BIOELEMENTAI: KLASIFIKACIJA (PIRMINĖ IR ANTRINĖ) - BIOLOGIJA - 2025

„ Bioelementas “ yra terminas, vartojamas norint nurodyti pagrindinius cheminius elementus, kurie sudaro gyvas būtybes. Kai kuriose klasifikacijose jie yra suskirstyti į pirminius ir antrinius elementus.

Iš 87 žinomų cheminių elementų tik 34 sudaro organinės medžiagos, o 17 iš 34 yra žinomi kaip tikrai būtini gyvybei. Be to, iš šių 17 esminių elementų penki sudaro daugiau kaip 90% visų gyvųjų organizmų.

Taip pat nurodoma periodinė elementų, pirminių ir antrinių bioelementų lentelė (Šaltinis: Alejandro Porto per „Wikimedia Commons“).

Šeši pagrindiniai organinių medžiagų elementai yra vandenilis (H, 59%), deguonis (O, 24%), anglis (C, 11%), azotas (N, 4%), fosforas (P, 1%) ir sieros (S, nuo 0,1 iki 1%).

Šie procentai atspindi kiekvieno elemento atomų skaičių, palyginti su visu atomų, kurie sudaro gyvas ląsteles, skaičiumi, ir jie yra vadinami „pirminiais bioelementais“.

Antrinių bioelementų yra daug mažiau: kalio (K), magnio (Mg), geležies (Fe), kalcio (Ca), molibdeno (Mo), fluoro (F), chloro ( Cl), natrio (Na), jodo (I), vario (Cu) ir cinko (Zn).

Antriniai elementai paprastai yra katalizinių reakcijų kofaktoriai ir dalyvauja daugelyje biocheminių ir fiziologinių procesų, būdingų organizmų ląstelėms.

Pirminiai bioelementai

Anglies, vandenilio ir deguonies atomai yra struktūrinės molekulių, kurios sudaro organines medžiagas, pagrindas, tuo tarpu azotas, fosforas ir siera sąveikauja su skirtingomis biomolekulėmis ir sukelia chemines reakcijas.

Vandenilis

Vandenilis yra cheminis elementas, egzistuojantis dujomis kambario temperatūroje (25ºC). Kietas arba skystas kambario temperatūroje jis gali egzistuoti tik tada, kai yra sujungtas su kitomis molekulėmis.

Manoma, kad vandenilio atomai yra vieni iš pirmųjų atomų, sudarančių ankstyvąją visatą. Vykdomos teorijos rodo, kad vandenilio atomų branduolyje esantys protonai pradėjo asocijuotis su kitų elementų elektronais, kad sudarytų sudėtingesnes molekules.

Vandenilis gali chemiškai susijungti su beveik bet kokiu kitu elementu, sudarydamas molekules, tarp kurių yra vanduo, angliavandeniai, angliavandeniliai ir kt.

Šis elementas yra atsakingas už jungčių, vadinamų „vandenilio jungtimis“, formavimąsi, kuri yra viena iš svarbiausių silpnų biomolekulių sąveikų ir pagrindinė jėga, atsakinga už baltymų ir nukleorūgščių trijų matmenų struktūrų palaikymą.

Anglies

Anglis sudaro daugelio biomolekulių branduolį. Jo atomai gali kovalentiškai susijungti su kitais keturiais skirtingų cheminių elementų atomais, taip pat ir su savimi, kad sudarytų labai sudėtingų molekulių struktūrą.

Anglis kartu su vandeniliu yra vienas iš cheminių elementų, galinčių sudaryti daugiausiai skirtingų cheminių junginių. Tiek, kad visų „organinėmis“ klasifikuojamų medžiagų ir junginių pagrindinėje struktūroje yra anglies atomų.

Bendroji aminorūgšties struktūra (Šaltinis: Vartotojas: „Ppfk“ per „Wikimedia Commons“)

Tarp pagrindinių gyvų būtybių anglies molekulių yra angliavandeniai (cukrūs arba sacharidai), baltymai ir jų aminorūgštys, nukleorūgštys (DNR ir RNR), lipidai ir riebalų rūgštys.

Deguonis

Deguonis yra dujinis elementas ir yra gausiausias visoje žemės plutoje. Jo yra daugelyje organinių ir neorganinių komponentų ir sudaro junginius su beveik visais cheminiais elementais.

Ji atsakinga už cheminių junginių oksidaciją ir degimą, kurie taip pat yra skirtingos oksidacijos formos. Deguonis yra labai elektroneigiamas elementas, jis yra vandens molekulės dalis ir dalyvauja didelės dalies gyvų būtybių kvėpavimo procese.

Reaktyviosios deguonies rūšys yra atsakingos už oksidacinį stresą ląstelių viduje. Labai dažnai stebima oksidacinių junginių padaryta žala ląstelės viduje esančioms makromolekulėms, nes jie išbalansuoja redukuojantį ląstelių vidų.

Azotas

Azotas taip pat daugiausia yra dujinis ir sudaro apie 78% Žemės atmosferos. Tai svarbus augalų ir gyvūnų mitybos elementas.

Gyvūnams azotas yra pagrindinė aminorūgščių, kurios, savo ruožtu, yra baltymų sudėtinė dalis. Baltymų struktūros audiniai ir daugelis jų turi būtiną fermentinį aktyvumą, kad paspartintų daugelį gyvybiškai svarbių ląstelių reakcijų.

Azotas yra pagrindinė azoto bazių, kurios sudaro nukleorūgštis, tokias kaip DNR ir RNR, dalis (Šaltinis: Byla: Skirtumas DNR RNR-DE.svg: Kempinė / * vertimas: Kempinė per Wikimedia Commons)

Azotas yra azoto bazėse esančiose DNR ir RNR bazėse, būtinose molekulėse genetinei informacijai perduoti iš tėvų palikuonims ir tinkamam gyvų organizmų, kaip ląstelių sistemos, veikimui.

Rungtynės

Gausiausia šio elemento forma gamtoje yra kieti fosfatai derlinguose dirvožemiuose, upėse ir ežeruose. Tai svarbus gyvūnų ir augalų, taip pat bakterijų, grybelių, pirmuonių ir visų gyvų būtybių funkcionavimo elementas.

Gyvūnuose fosforo yra visuose kauluose kalcio fosfato pavidalu.

Fosforas yra gyvybiškai svarbus, nes jis taip pat yra DNR, RNR, ATP ir fosfolipidų (pagrindinių ląstelių membranų komponentų) dalis.

Šis bioelementas visada dalyvauja energijos perdavimo reakcijose, nes sudaro junginius su labai energingais ryšiais, kurių hidrolizė naudojama skirtingų ląstelių sistemų judėjimui.

Sieros

Siera dažniausiai randama sulfidų ir sulfatų pavidalu. Jo ypač gausu vulkaninėse vietose ir jo yra amino rūgščių liekanose cisteinas ir metioninas.

Baltymuose cisteino sieros atomai sudaro labai stiprią intramolekulinę ar tarpmolekulinę sąveiką, vadinamą „disulfido tiltu“, kuri yra būtina formuojant antrinę, tretinę ir ketvirtinę ląstelių baltymų struktūrą.

Koenzimas A, metabolinis tarpinis produktas, turintis labai įvairias funkcijas, savo struktūroje turi sieros atomą.

Šis elementas taip pat yra labai svarbus daugelio fermentinių kofaktorių, dalyvaujančių skirtinguose svarbiuose metabolizmo keliuose, struktūroje.

Antriniai bioelementai

Kaip minėta aukščiau, antriniai bioelementai yra tie, kuriuose randama mažesnė dalis nei pirminiuose, ir svarbiausi yra kalis, magnis, geležis, kalcis, natris ir cinkas.

Antriniai bioelementai arba mikroelementai dalyvauja daugelyje augalų fiziologinių procesų, vykstant fotosintezei, kvėpavimui, vakuolės ir chloroplastų ląstelių jonų balansui, angliavandenių transportavimui į filemą ir kt.

Tai pasakytina ir apie gyvūnus bei kitus organizmus, kur šie elementai, daugiau ar mažiau nereikalingi ir mažiau gausūs, yra daugelio kofaktorių, būtinų visos ląstelinės mašinos veikimui, dalis.

Geležies

Geležis yra vienas iš svarbiausių antrinių bioelementų, nes ji veikia daugelyje energijos reiškinių. Tai labai svarbu vykdant natūralias oksido redukcijos reakcijas.

Pvz., Žinduoliuose geležis yra svarbi hemoglobino dalis, baltymas, atsakingas už deguonies pernešimą į kraują eritrocituose ar eritrocituose.

Augalo ląstelėse šis elementas taip pat yra dalis kai kurių pigmentų, tokių kaip chlorofilas, būtinas fotosintezės procesams. Tai yra citochromo molekulių dalis, taip pat būtina kvėpavimui.

Cinkas

Mokslininkai mano, kad cinkas buvo vienas svarbiausių eukariotinių organizmų atsiradimo elementų prieš milijonus metų, nes daugelis DNR surišančių baltymų, replikacijai, kurie sudarė „primityvius eukariotus“, naudojo cinką kaip motyvą. Sąjungos.

Šios rūšies baltymų pavyzdys yra cinko pirštai, kurie dalyvauja genų transkripcijoje, baltymų transliacijoje, metabolizme ir baltymų surinkime ir kt.

Kalcis

Kalcis yra vienas gausiausių mineralų Žemės planetoje; daugeliui gyvūnų jis sudaro dantis ir kaulus kalcio hidroksifosfato pavidalu. Šis elementas yra būtinas raumenų susitraukimui, nervinių impulsų perdavimui ir kraujo krešėjimui.

Magnis

Didžiausia magnio dalis gamtoje randama kietoje formoje kartu su kitais elementais, jo ne tik nėra laisvoje būsenoje. Magnis yra daugiau nei 300 skirtingų žinduolių fermentų sistemų kofaktorius.

Reakcijos, kuriose jis dalyvauja, yra nuo baltymų sintezės, raumenų mobilumo ir nervų funkcijos iki gliukozės kiekio kraujyje ir kraujospūdžio reguliavimo. Magnis yra būtinas gyvų organizmų energijai gaminti, oksidaciniam fosforilinimui ir glikolizei.

Tai taip pat prisideda prie kaulų vystymosi ir yra reikalinga DNR, RNR, glutationo sintezei.

Natris ir kalis

Jie yra du labai gausūs jonai ląstelės viduje ir jų vidinės ir išorinės koncentracijos kitimai, taip pat jų pernešimas yra lemiantys daugelio fiziologinių procesų veiksnius.

Kalis yra gausiausias tarpląstelinis katijonas, jis palaiko skysčio tūrį ląstelės viduje ir transmembraninius elektrocheminius gradientus.

Natris ir kalis aktyviai dalyvauja perduodant nervinius impulsus, nes juos perneša natrio-kalio pompa. Natris taip pat dalyvauja raumenų susitraukime ir maistinių medžiagų įsisavinime per ląstelės membraną.

Likę antriniai bioelementai: molibdenas (Mo), fluoras (F), chloras (Cl), jodas (I) ir varis (Cu) vaidina svarbų vaidmenį atliekant daugelį fiziologinių reakcijų. Tačiau jų reikia kur kas mažesne dalimi nei šeši pirmiau paaiškinti elementai.

Nuorodos

1. Egami, F. (1974). Smulkūs elementai ir evoliucija. Žurnalas apie molekulinę evoliuciją, 4 (2), 113–120.
2. Hackhas, IW (1919). Bioelementai; Cheminiai gyvosios medžiagos elementai. Žurnalas apie bendrą fiziologiją, 1 (4), 429
3. Kaim, W., ir Rall, J. (1996). Varis - „modernus“ bioelementas. „Angewandte Chemie“ tarptautinis leidimas anglų kalba, 35 (1), 43–60.
4. Nacionaliniai sveikatos institutai. (2016). Magnis: informacinis lapelis sveikatos specialistams. Dabartinė versija, 27.
5. Peñuelas, J., Fernández - Martínez, M., Ciais, P., Jou, D., Piao, S., Obersteiner, M., … & Sardans, J. (2019). Bioelementai, elementomas ir biogeocheminė niša. Ekologija, 100 (5), e02652
6. Skalny, AV (2014). Bioelementai ir bioelementologija farmakologijoje ir mityboje: pagrindiniai ir praktiniai aspektai. Farmakologijoje ir mitybos intervencijose gydant ligas. „IntechOpen“.
7. Solioz, M. (2018). Varis - modernus bioelementas. „Varis ir bakterijos“ (1-9 psl.). Springeris, Chamas.
8. Pasaulio Sveikatos Organizacija. (2015). Faktų lapas: druska.