ביולוגיה/ההרכב הכימי של התא

בתא מתקיימת סביבה מימית. רוב החומרים הבונים את תאי היצורים החיים הם תרכובות פחמן אורגניות מסוגים שונים. בתאים מצויים גם מינרלים.

התא מורכב מחומרים אורגאניים (הבנויים משלד פחמן המחובר אליו מימן ולרוב גם יסודות אחרים) ואנאורגאניים (שאינם מכילים בהרכב שלהם פחמן ומימן ביחד).

בין החומרים האנאורגניים נכללים מים ומינרלים. החומרים האורגניים כוללים: חלבונים, פחממות, שומנים (ליפידים) וחומצות גרעין.

הציטופלסמה של התא מורכב ברובו ממים. סביבה זו מאפשרת המסה של רוב החומרים המצויים בתא, שנוצרים בו או שנקלטים מהסביבה, חומצות אמניות, חד סוכרים, מינרלים וכו'. סביבה זו קובעת גם את נפח התא ומספקת סביבה מתאימה לפעילות אנזימטית המוציאה לפועל את כל חילוף החומרים בתא.

המים מהווים את רוב נפח התא ; קובעים את נפח התאים ; מספקים סביבה מתאימה להתרחשות של תגובות כימיות ;  משתתפים בחלק מהתגובות הכימיות המתרחשות בתא ; ממיסים חומרים ומאפשרים את הובלתם ממקום בתא ; מוהלים חומרי פסולת רעילים.

גם למינרלים חשיבות רבה בחיי התא, אם כחלק מההרכב של המולקולות השונות או כמומסים הקובעים את הלחץ האוסמוטי של התאים.

פחמן (C) הוא יסוד הנוטה להתחבר בינו לבין עצמו ולצור שרשראות. שרשראות הפחמן מהוות את השלד של החומרים האורגאניים. חומרים אורגניים שונים נבדלים בדרך הארגון של אטומי הפחמן במולקולות (ארגון והסתעפות השרשראות) וביסודות אחרים המתחברים אליו. כל חומר אורגאני מכיל גם מימן (H) קשור לפחמן. בנוסף, מתחברים יסודות אחרים כמו חמצן (O), חנקן (N) בחלבונים וחומצות גרעין, זרחן (P) בחומצות גרעין וATP, גופרית (S) בחלבונים. אלה, (C,H,O,N,P,S), הם היסודות העיקריים המרכיבים את החומרים האורגאניים בתאים. השילובים השונים שהם יוצרים מרכיבים את המגוון העצום של המולקולות האורגאניות בתא.

אבל בנוסף יש יסודות נוספים המופיעים בכמויות קטנות יותר, כמו ברזל בהמוגלובין, מגנזיום בכלורופיל, יוד בהורמון תירוקסין (המווסת את חילוף החומרים בגוף).

פחמימות הן קבוצת תרכובות אורגניות המורכבות מפחמן, מימן וחמצן, שבהן היחס המספרי שבין אטומי המימן לאטומי החמצן הוא בדרך כלל 1:2, כמו במים.

·        חד-סוכרים – הם הפחמימות הפשוטות ביותר, הם מכילים בין שלושה לשבעה אטומי פחמן, המסודרים במרחב בשרשרת או בטבעת. גלוקוז הוא חד סוכר הנפוץ ביותר. פירוק מולקולה זו הוא תהליך שמתקיים בהפקת אנרגיה בתאים.

·        דו-סוכרים – הם פחמימות הבנויות משתי יחידות של חד סוכר. הדו-סוכר המוכר ביותר הוא הסוכרוז, המשמש כממתיק בכל בית. מולקולת הסוכרוז מורכבת ממולקולת גלוקוז ופרוקטוז.

·        רב-סוכרים – הם פחמימות ארוכות שרשרת, המורכבות מיחיגות רבות של חד-סוכר. תאית מולקולה המורכבת מיחידות גלוקוז רבות הקשורות בניהן בקשר אופייני. בע"ח חסרי אנזימי פירוק לתאית ועל כן התאית לא מתעכלת בגופם, אלא אם כן הם חיים בסימביוזה עם חיידקים מפרקי תאית, כמו מעלי הגרה.

ליפידים הם תרכובות אורגניות, המאופיינים בהיותם הידרופוביים, זאת משום שמולקולות הליפידים אינן קוטביות. אבני הבניין של השומנים הם חומצות שומן וגליצרול. בתרכבות ליפיד פשוטה ישנה מולקולת גליצרול אחת ושלוש מולקולות חומצות שומן.

חלבונים הם תרכובות אורגניות המהוות מרכיב מרכזי הן במבנים תוך-תאיים והן בתפקודם המגוונים: זירוז תגובת,ויסות מעבברי חומרים, בקרה על תהליכים, הורמונים, נוגדנים ועוד.

החלבונים הם שרשרות ארוכות של חומצות אמיניות. חומצות אמיניות הן אבן הבניין של החלבונים. 20 סוגים שונים של חומצות אמיניות מרכיבות את החלבונים. לכל חלבון יש הרכב ייחודי של חומצות אמיניות (מספר החומצות האמיניות והסוג) המסודרות ברצף המאפיין רק אותו. רצף זה (מבנה הראשוני של החלבון) קובע את הדרך שבה שרשרת החומצות האמיניות תתקפל במרחב ועל ידי כך את התפקיד של החלבון.

חומצות גרעין הן מולקולות הנוצרות בגרעין התא. חומצות הגרעין כוללות את ה-DNA  הנושא את המידע התורשתי ומצוי בכרומוזומים שבגרעין התא ומולקולות ה-RNA  הנוצרות בגרעין אך פועלות בציטופלסמה ולהן תפקיד בתרגום המידע התורשתי שבדנ"א לחלבונים. חומצות הגרעין מורכבות מיחידות מבנה – הנוקליאוטידים. 

חומרי תשמורת הם חומרים הנאגרים בתאים לשימוש עתידי. החומרים נאגרים ומנוצלים בעתיד לצרכים שונים של התאים: כחומרי גלם לבניית חומרים אחרים או להפקת אנרגיה. המאפיין החשוב של חומרי התשמורת הוא שחומרים אלה אינם מסיסים במים. לכן, ניתן לאגור אותם בכמויות גדולות מבלי לשנות את הריכוז האוסמוטי של התאים ומבלי שתהיה סכנה של חדירה מוגברת מדי של מים העלולה לגרום לפיצוץ התאים.

שומן הוא חומר תשמורת לטווח ארוך. זה אומר שהגוף מפרק קודם פחממות או חומצות אמיניות זמינות לצורך קבלת אנרגיה ולאחר מכן את השומן האגור. פירוק של גרם אחד של שומן מספק פי שתיים יותר אנרגיה מאשר פירוק של גרם פחממות (חד סוכרים) או של גרם חומצות אמיניות. שומן נאגר בעיקר בתאי שומן.

עמילן וגליקוגן הם רב סוכרים (פחממות). עמילן הוא חומר תשמורת המאפיין את הצמחים וגליקוגן הוא חומר התשמורת המאפיין בע"ח. אמנם שתי המולקולות מורכבות מיחידות גלוקוז מחוברות לשרשרת, אך דרך ההסתעפות של המולקולות שונה. גליקוגן נאגר בגוף בתאי השריר והכבד. שתי מולקולות אלה אוגרות אנרגיה לטווח קצר. כלומר, כאשר יש צורך באנרגיה, כי רמת הגלוקוז הזמין ירדה, הן מתפרקות (על ידי אנזימים) ומשתחררות מתוכן מולקולות הגלוקוז שמהן תופק אנרגיה בתהליך הנשימה התאית.