BIOELEMENTI: RAZVRSTITEV (PRIMARNI IN SEKUNDARNI) - BIOLOGIJA - 2025

" Bioelement " je izraz, ki se uporablja za označevanje glavnih kemičnih elementov, ki sestavljajo živa bitja. V nekaterih razvrstitvah jih delimo na primarne in sekundarne elemente.

Od 87 znanih kemičnih elementov le 34 tvori organske snovi, 17 od teh 34 pa je znano, da so resnično nepogrešljive za življenje. Poleg tega od teh 17 bistvenih elementov pet predstavlja več kot 90% snovi, ki sestavljajo žive organizme.

Navedena je tudi periodična tabela elementov, primarnih in sekundarnih bioelementov (Vir: Alejandro Porto prek Wikimedia Commons)

Šest glavnih elementov v organski snovi so vodik (H, 59%), kisik (O, 24%), ogljik (C, 11%), dušik (N, 4%), fosfor (P, 1%) in žvepla (S, 0,1 do 1%).

Ti odstotki odražajo število atomov vsakega elementa glede na skupno število atomov, ki sestavljajo žive celice, in ti so znani kot "primarni bioelementi".

Sekundarni bioelementi se nahajajo v precej manjšem deležu in so kalij (K), magnezij (Mg), železo (Fe), kalcij (Ca), molibden (Mo), fluor (F), klor ( Cl), natrij (Na), jod (I), baker (Cu) in cink (Zn).

Sekundarni elementi so običajno kofaktorji v katalitičnih reakcijah in sodelujejo v številnih biokemičnih in fizioloških procesih, ki so lastni celicam organizmov.

Primarni bioelementi

Ogljikovi, vodikovi in ​​kisikovi atomi so strukturna baza molekul, ki sestavljajo organske snovi, medtem ko dušik, fosfor in žveplo medsebojno delujejo z različnimi biomolekuli, da povzročijo kemične reakcije.

Vodik

Vodik je kemični element, ki v plinasti obliki obstaja pri sobni temperaturi (25 ° C), v trdnem ali tekočem stanju pa lahko pri sobni temperaturi, kadar je vezan na druge molekule.

Menijo, da so vodikovi atomi med prvimi atomi, ki sestavljajo zgodnje vesolje. Teorije, ki jih obravnavamo, predlagajo, da so se protoni, ki jih vsebuje jedro vodikovih atomov, začeli povezovati z elektroni drugih elementov, da so tvorili bolj zapletene molekule.

Vodik se lahko kemično kombinira s skoraj katerim koli drugim elementom, da tvori molekule, med katerimi so voda, ogljikovi hidrati, ogljikovodiki itd.

Ta element je odgovoren za nastanek vezi, imenovane "vodikove vezi", eno najpomembnejših šibkih interakcij biomolekul in glavno silo, ki je odgovorno za vzdrževanje tridimenzionalnih struktur beljakovin in nukleinskih kislin.

Ogljik

Ogljik tvori jedro številnih biomolekul. Njeni atomi se lahko kovalentno kombinirajo s štirimi drugimi atomi različnih kemičnih elementov in tudi sami s seboj tvorijo strukturo zelo zapletenih molekul.

Ogljik je skupaj z vodikom eden izmed kemičnih elementov, ki lahko tvorijo največje število različnih kemičnih spojin. Toliko, da vse snovi in ​​spojine, razvrščene kot "organske", vsebujejo ogljikove atome v svoji glavni strukturi.

Splošna struktura aminokisline (Vir: Uporabnik: Ppfk prek Wikimedia Commons)

Med glavnimi ogljikovimi molekulami živih bitij so med drugim ogljikovi hidrati (sladkorji ali saharidi), beljakovine in njihove aminokisline, nukleinske kisline (DNK in RNK), lipidi in maščobne kisline.

Kisik

Kisik je plinasti element in je najbolj bogat v celotni zemeljski skorji. Prisoten je v številnih organskih in anorganskih sestavinah in tvori spojine s skoraj vsemi kemičnimi elementi.

Odgovoren je za oksidacijo kemičnih spojin in zgorevanje, ki sta tudi različni obliki oksidacije. Kisik je zelo elektronegativni element, je del molekule vode in sodeluje v procesu dihanja velikega dela živih bitij.

Reaktivne kisikove vrste so odgovorne za oksidativni stres znotraj celic. Zelo pogosto je opazovati škodo, ki jo oksidativne spojine povzročajo makromolekulam v celici, saj neravnovesje zmanjšujejo v notranjosti celic.

Dušik

Dušik je tudi pretežno plinast, saj predstavlja približno 78% Zemljine atmosfere. Je pomemben element v prehrani rastlin in živali.

Dušij je pri živalih osnovni del aminokislin, ki so gradniki beljakovin. Beljakovine strukturirajo tkiva in mnoga od njih imajo potrebno encimsko aktivnost, da pospešijo številne vitalne reakcije za celice.

Dušik je temeljni del dušikovih baz, ki sestavljajo nukleinske kisline, kot sta DNK in RNA (Vir: Datoteka: Razlika DNK RNA-DE.svg: Sponk / * prevod: Sponk prek Wikimedia Commons)

Dušik je prisoten v dušikovih bazah DNK in RNK, bistvenih molekul za prenos genetskih informacij s staršev na potomce in za pravilno delovanje živih organizmov kot celičnih sistemov.

Ujemanje

Najpogostejša oblika tega elementa v naravi so trdni fosfati v rodovitnih tleh, rekah in jezerih. Je pomemben element za delovanje živali in rastlin, pa tudi bakterij, gliv, protozojev in vseh živih bitij.

Pri živalih se fosfor nahaja v vseh kosteh v obliki kalcijevega fosfata.

Fosfor je ključnega pomena za življenje, saj je tudi element, ki je del DNK, RNK, ATP in fosfolipidov (temeljnih sestavin celičnih membran).

Ta bioelement je vedno vključen v reakcije prenosa energije, saj tvori spojine z zelo energijskimi vezmi, katerih hidroliza se uporablja za premikanje različnih celičnih sistemov.

Žveplo

Žveplo je običajno v obliki sulfidov in sulfatov. Posebej je bogat v vulkanskih območjih in je prisoten v aminokislinskih ostankih cisteina in metionina.

V beljakovinah žveplovi atomi cisteina tvorijo zelo močno znotraj- ali medmolekularno interakcijo, znano kot "disulfidni most", ki je bistven za tvorbo sekundarne, terciarne in kvaternarne strukture celičnih beljakovin.

Koencim A, metabolični intermediat z najrazličnejšimi funkcijami, ima v svoji strukturi atom žvepla.

Ta element je ključnega pomena tudi v strukturi številnih encimskih kofaktorjev, ki sodelujejo v različnih pomembnih presnovnih poteh.

Sekundarni bioelementi

Kot že omenjeno, so sekundarni bioelementi tisti, ki jih najdemo v nižjem deležu od primarnih, najpomembnejši pa so kalij, magnezij, železo, kalcij, natrij in cink.

Sekundarni bioelementi ali elementi v sledovih so vključeni v številne fiziološke procese rastlin, v fotosintezo, dihanje, celično ionsko ravnovesje vakuole in kloroplastov, pri prenosu ogljikovih hidratov v floem itd.

To velja tudi za živali in druge organizme, kjer so ti elementi, bolj ali manj uporabni in manj obilni, del mnogih kofaktorjev, potrebnih za delovanje celotne celične mehanizacije.

Železo

Železo je eden najpomembnejših sekundarnih bioelementov, saj deluje v več energijskih pojavih. Zelo pomembno je pri reakcijah redukcije naravnega oksida.

Na primer pri sesalcih je železo bistven del hemoglobina, beljakovine, ki je odgovorna za transport kisika v krvi znotraj eritrocitov ali rdečih krvnih celic.

V rastlinskih celicah je ta element tudi del nekaterih pigmentov, kot je klorofil, ključnega pomena za fotosintetske procese. Je del molekul citokroma, prav tako bistvenega pomena za dihanje.

Cink

Znanstveniki menijo, da je bil cink eden ključnih elementov pojava evkariontskih organizmov pred milijoni let, saj so mnogi proteini, ki se vežejo na DNA, za razmnoževanje, ki so bili sestavljeni iz "primitivnih evkariotov", uporabili cink kot motiv Unije.

Primer te vrste beljakovin so cinkovi prsti, ki sodelujejo pri prepisovanju genov, prevajanju beljakovin, presnovi in ​​sestavljanju beljakovin itd.

Kalcij

Kalcij je eden najpogostejših mineralov na planetu Zemlji; pri večini živali tvori zobe in kosti v obliki kalcijevega hidroksifosfata. Ta element je ključen za krčenje mišic, prenos živčnih impulzov in strjevanje krvi.

Magnezij

Največji delež magnezija v naravi najdemo v trdni obliki v kombinaciji z drugimi elementi, ne najdemo ga le v prostem stanju. Magnezij je kofaktor za več kot 300 različnih encimskih sistemov pri sesalcih.

Reakcije, v katerih sodeluje, segajo od sinteze beljakovin, gibljivosti mišic in delovanja živcev, do uravnavanja ravni glukoze v krvi in ​​krvnega tlaka. Magnezij je nujen za proizvodnjo energije v živih organizmih, za oksidativno fosforilacijo in glikolizo.

Prispeva tudi k razvoju kosti in je med drugim potreben za sintezo DNK, RNK, glutationa.

Natrij in kalij

Gre za dva zelo bogata iona znotraj celice in razlike v njihovih notranjih in zunanjih koncentracijah ter njihov transport so odločilne za številne fiziološke procese.

Kalij je najpogostejši medcelični kation, ohranja volumen tekočine v celici in transmembranski elektrokemijski gradient.

Tako natrij kot kalij aktivno sodelujeta pri prenosu živčnih impulzov, saj ju prenaša natrijeva-kalijeva črpalka. Natrij sodeluje tudi pri krčenju mišic in pri absorpciji hranilnih snovi skozi celično membrano.

Preostali sekundarni bioelementi: molibden (Mo), fluor (F), klor (Cl), jod (I) in baker (Cu) igrajo pomembno vlogo pri številnih fizioloških reakcijah. Vendar jih potrebujemo v veliko manjšem deležu od zgoraj opisanih šestih elementov.

Reference

1. Egami, F. (1974). Manjši elementi in evolucija. Časopis za molekularno evolucijo, 4 (2), 113-120.
2. Hackh, IW (1919). Bioelementi; Kemični elementi žive snovi. Časopis za splošno fiziologijo, 1 (4), 429
3. Kaim, W., Rall, J. (1996). Baker - "sodoben" bioelement. Angewandte Chemie International Edition v angleščini, 35 (1), 43–60.
4. Nacionalni inštituti za zdravje. (2016). Magnezij: informativni list za zdravstvene delavce. Trenutna različica, 27.
5. Peñuelas, J., Fernández - Martínez, M., Ciais, P., Jou, D., Piao, S., Obersteiner, M., … & Sardans, J. (2019). Bioelementi, elementi in biogeokemična niša. Ekologija, 100 (5), e02652
6. Skalny, AV (2014). Bioelementi in bioelementologija v farmakologiji in prehrani: temeljni in praktični vidiki. V farmakologiji in prehranskih posegih pri zdravljenju bolezni. IntechOpen.
7. Solioz, M. (2018). Baker-sodobni bioelement. V bakru in bakterijah (str. 1-9). Springer, Cham.
8. Svetovna zdravstvena organizacija. (2015). Dejstvo: Salt.