מהו תרכובת אורגנית?

תרכובות אורגניות מכילות תמיד פחמן יחד עם יסודות אחרים הדרושים לתפקודם של אורגניזמים חיים. פחמן הוא מרכיב המפתח מכיוון שיש לו ארבעה אלקטרונים במעטפת אלקטרונים חיצונית שיכולה להכיל שמונה אלקטרונים. כתוצאה מכך הוא יכול ליצור סוגים רבים של קשרים עם אטומי פחמן אחרים ואלמנטים כמו מימן, חמצן וחנקן. פחמימנים וחלבונים הם דוגמאות טובות למולקולות אורגניות שיכולות ליצור שרשראות ארוכות ומבנים מורכבים. התרכובות האורגניות המורכבות ממולקולות אלו מהוות בסיס לתגובות כימיות בתאי הצמחים ובעלי החיים - תגובות המספקות אנרגיה למציאת מזון, להתרבות ולכל שאר התהליכים הדרושים להם חַיִים.

TL; DR (ארוך מדי; לא קרא)

תרכובת אורגנית היא חברה בסוג כימיקלים המכילים אטומי פחמן המקושרים זה לזה ולאטומים אחרים בקשרים קוולנטיים ונמצאים בתאים של אורגניזמים חיים. מימן, חמצן וחנקן הם יסודות אופייניים המרכיבים תרכובות אורגניות בנוסף לפחמן. עקבות של יסודות אחרים כגון גופרית, זרחן, ברזל ונחושת עשויים להיות נוכחים בעת הצורך לתגובות כימיות אורגניות ספציפיות. הקבוצות העיקריות של תרכובות אורגניות הן פחמימנים, ליפידים, חלבונים וחומצות גרעין.

ארבעת סוגי התרכובות האורגניות הם פחמימנים, ליפידים, חלבונים וחומצות גרעין, והם ממלאים פונקציות שונות בתא חי. בעוד שתרכובות אורגניות רבות אינן מולקולות קוטביות ולכן אינן מתמוססות היטב במים של תא, לעתים קרובות הן מתמוססות בתרכובות אורגניות אחרות. לדוגמא, בעוד שפחמימות כמו סוכר הן מעט קוטביות ומתמוססות במים, השומנים לא. אך שומנים מתמוססים בממיסים אורגניים אחרים כגון אתרים. כאשר הם נמצאים בתמיסה, ארבעת הסוגים של מולקולות אורגניות יוצרים אינטראקציה ויוצרים תרכובות חדשות כשהם באים במגע בתוך רקמה חיה.

תרכובות אורגניות נעות בין חומרים פשוטים עם מולקולות המורכבות מכמה אטומים של שני יסודות בלבד לפולימרים ארוכים ומורכבים שמולקולותיהם כוללות יסודות רבים. פחמימנים למשל, מורכבים מפחמן ומימן בלבד. הם יכולים ליצור מולקולות פשוטות או שרשראות ארוכות של אטומים ומשמשים למבנה תאים וכאבני יסוד בסיסיות למולקולות מורכבות יותר.

ליפידים הם שומנים וחומרים דומים המורכבים מפחמן, מימן וחמצן. הם עוזרים ביצירת קירות תאים וממברנות ומהווים מרכיב עיקרי במזון. חלבונים מורכבים מפחמן, מימן, חמצן וחנקן, ויש להם שתי פונקציות עיקריות בתאים. הם מהווים חלק ממבני התא והאברים, אך הם גם אנזימים, הורמונים וכימיקלים אורגניים אחרים הלוקחים חלק בתגובות כימיות לייצור החומרים החיוניים לחיים.

חומצות גרעין מורכבות מפחמן, מימן, חמצן, חנקן וזרחן. כ- RNA ו- DNA הם מאחסנים את ההוראות לתהליכים כימיים הכוללים חלבונים אחרים. הם המולקולות בצורת הסליל של הקוד הגנטי. ארבעת סוגי המולקולות האורגניות מבוססות כולן על פחמן ומעט יסודות אחרים, אך יש להן תכונות שונות.

פחמימנים הם התרכובות האורגניות הפשוטות ביותר, והפחמימן הפשוט ביותר הוא CH₄ או מתאן. אטום הפחמן חולק אלקטרונים עם ארבעה אטומי מימן כדי להשלים את מעטפת האלקטרונים החיצונית שלו.

במקום להתקשר לאטומי מימן בלבד, אטום פחמן יכול לחלוק אחד או שניים מאלקטרוני הקליפה החיצוניים שלו עם אטום פחמן אחר, ויוצרים שרשראות ארוכות. לדוגמא, בוטאן, ג₄ה₁₀, מורכב משרשרת של ארבעה אטומי פחמן המוקפים ב -10 אטומי מימן.

קבוצה מורכבת יותר של תרכובות אורגניות הן הליפידים או השומנים. הם כוללים שרשרת פחמימנים אך יש להם גם חלק שבו השרשרת נקשרת עם חמצן. תרכובות אורגניות המכילות רק פחמן, מימן וחמצן נקראות פחמימות.

גליצרול הוא דוגמה לשומנים פשוטים. הנוסחה הכימית שלו היא C₃ה₈או₃, ויש לו שרשרת של שלושה אטומי פחמן עם אטום חמצן קשור לכל אחד. גליצרול הוא אבן בניין המהווה בסיס לשומנים רבים ומורכבים יותר.

רוב החלבונים הם מולקולות גדולות מאוד עם מבנים מורכבים המאפשרים להם לקבל תפקידים חשובים בתגובות כימיות אורגניות. בתגובות כאלה חלקים מהחלבונים מתפרקים, מסודרים מחדש או מצטרפים לשרשראות חדשות. אפילו לחלבונים הפשוטים ביותר יש שרשראות ארוכות ותתי חלקים רבים.

לדוגמא, ל- 3-amino-2-butanol יש הנוסחה הכימית C₄ה₁₁לא, אבל זה באמת רצף של קטעי פחמימנים עם חנקן ואטום חמצן. זה מוצג בצורה ברורה יותר על ידי הנוסחה CH₃CH (NH₂) CH (OH) CH₃, וחומצת האמינו משמשת בתגובות כימיות לייצור חלבונים אחרים.

חומצות גרעין מהוות בסיס לקוד הגנטי של תאים חיים והן מיתרים ארוכים של יחידות משנה חוזרות. עבור חומצה גרעין deoxyribonucleic או DNA, למשל, המולקולות מכילות קבוצת פוספט, סוכר ותת היחידות החוזרות על עצמן ציטוזין, גואנין, תימין ואדנין. החלק של מולקולת ה- DNA המכילה ציטוזין הוא בעל נוסחה כימית C₉ה₁₂או₆נ₃P, והחתכים המכילים יחידות משנה שונות יוצרים מולקולות פולימריות ארוכות הממוקמות בגרעין התאים.

תרכובות אורגניות מסוימות הן המולקולות המורכבות ביותר שקיימות, והן משקפות את מורכבות התגובות הכימיות המאפשרות חיים. גם עם המורכבות הזו, המולקולות מורכבות ממעטות יסודות יחסית, ולכולן יש פחמן כמרכיב עיקרי.