במהלך חיי התא מתרחש בו חילוף חומרים מתמיד, חומרים מפורקים ונבנים על פי צרכי התא.

לצורך קיומם תאים זקוקים לחומרים אורגניים.

אורגניזמים נבדלים זה מזה במקור החומרים האורגניים:

אורגניזמים אוטוטרופיים (הזנה אוטוטרופית): אורגניזמים המייצרים בעצמם את החומר האורגני הדרוש מחומרים
אנאורגניים (צמחים ירוקים)

אורגניזמים הטרוטרופיים (הזנה הטרוטרופית): אורגניזמים המקבלים את החומר האורגני "מן המוכן" במזון.

תהליך הפוטוסינתזה

בצמחים מתבצע תהליך הפוטוסינתזה (הרכבה בעזרת אור). בתהליך זה מנוצלת אנרגיית האור לצורך בניית חומרים אורגניים מחומרים אנאורגניים.

בתהליך הפוטוסינתזה משתמשים הצמחים מים (מהקרקע) ופחמן דו-חמצני (מהאוויר) ובעזרת אנרגיית האור מייצרים משני חומרים אלו גלוקוז (חומר אורגני) ומים.

הגלוקוז הוא הבסיס לבניית תרכובות אורגניות נוספות בתאי הצמח, וכן מקור לאנרגיה הדרושה לתאים.

בתהילך הפוטוסינתזה מתרחש תהליך של המרת אנרגיית אור לאנרגיה כימית. את האנרגיה הכימית יכולים לנצל היצורים ההטרוטרופיים.

תהליך הפוטוסינתזה מתרחש בצמח בכלורופסלט. בכלורופלסט מצוי כלורופיל (חומר המקנה לצמח את צבעו הירוק). מולקולות הכלורופיל קולטות את אנרגיית האור, ובאמצעות אנזימים היא מומרת לאנרגיה כימית. (כלומר, בערת אנרגיית האור מתרחשות תגובות כימיות בהן מורכבות מולקולות ATP).

את עודפי הגלוקוז הנוצרים בפוטוסינתזה הופך הצמח לחומר תשמורת – עמילן.

העמילן הוא רב- סוכר המשמש כחומר תשמורת בתאי צמחים. בשעת הצורך מתפרק העמילן בחזרה לגלוקוז, המשמש כמקור אנרגיה מיידי או כבסיס לבניית מולקולות אורגניות שונות.

היות והעמילן אינו מסיס במים, אין הוא משפיע על ריכוז המומסים בתא ולכן ניתן לאגור כמויות גדולות שלו.

עמילן מצוי בעלי צמחים, ומצטבר בעיקר באברי אגירה כמו פקעות של תפוח אדמה, זרעים כמו תירס.

חשיבות הפוטוסינתזה באקולוגיה:

• המרת אנרגיית אור לאנרגיה כימית הניתנת לאגירה ושימוש ע"י כל היצורים החיים.
• יצירת תרכובות אורגניות מהן ניזונים כל היצורים ההטרוטרופיים. הצמחים מהווים את הבסיס לשרשרת המזון.
• שחרור חמן חופשי לאטמוספירה, המשמש לנשימה בצמחים ובע"ח.

תהליך הנשימה התאית

בתא מתקיימות פעילויות רבות הדורשות אספקת אנרגיה: מטבוליזם (פירוק ובנייה של חומרים), העברה פעילה, תנועה.

מקור האנרגיה הכימית בתא הוא מפירוק תרכובות אורגניות בתהליך הנשימה התאית. רוב התאים מנצלים גלוקוז כמקור אנרגיה מיידי. הגלוקוז נכנס לתאים בדיפוזיה מזורזת בסיוע נשא. הגלוקוז מתפרק במסלול פירוק מורכב בו משתתפים אנזימים רבים.

האנרגיה הכימית המשתחררת מפירוק גלוקוז (או כל חומר אורגני אחר) אינה ניתנת לניצול באופן שייר ע"י התא, אלא משמשת להרכבה של מולקולות ATP. ATP היא מולקולה המתווכת במעברי אנרגיה בתאים.

התא מייצר ATP מחומרים המצויים בתא (ATP+Pi)  ומאנרגיה המשתחררת מפירוק תרכובות אורגניות. ה- ATP נחשב כמולקולה המקשרת ין תהליכים משחררי אנרגיה לבין תהליכים דורשי אנרגיה בתא.

בעת פירוק ATP משתררת אנרגיה הניתנת לניצול ע"י התא ומקבלים בחזרה ADP+Pi.

כל תא מייצר לעצמו את ה- ATP, אין מעבר של ATP מתא לתא.

פירוק מלא של מולקולת גלוקוז מתרחש בשני שלבים:

• גליקוליזה
• נשימה תאית אירובית (אווירנית).

שלב א: הגליקוליזה

מתרחש בציטופלסמה, בסיום התהליך מקבלים מכל מולקולת גלוקוז 2 מולקולות של חומצה פירובית ובעזרת האנרגיה שהשתחררה נבנות 2 מולקולות ATP.

רוב האנרגיה הכימית נשארת בשלב זה אצורה במולקולות החומצה הפירובית, שהיא חומר אורגני.

שלב ב: נשימה תאית אירובית

מתרחש במיטוכונדריה, ויש צורך בחמצן על מנת שיתרחש. מולקולות החומצה הפירובית עוברות למיטוכונדריה שם מתרחש פירוק נוסף ובסופו מקבלי מים ופחמן דו-חמצני. באנרגיה שהשתחררה מורכבות 28 מולקולות ATP נוספות.

*** חשוב לזכור שחלק מהאנרגיה המשתחררת במהלך פירוק הגלוקוז נפלטת כאנרגיית חום.

(בחיידקים, שאין בהם מיטוכונדריה, הנשימה התאית האירובית מתבצעת בציטופלסמה)

התא מנצל שומנים וחלבונים כמקור אנרגיה. תוצרי הביניים בפירוק של חומרים דומים לתוצרי הביניים בפירוק פחמימות, ואלו נכנסים למיטוכונדריה ועוברים תהליך פירוק דומה.

התאמה בין מבנה לתפקוד

• ניתן למצוא התאמה בין מספר המיטוכונדריה בתא לבין רמת צריכת האנרגיה. בתא כבד, בו מתקיים חילוף חומרים נמרץ, יש 1000- 2000 מיטוכונדריה, בשריר הלב מספרם גדול יותר. לעומת זאת, בתא אוגר שומן, יש מעט מאד מיטוכונדריה.
• מיקום המיטוכונדריה בתא קשור לאזורים בהם נצרך הרבה ATP. למשל, בתאי זרע מיטוכונדריה מרוכזים סביב השוטון.
• שטח הפנים של הקרום הפנימי של המיטוכונדריה גדול במיוחד בתאים שצורכים הרבה אנרגיה, כך תהליך הנשימה האירובית יעיל יותר.

נשימה אנארובית

יש אורגניזמים המפרקים גלוקוז בהיעדר חמצן.

בהיעדר חמצן מופקת אנרגיה רק בשלב הגליקוליזה. מתקבלות 2 מולקולות ATP ו-2 מולקולות חומצה פירובית, מכל מולקולת גלוקוז. ה- ATP מנוצל לצרכי התא והחומצה הפירובית המתקבלת נשארת בציטופלסמה, שם היא עוברת תהליכים ייחודיים לאורגניזמים ולתנאים, והתוצרים מופרשים מהתא.

אחת מהדרכים להפקת אנרגיה בתנאים אנאירוביים נקראת תסיסה.

ישנם מספר תהליכי תסיסה הנבדלים זה מזה בתוצר הסופי ועל פי תוצר זה נקבע שם התהליך:

• תסיסה כהלית: החומצה הפירובית הופכת לכוהל ופחמן דו-חמצני. תסיסה זו מתרחשת בתאים אוקריוטים ומנוצלת לתעשיית המשקאות האלכוהוליים.
• תסיסה לקטית (תסיסת חומצת חלב): החומצה הפירובית הופכת לחומצת חלב. מתרחשת למשל בתאי שריר בגוף, בזמן מאמץ, כאשר נוצר מחסור זמני בחמצן. מקור הטעם החמוץ בחלב הוא בחומצת חלב, גבינות ויוגורט מיוצרים בעזרת תסיסה לקטית.

כמות האנרגיה המופקת מכל מולקולת גלוקוז בהתליך נשימה אנאירובי קטנה בהרבה מזו המופקת בתהליך נשימה אירובי.

חזרה אל העמוד הראשי: סיכומים לבגרות בביולוגיה \ התא