בתהליך הנשימה התאית הוא תהליך רב-שלבי הכולל כמה תגובות. כל תגובה מזורזת על ידי אנזים ייחודי. בתאים אאוקריוטיים החלק הראשון של התהליך מתרחש בציטופלסמה (גליקוליזה). וחלקו השני מתרחש במיטוכונדריה, ואילו בחיידקים כל התהליך מתרחש בציטופלסמה, בצמידות לקרום התא. מה קורה למולקולת הגלוקוז? א. מימנים "ניתקים" ממנה ועוברים שרשרת תהליכים, שהאחרון שבהם הוא התרכבות עם החמצן ויצירת מולקולות מים. ב. השלד הפחמני של הגלוקוז עובר שרשרת תגובות שמהן מתקבלות מולקולות פחמן דו-חמצני. בתהליכים האלה נפלטת האנרגיה הכימית שהייתה אצורה בגלוקוז, והיא מנוצלת ליצירת 30 מולקולות של ATP תהליך נשימה זה, שבו החמצן משתתף בתור מגיב, נקרא: תהליך נשימה תאית אווירנית (אירובית). גלוקוז C6H12O6 מים פחמן דו-חמצני נפלט לסביבה אנרגיה חמצן שמקורו מן הסביבה 30ATP 30ADP 30Pi

נשימה בלא חמצן מיקרואורגניזמים החיים בסביבות דלות חמצן או חסרות חמצן, מקיימים תהליך נשימה תאית בלא חמצן. קיימים שני סוגים עיקריים של נשימה בלא שימוש בחמצן: תסיסה נשימה אל-אווירנית אורגניזמים המבצעים תהליך תסיסה הם מינים אחדים של חיידקים ושל פטריות. מתרחש פירוק חלקי של הגלוקוז. התוצרים הם עדיין חומרים אורגניים עתירי אנרגיה. קיים מגוון של סוגי תסיסות. דוגמאות: א. תסיסת חומצת חלב: נעשית על ידי חיידקי חומצת חלב, המפרקים את הגלוקוז לחומצת חלב. ב. תסיסה כוהלית: נעשית על ידי מינים אחדים של חיידקים ופטריות המפרקים את הגלוקוז לכוהל ולפחמן דו-חמצני. בהמשך נדון בתוצרים של תהליכי תסיסה נוספים. אורגניזמים המבצעים תהליך נשימה אל-אווירנית הם מינים אחדים של חיידקים. מתרחש פירוק של הגלוקוז לחומרים אנאורגניים. החומר שמתקשר למימנים אינו חמצן כמו בתהליך נשימה אווירנית, אלא חומר אנאורגני אחר. לא נעסוק בהרחבה בסוג נשימה זה.

הרווח האנרגטי בתהליך התסיסה לעומת הרווח בתהליך הנשימה האווירנית (האירובית) נשימה תאית אווירנית (אירובית) תסיסה גלוקוז C6H12O6 חומצת חלב (חומצה לקטית) 2ADP 2Pi 2ATP אנרגיה גלוקוז C6H12O6 מים פחמן דו-חמצני נפלט לסביבה אנרגיה חמצן שמקורו מהסביבה 30ADP 30Pi 30ATP פירוק מלא של הגלוקוז בעזרת החמצן. רווח אנרגטי: ATP30 או כוהל ופחמן דו-חמצני התוצרים הסופיים של תהליך התסיסה (חומצת חלב, כוהל) הם חומרים אורגניים שעדיין אצורה בהם אנרגיה רבה, משום שבתהליך פירוק גלוקוז לחומרים אלו השתחררה רק מעט מן האנרגיה האצורה בגלוקוז. לכן, האנרגיה המשתחררת מפירוק מולקולת גלוקוז אחת מספיקה ליצירת 2 מולקולות ATP בלבד!

סימולציה: נשימה ומעברי אנרגיה בתא כמו כל האורגניזמים החיים בעולם, גם החיידקים מקיימים תהליך נשימה תאית. בתהליך הנשימה התאית חומרים אורגניים (בעיקר גלוקוז) מפורקים, והאנרגיה המשתחררת מנוצלת ליצירת מולקולות של ATP ממולקולות של ADP ו־Pi. מקצת החיידקים מקיימים תהליך נשימה אירובית, ומקצתם מקיימים תהליך נשימה בלא חמצן, כגון תסיסת חומצת חלב. צפו בסימולציה המתארת את תהליך הנשימה ומעברי האנרגיה (יצירת ATP ופירוקו) בסוגי תאים שונים, וענו על השאלות.

שאלה 6: ההבדלים בקצב הגידול של חיידקים בנוכחות חמצן ובהעדרו שאלה 6:  חיידקי E.coli מבצעים תהליך נשימה אירובית בסביבה שיש בה חמצן, ותהליך תסיסה בסביבה חסרת חמצן. לדעתכם, האם יהיה הבדל בקצב ההתרבות של החיידקים בשני המקרים? נמקו. © USDA/Photo by Eric Erbe, digital colorization by Christopher Pooley  

תשובה: תפוקת האנרגיה בנשימה אירובית גדולה יותר מתפוקת האנרגיה בתהליך תסיסה שאלה 6:  חיידקי E.coli מבצעים תהליך נשימה אירובית בסביבה שיש בה חמצן, ותהליך תסיסה בסביבה חסרת חמצן. לדעתכם, האם יהיה הבדל בקצב ההתרבות של החיידקים בשני המקרים? נמקו. תשובה: קצב ההתרבות בסביבה עם חמצן יהיה גדול יותר, מכיוון שבתהליך נשימה אירובית תפוקת האנרגיה גבוהה הרבה יותר מאשר בתהליך תסיסה (נוצרות 30 מולקולות ATP מהאנרגיה שהשתחררה מפירוק כל מולקולת גלוקוז, לעומת 2 מולקולות ATP שנוצרות בתהליך תסיסה). האנרגיה נחוצה לביצוע תהליכי חיים שונים (כגון: בניית חומרים, קליטת חומרים אקטיבית) הקשורים לבניית תאים ולהתרבות.

שימושים באורגניזמים המבצעים תהליך תסיסה בתעשיית המזון זה שנים רבות למד האדם לנצל את האורגניזמים המבצעים תהליכי תסיסה. בחיידקים המבצעים תסיסת חומצת חלב משתמשים: א. בתעשיית מוצרי חלב כגון: הכנת יוגורט ולבן. ב. בתעשיית שימורי ירקות שונים כגון: הכנת מלפפונים חמוצים, זיתים וכרוב חמוץ. בפטריות המבצעות תסיסה כוהלית משתמשים: א. בתעשיית היין ומשקאות אלכוהוליים אחרים. ב. בהתפחת לחם ומאפים שונים (שמרים).

שלבי יצירת יוגורט ביתי מחלב – הרחבה בתהליך התסיסה, החיידקים מפרקים את סוכר החלב לחומצת חלב, שהם מפרישים אל החלב. ה-pH של החלב יורד, והוא נעשה חמוץ. חלבוני החלב עוברים דנטורציה, הופכים לבלתי מסיסים, ושוקעים כמוצקים. התוצאה: החלב הפך מוצק יותר, וטעמו הפך חמוץ – משמע, הוא הפך ליוגורט. מכסים את הכלי כדי ליצור סביבה אנאירובית המתאימה להתפתחות החיידקים. משאירים 2-1 ימים מחוץ למקרר. (הטמפרטורה במקרר נמוכה מדי לפעילות אנזימי החיידקים). מוסיפים לחלב חיידקי חומצת חלב (כפית יוגורט שבו נמצאים חיידקי חומצת חלב שיצרו אותו) תמונות: אורה בר

יין נוצר מהתססת מיץ ענבים ע"י שמרים במכלים סגורים בסביבה אל-אווירנית © Berndt Fernow at Wikimedia commons מכלי עץ להתססת מיץ ענבים ביקב

שאלה 7: מדוע תהליך כבישת ירקות מסתיים מעצמו? שאלה 7:  האדם משתמש בחיידקי חומצת חלב גם לכבישת ירקות כגון מלפפונים, כרוב וזיתים. בתהליך התסיסה, החיידקים מפרקים את הסוכרים המצויים בירקות לחומצת חלב, המופרשת החוצה וגורמת להחמצת הירקות. כל מי שכבש ירקות בביתו, יודע שהתהליך מסתיים מעצמו לאחר זמן מסוים. מה מפסיק את התסיסה? רמז: חשבו כיצד משפיע ירידת ה-pH על האנזימים של החיידקים. אורה בר

תשובה שאלה 7:  האדם משתמש בחיידקי חומצת חלב גם לכבישת ירקות כגון מלפפונים, כרוב וזיתים. בתהליך התסיסה, החיידקים מפרקים את הסוכרים המצויים בירקות לחומצת חלב, המופרשת החוצה וגורמת להחמצת הירקות. כל מי שכבש ירקות בביתו, יודע שהתהליך מסתיים מעצמו לאחר זמן מסוים. מה מפסיק את התסיסה? רמז: חשבו כיצד משפיע ירידת ה-pH על האנזימים של החיידקים. תשובה: ירידת ה-pH גורמת לדנטורציה של אנזימי החיידקים, בין היתר גם של האנזימים המשתתפים בתהליך התסיסה, ולכן תהליך התסיסה נפסק.

שאלה 8: תרגול שלבי החקר המדעי* (שרטוט גרף ותיאור תוצאות) שאלה 8: מעובד מבגרות תשס"ד חוקרים בדקו במעבדה את תהליך ההחמצה של חלב אשר שוהה מחוץ למקרר. הם אטמו 5 כלים שבהם חלב טרי, והעמידו אותם בטמפרטורת החדר. בכל יום הם פתחו את אחד הכלים, ובדקו את רמת ה-pH בחלב שבו. תוצאות הבדיקה מוצגות בטבלה שלפניכם. א. באיזה סוג גרף (עקומה או עמודות) יש לתאר את התוצאות? נמקו ב. שרטטו את הגרף. הקפידו על כתיבת כותרות לגרף ולצירים. ג. תארו כיצד השתנה ה-pH עם הזמן. (שימו לב! תיאור הגרף צריך להיות אובייקטיבי, בלא הסברים. יש לתאר את המגמות העיקריות בגרף). ד. הסבירו את התהליך הגורם לשינוי ב- pH. ה. הסבירו מדוע אין כמעט הבדל ב- pH בין כלי 4 לכלי 5. מספר הכלי מספר ימים מחוץ למקרר pH 1 7.3 2 6.2 3 5.4 4 4.6 5 4.5 * תרגול המיומנויות הנדרשות לבחינת הבגרות במעבדה.

תשובה שאלה 8:  תשובה: א. עקום, כי המשתנה הבלתי תלוי (הזמן) הוא משתנה רציף. ג. ה-pH ירד מהר מן היום הראשון עד היום הרביעי, מ-7.3 ועד 4.6. בין היום הרביעי לחמישי, ה-pH כמעט ולא ירד. ד. החיידקים המתפתחים בחלב, מפרקים את סוכר החלב בתהליך תסיסה. תוצר התהליך - חומצת חלב, מופרשת אל החלב, וגורמת לירידת ה-pH. ה. ה-pH הנמוך הגביל את התפתחות החיידקים מכיוון שהוא גרם לשינוי המבנה המרחבי של החלבונים שלהם, ולכן חלה ירידה בפעילות אנזימי התסיסה (ושאר האנזימים בתאי החיידקים), ויצירת חומצת החלב נפסקה. עקב כך, ה-pH נשאר קבוע פחות או יותר.

תוצרי תהליכי תסיסה נוספים – אצטון מיקרואורגניזמים שונים מבצעים תהליכי תסיסה נוספים. מקצת תוצרי תהליכי תסיסה אלו מנוצלים בתעשייה. דוגמאות: אצטון החיידק המייצר אצטון קשור בתולדות הציונות, שכן מי שגילה אותו הוא ד"ר חיים וייצמן, לימים נשיאה הראשון של מדינת ישראל. תהליך ייצור האצטון נקרא על שמו: תהליך וייצמן. על פי הצעתו של וייצמן, החלו האנגלים לייצר בעזרת החיידק אצטון, שהיה נחוץ להם לייצור חומר נפץ במהלך מלחמת העולם הראשונה. יש המשערים שתרומתו של וייצמן למאמץ המלחמתי של אנגליה, הייתה אחת הסיבות למתן הצהרת בלפור. ד"ר חיים וייצמן Library of Congress, Prints & Photographs Division, [LC-DIG-ggbain-36519 ]

תוצרי תהליכי תסיסה נוספים – חומצת חומץ חומצה אצטית (חומצת חומץ) חומצה אצטית מיוצרת על ידי חיידקים באחת משתי הדרכים הבאות: יש חיידקים (למשל Clostridium) המתסיסים גלוקוז ישירות לחומצה אצטית. חיידקים אחרים (לדוגמה, מסוג Acetobacter) מתסיסים כוהל (אתנול) והופכים אותו לחומצת חומץ. הם משתמשים בתהליך בחמצן ולכן תהליך זה אינו נחשב לתהליך תסיסה. לעתים, פעילות חיידקים אלו גורמת להחמצת יין שנותר בבקבוק לאחר פתיחתו, והיא המקור לביטוי: "חומץ בן-יין". חומצת חומץ מנוצלת בתעשייה לשימושים רבים, לדוגמה, ייצור חומץ.

מתאן – עוד תוצר של פירוק אל-אווירני של חומרים אורגניים מתאן (מכונה גם גז הביצות) הוא תרכובת אורגנית המופיעה בטבע בתור גז דליק, חסר צבע וריח. המתאן הוא מרכיב עיקרי במרבצי גז טבעי, ולכן נחשב לדלק חשוב. המתאן נוצר מפירוק חומרים אורגניים במעמקי האדמה על ידי חיידקים קדומים. פירוק זה, אשר מתרחש זה מיליוני שנים, הוא שהביא להיווצרות מרבצי הגז הטבעי. חיידקים יוצרי מתאן נמצאים גם במערכת העיכול של יונקים מעלי גירה כגון כבשים ופרות. בין היונקים לחיידקים מתקיימת סימביוזה: היונק מספק לחיידקים מקום לגדול, והחיידקים עוזרים ליונק בפירוק התאית מן הצמחים והפיכתה למזון זמין עבורו. מקצת המתאן נפלט ממערכת העיכול של הכבשים והפרות לאטמוספרה. עוד מקור לפליטת מתאן לאטמוספירה הוא פירוק אנאירובי של פסולת אורגנית במעמקי מזבלות. המתאן הוא גז חממה. יעילותו בתור גז חממה גבוהה פי 20 מן הפחמן הדו-חמצני. למתאן מיוחסת אחריות בשיעור של 20%-25% להיווצרות אפקט-החממה. זה צילום שצולם מחללית בטכניקה מיוחדת המאפשרת לראות את ריכוז המתאן באוויר. אפשר לראות שמעל אזורים שמגדלים בהם צאן ובקר ריכוזו גבוה. GMAO Chemical Forecasts and GEOS–CHEM NRT Simulations for ICARTT (top) and Randy Kawa, NASA GSFC Atmospheric Chemistry and Dynamics Branch

שאלה 9: יש חיידקים שפגיעתם רעה שאלה 9:  לפניכם מידע על שני מיני חיידקים שלעתים חודרים לגוף דרך פצעים עמוקים שנוצרת בהם סביבה דלת חמצן, וגורמים לגוף נזקים כבדים: מחלת הצפדת (טטנוס) נגרמת על ידי חיידק הקלוסטרידיום. חיידקים אלו מפרישים רעלן הגורם לשיבושים חמורים במערכת העצבים, הגורמים לשיתוק שרירי הנשימה ולמוות בחנק. כולנו מחוסנים נגד חיידק זה. חיידקי קלוסטרידיום נוספים עלולים לגרום לתופעה חמורה הקרויה נמק. הם מפרקים את חלבוני הרקמה וגורמים לתמותת התאים. תוצרי פירוק החלבונים הם חומרים בעלי ריח האופייני לריקבון. חיידק קלוסטרידיום אחר, הקרוי קלוסטרידיום בוטליניום, מתפתח בקופסאות שימורים שלא טופלו כהלכה. החיידק מייצר גז שגורם להתנפחות המכסה, וכך אפשר לזהות קופסה נגועה. החיידק מייצר את אחד הרעלים הקטלניים ביותר, הפוגעים במערכת העצבים וגורמים למוות. לפי הנתונים הנ"ל, אפיינו את דרך ההזנה ודרך הנשימה של החיידקים. חיידק הקלוסטרידיום בוטיליניום. בתנאים קשים הוא יוצר נבגים עמידים מאוד שקשה "להיפטר מהם". נבג חיידק במצב פעיל CDC

תשובה שאלה 9:  לפניכם מידע על שני מיני חיידקים שלעתים חודרים לגוף דרך פצעים עמוקים שנוצרת בהם סביבה דלת חמצן, וגורמים לגוף נזקים כבדים : מחלת הצפדת (טטנוס) נגרמת על ידי חיידק הקלוסטרידיום. חיידקים אלו מפרישים רעלן הגורם לשיבושים חמורים במערכת העצבים, הגורמים לשיתוק שרירי הנשימה ולמוות בחנק. כולנו מחוסנים נגד חיידק זה. חיידקי קלוסטרידיום נוספים עלולים לגרום לתופעה חמורה הקרויה נמק. הם מפרקים את חלבוני הרקמה וגורמים לתמותת התאים. תוצרי פירוק החלבונים הם חומרים בעלי ריח האופייני לריקבון. חיידק קלוסטרידיום אחר, הקרוי קלוסטרידיום בוטליניום, מתפתח בקופסאות שימורים שלא טופלו כהלכה. החיידק מייצר גז שגורם להתנפחות המכסה, וכך אפשר לזהות קופסה נגועה. החיידק מייצר את אחד הרעלים הקטלניים ביותר, הפוגעים במערכת העצבים וגורמים למוות. לפי הנתונים הנ"ל, אפיינו את דרך ההזנה ודרך הנשימה של החיידקים. תשובה: דרך ההזנה: שלושת החיידקים הטרוטרופים. שני החיידקים הראשונים ניזונים מן החומרים האורגניים המרכיבים את תאי הגוף, ואילו השלישי ניזון מן החומרים האורגניים המצויים בשימורים. דרך הנשימה: שלושתם חיידקים אנאירוביים, לכן שני החיידקים הראשונים מתפתחים בפצע עמוק שנוצרו בו תנאים אנאירוביים. ואילו החיידק השלישי מתפתח בקופסת שימורים סגורה. הם מבצעים תהליך נשימה בלא חמצן – תסיסה כלשהי.

שאלה 11: הבנת יחסי סיבה־תוצאה בשרשרת תהליכים שאלה 11: הבנת יחסי סיבה־תוצאה בשרשרת תהליכים שאלה 11:  נהפוך את התשובה לשאלה 10 לתרשים זרימה. א. הוסיפו חִצים שיתארו את כיוון התפתחות התופעה. ב. התרשים שקיבלתם מתאר יחסי סיבה־תוצאה. ציינו על כל משבצת אם היא סיבה או תוצאה. אם אתם חושבים שמשבצת כלשהי היא תוצאה שהופכת לסיבה בשלב הבא בתהליך, סמנו זאת. ריכוז גלוקוז גבוה קליטת גלוקוז ע"י השמרים ופירוקו בתהליך תסיסה עלייה בתפוקת האנרגיה בתאי השמרים עלייה בריכוז הכוהל ירידה בריכוז הגלוקוז עלייה בקצב התרבות השמרים ובכמותם ירידה בקצב התרבות השמרים השאלה מבוססת על הצעה לדגם הוראת יחסי סיבה־תוצאה מאת יעלה בוסתן ואפרת לינק – אתר מורי הביולוגיה

נהפוך את התשובה לשאלה 10 לתרשים זרימה. שאלה 11:  נהפוך את התשובה לשאלה 10 לתרשים זרימה. א. הוסיפו חִצים שיתארו את כיוון התפתחות התופעה. ב. התרשים שקיבלתם מתאר יחסי סיבה־תוצאה. ציינו על כל משבצת אם היא סיבה או תוצאה. אם אתם חושבים שמשבצת כלשהי היא תוצאה שהופכת לסיבה בשלב הבא בתהליך, סמנו זאת. ריכוז גלוקוז גבוה קליטת גלוקוז ע"י השמרים ופירוקו בתהליך תסיסה עלייה בתפוקת האנרגיה בתאי השמרים עלייה בריכוז הכוהל ירידה בריכוז הגלוקוז עלייה בקצב התרבות השמרים ובכמותם ירידה בקצב התרבות השמרים סיבה תוצאה שהופכת לסיבה תוצאה שהופכת לסיבה תוצאה שהופכת לסיבה תוצאה שהופכת לסיבה תוצאה שהופכת לסיבה תוצאה השאלה מבוססת על הצעה לדגם הוראת יחסי סיבה-תוצאה מאת יעלה בוסתן ואפרת לינק – אתר מורי הביולוגיה

סיכום: הזנה ונשימה במיקרואורגניזמים המיקרואורגניזמים מתחלקים על פי דרך הזנתם ל: לאוטוטרופים המייצרים את מזונם (החומרים האורגניים) מחומרים אנאורגניים שהם קולטים מן הסביבה. לתהליך נדרשת השקעת אנרגייה. הפוטואוטוטרופים מייצרים חומרים אורגניים בתהליך פוטוסינתזה, שבו הם משתמשים באנרגיית אור, ואילו הכימואוטוטרופים משתמשים באנרגיה שמקורה בתהליכים כימיים. ההטרוטרופים הזקוקים לאספקת חומרים אורגניים מוכנים דרך המזון. ככל האורגניזמים בעולם, גם המיקרואורגניזמים משתמשים בחומרים האורגניים בתור מקור לאנרגיה בתהליך נשימה תאית, ובתור מקור לחומרים הנחוצים לבניית תאים ולהתרבות. חיידקים ומיקרואורגניזמים אחרים החיים בסביבה דלת חמצן או חסרת חמצן מבצעים תהליך נשימה בלא חמצן, בעיקר תהליכי תסיסה. בתסיסה מתרחש פירוק חלקי של הגלוקוז. התוצרים הם חומרים אורגניים עתירי אנרגיה, ולכן תפוקת האנרגיה נמוכה בהרבה לעומת תהליך נשימה אווירנית, שבה מתרחש פירוק מלא של הגלוקוז לחומרים אנאורגניים דלי אנרגיה. בתעשיית המזון ובתעשיות אחרות, האדם משתמש בתוצרי תסיסה רבים.

מונחים מונחים (מהסילבוס):  אוטוטרופי (פוטואוטוטרופי וכימואוטוטרופי), הטרוטרופי, נשימה אווירנית (אירובית), נשימה אל-אווירנית (אנארובית), ספרופיט, תסיסה. אצטון, חומצה אצטית, חומצה לקטית, כוהל, מתאן.

השמרים: אנחנו סובלים מפיצול אישיות... שאלה 14: ביולוגיה בחיוך השמרים: אנחנו סובלים מפיצול אישיות... בתוך היין יש תוצר אחד שלנו... ובתוך הלחם יש עקבות של תוצר אחר שלנו... שמרים Photo: Mewasul at Flicker (CC BY-SA 3.0) האם תלונת השמרים מוצדקת? 32

השמרים: אנחנו סובלים מפיצול אישיות... תשובה שמרים השמרים: אנחנו סובלים מפיצול אישיות... בתוך היין יש תוצר אחד שלנו... ובתוך הלחם יש עקבות של תוצר אחר שלנו.. Photo: Mewasul at Flicker (CC BY-SA 3.0) תשובה: תלונת השמרים מוצדקת. בשני המקרים ביצעו השמרים תהליך תסיסה שתוצריה הם: פחמן דו־חמצני וכוהל. אולם ביין – הפחמן הדו־חמצני נפלט החוצה דרך הפתחים שבחביות התסיסה ונותר הכוהל (שנותן ליין את טעמו). לעומת זאת בלחם – גם הכוהל התנדף במהלך האפייה, ונותרו רק חורים שנוצרו מן הפחמן הדו־חמצני (ונותנים ללחם נפח ואווריריות). 33