החמצן

‫החמצן‬
‫דבי סומך‬
‫תיכון ע"ש מקסים לוי ‪ -‬לוד‬
‫‪1‬‬
‫מבוא‬
‫‪ ‬כולנו יודעים שבלי חמצן אין חיים!‬
‫‪ ‬מדוע החמצן חשוב כל כך לכולם?‬
‫‪2‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫התשובה לשאלה היא שרוב היצורים החיים הרב‬
‫תאיים הם יצורים הזקוקים לחמצן שבעזרתו‬
‫מחומצנות התרכובות האורגניות בתא בתהליך‬
‫הנשימה התאית‪.‬‬
‫יצורים הזקוקים לחמצן לתהליך זה נקראים יצורים א‪-‬‬
‫אירוביים‪.‬‬
‫בתהליך הנשימה התאית מופק ‪ ATP‬המשמש כמקור‬
‫אנרגיה לפעולות החיים של התא‪ .‬ניתן לסכם את‬
‫חום‬
‫התהליך כך‪:‬‬
‫פחמן דו חמצני‬
‫‪ATP‬‬
‫נשימה תאית‬
‫מים‬
‫‪3‬‬
‫גלוקוז‬
‫חמצן‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪4‬‬
‫החמצן המשתתף בתהליך הנשימה התאית נקשר‬
‫בסופו של התהליך למימן‪ ,‬ונוצרים מים‪ .‬מכיוון שהמים‬
‫שנוצרים בתהליך זה הם תוצר של תהליך מטבולי‬
‫(חילוף חומרים)‪ ,‬מים אלה נקראים מים מטבוליים‪.‬‬
‫מים מטבוליים מהווים מקור חשוב של מים ביצורים‬
‫החיים במדבר בתנאים מעוטי מים‪.‬‬
‫חשוב לציין‪ :‬החמצן עצמו אינו מקור אנרגיה‪ .‬בעזרת‬
‫החמצן ניתן להפיק את האנרגיה הכימית מתוך‬
‫מולקולות המזון (פחמימות) שנוצרו בתהליך‬
‫הפוטוסינתזה‪ .‬מקור האנרגיה הוא מולקולת ה‪.ATP-‬‬
‫קיימות ‪ 3‬קבוצות של אורגניזמים‪:‬‬
‫‪ ‬אירובים אובליגטורים ‪ -‬חייבים נוכחות חמצן ולא‬
‫מסוגלים להתקיים בלעדיו‪ .‬מבחינתם החמצן הוא‬
‫גורם מגביל משום שמחסור ממנו גורם למוות‪ .‬מדובר‬
‫בכל האורגניזמים הרב תאיים וברוב האורגניזמים‬
‫החד‪-‬תאיים‪.‬‬
‫‪ ‬אנאירובים אובליגטורים ‪ -‬אורגניזמים שלא מסוגלים‬
‫להתקיים בנוכחות חמצן‪.‬‬
‫‪ ‬פקולטטיבים ‪ -‬מתקיימים בדרגות שונות של ריווי‬
‫חמצן והחמצן לגביהם הוא גורם מגביל בהתאם לרמת‬
‫הצריכה שלהם‪.‬‬
‫‪5‬‬
‫האם ייתכנו חיים ללא חמצן?‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪6‬‬
‫לא כל היצורים החיים זקוקים לחמצן‪ .‬יש כאלה‬
‫שהחמצן עבורם הוא רעל‪ .‬יצורים כאלה נקראים‬
‫יצורים אנ‪-‬ארוביים‪ ,‬כלומר חיים ללא חמצן‪.‬‬
‫מי הם היצורים האלה? חיידקים למיניהם ושמרים‪.‬‬
‫איך הם מפיקים אנרגיה לקיום כל פעולות החיים?‬
‫מסתבר שביצורים אלה מתרחשים תהליכים המפיקים‬
‫‪ ATP‬ללא חמצן‪ .‬תהליך התסיסה הוא דוגמה לתהליך‬
‫כזה‪ .‬מספר מולקולות ה‪ ATP-‬המופקות בתהליך‬
‫התסיסה הוא קטן יותר מאשר בתהליך הנשימה‬
‫התאית‪ .‬לכן תהליך זה פחות יעיל‪.‬‬
‫מקור החמצן באטמוספרה‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫באטמוספרה של כדו"א יש כ‪ 20%-‬חמצן‪ .‬מקור‬
‫החמצן הוא בתהליכי הפוטוסינתזה המתקיימים על ידי‬
‫צמחים‪ ,‬אצות ירוקות וחיידקים מסוימים‪.‬‬
‫חוקרים משערים שבראשית הדרך האטמוספרה של‬
‫כדור הארץ הייתה חסרת חמצן לחלוטין או שכמותו‬
‫הייתה קטנה מאוד‪.‬‬
‫להלן תיאור התהליך‪:‬‬
‫אור‬
‫‪O2‬‬
‫‪7‬‬
‫‪CH2O‬‬
‫‪H2O‬‬
‫‪CO2‬‬
‫כיצד מגיע החמצן לתאים?‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪8‬‬
‫ביצורים חד תאיים התשובה לשאלה זו פשוטה –‬
‫החמצן עובר בפעפוע (דפוסיה) דרך קרום התא‪ .‬גם‬
‫בצמחים החמצן מגיע לתאים בדרך הפעפוע מהאוויר‬
‫שבחללים הבין תאיים בצמח‪.‬‬
‫מה קורה כאשר יש צורך להעביר את החמצן מרחק‬
‫יותר רחוק‪ ,‬למשל מעל ‪ 1‬מ"מ? במקרים אלה יש‬
‫ליצורים מערכות הובלה לחמצן‪ .‬באדם ובחלק מבעלי‬
‫החיים יש ריאות ודם המשמשים להובלת החמצן‪.‬‬
‫ביצורים אחרים קיימים פתרונות מסוגים שונים‬
‫להובלת החמצן בגוף היצור‪.‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪9‬‬
‫התאמת מערכת הדם להובלת חמצן‬
‫לחמצן מסיסות נמוכה במים‪ .‬רובו של הדם הוא מים‪.‬‬
‫איך אם כך נעשה תהליך הובלת החמצן?‬
‫התהליך מתאפשר הודות למולקולת חלבון הנקראת‬
‫המוגלובין‪ .‬ההמוגלובין נמצא רק בתוך תאי הדם‬
‫האדומים‪ .‬כך החמצן מובל בדם כשהוא קשור‬
‫למולקולת המוגלובין ובעיית המסיסות הנמוכה לא‬
‫רלוונטית‪.‬‬
‫הסתגלות לאטמוספרה דלת חמצן‬
‫קשירת החמצן להמוגלובין תלויה בלחצו החלקי של‬
‫החמצן באוויר‪ .‬ככל שהלחץ החלקי גדול יותר‪ ,‬יותר‬
‫חמצן נקשר למולקולת ההמוגלובין‪.‬‬
‫‪‬‬
‫‪10‬‬
‫במה תלוי הלחץ החלקי של החמצן?‬
‫הלחץ החלקי של החמצן תלוי בשני גורמים‪ :‬הריכוז‬
‫של החמצן והלחץ האטמוספרי‪ .‬כאשר ריכוז החמצן‬
‫גדל‪ ,‬גדל גם לחצות החלקי‪ .‬במקומות גבוהים שבהם‬
‫הלחץ האטמוספרי נמוך – קטן לחצו החלקי של‬
‫החמצן‪.‬‬
‫בהרים הגבוהים‪ ,‬שבהם הלחץ האטמוספרי נמוך מזה‬
‫שבגובה פני הים‪ ,‬גורם הלחץ הנמוך לכך שפחות‬
‫חמצן יכול להתקשר לכל תא דם‪ .‬הפתרון במקרה כזה‬
‫הוא לטפס על ההר בהדרגה ולאפשר למערכת הדם‬
‫להסתגל למצב החדש‪ .‬ההסתגלות מתבטאת בעלייה‬
‫במספר תאי הדם האדומים‪.‬‬
‫חמצן בסביבת חיים מימית‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪11‬‬
‫בשל מסיסותו הנמוכה של החמצן במים‪ ,‬הוא הרבה‬
‫פחות נפוץ בסביבה המימית‪ .‬ריכוז החמצן במים קטן‬
‫פי ‪ 30‬מריכוזו באוויר‪.‬‬
‫החמצן מגיע למים מהאוויר על ידי המסה וכן כתוצר‬
‫של תהליך הפוטוסינתזה המתרחש במים‪ .‬בעקבות‬
‫כך יחולו שינויים ברמת החמצן במים בהתאם לקצב‬
‫הפוטוסינתזה‪.‬‬
‫כמות החמצן במים מושפעת מגורמים נוספים‬
‫המתרחשים במים‪ .‬לדוגמה הטמפרטורה‪ ,‬ככל‬
‫שהטמפרטורה נמוכה יותר המסיסות של החמצן‬
‫עולה‪.‬‬
‫‪‬‬
‫‪12‬‬
‫גורמים נוספים המשפיעים על תכולת החמצן במים‬
‫הם ערבול המים‪ ,‬לכן גלי הים למעשה מעשירים את‬
‫המים בחמצן‪ .‬גם זרמי המים למשל במפלי מים‬
‫מעשירים את המים בחמצן‪.‬‬
‫שאלות‬
‫‪.1‬‬
‫‪.2‬‬
‫‪.3‬‬
‫‪.4‬‬
‫‪.5‬‬
‫‪.6‬‬
‫‪.7‬‬
‫‪.8‬‬
‫‪13‬‬
‫האם ישנם מצבים שבהם החמצן באוויר יכול להיגמר? הביאו‬
‫דוגמה‪.‬‬
‫מהם הגורמים המשפיעים על כמות החמצן באטמוספרה?‬
‫מהם הגורמים המשפיעים על כמות החמצן במים?‬
‫מדוע ביצורים רב תאיים יש צורך במערכות נשימה?‬
‫מסיסות החמצן במים נמוכה מאוד‪ .‬כיצד בכל זאת החמצן‬
‫מובל בדם?‬
‫איפה מסיסות החמצן גבוהה יותר‪ ,‬בים הצפוני או בים התיכון?‬
‫מדוע?‬
‫התבוננו בגרף בעמ' ‪ 108‬בספר‪ ,‬מהו הגורם המשפיע ומהו‬
‫הגורם המושפע בגרף?‬
‫רשמו מסקנה אחת העולה מתוך הגרף‪.‬‬