BIOELEMENTI: KLASIFIKĀCIJA (PRIMĀRĀ UN SEKUNDĀRĀ) - BIOLOĢIJA - 2025

" Bioelements " ir termins, ko lieto, lai apzīmētu galvenos ķīmiskos elementus, kas veido dzīvās būtnes. Dažās klasifikācijās tie ir sadalīti primārajos un sekundārajos elementos.

No zināmajiem 87 ķīmiskajiem elementiem tikai 34 veido organiskās vielas, un 17 no šiem 34 ir zināms, ka tie patiešām ir nepieciešami dzīvībai. Turklāt no šiem 17 būtiskajiem elementiem pieci veido vairāk nekā 90% no vielas, kas veido dzīvos organismus.

Norādīta arī elementu, primāro un sekundāro bioelementu periodiskā tabula (Avots: Alejandro Porto, izmantojot Wikimedia Commons)

Seši galvenie organisko vielu elementi ir ūdeņradis (H, 59%), skābeklis (O, 24%), ogleklis (C, 11%), slāpeklis (N, 4%), fosfors (P, 1%) un sēra (S, 0,1 līdz 1%).

Šie procenti atspoguļo katra elementa atomu skaitu attiecībā pret kopējo atomu skaitu, kas veido dzīvās šūnas, un tos sauc par "primārajiem bioelementiem".

Sekundārie bioelementi ir atrodami daudz mazākā skaitā un ir kālijs (K), magnijs (Mg), dzelzs (Fe), kalcijs (Ca), molibdēns (Mo), fluors (F), hlors ( Cl), nātrijs (Na), jods (I), varš (Cu) un cinks (Zn).

Sekundārie elementi parasti ir katalītisko reakciju kofaktori un piedalās daudzos bioķīmiskajos un fizioloģiskajos procesos, kas raksturīgi organismu šūnām.

Primārie bioelementi

Oglekļa, ūdeņraža un skābekļa atomi ir molekulu strukturālā bāze, kas veido organiskās vielas, savukārt slāpeklis, fosfors un sērs mijiedarbojas ar dažādām biomolekulēm, lai izraisītu ķīmiskās reakcijas.

Ūdeņradis

Ūdeņradis ir ķīmisks elements, kas istabas temperatūrā (25ºC) pastāv gāzveida formā, istabas temperatūrā tas var pastāvēt tikai cietā vai šķidrā stāvoklī, kad tas ir saistīts ar citām molekulām.

Tiek uzskatīts, ka ūdeņraža atomi ir vieni no pirmajiem atomiem, kas veido agrīno Visumu. Apstrādājamās teorijas liek domāt, ka ūdeņraža atomu kodolā esošie protoni sāka asociēties ar citu elementu elektroniem, veidojot sarežģītākas molekulas.

Ūdeņradis var ķīmiski apvienoties ar gandrīz jebkuru citu elementu, veidojot molekulas, starp kurām ir ūdens, ogļhidrāti, ogļūdeņraži utt.

Šis elements ir atbildīgs par tādu saišu veidošanos, kuras sauc par “ūdeņraža saitēm”, kas ir viena no vissvarīgākajām vājām biomolekulām mijiedarbībām un galvenais spēks, kas atbild par olbaltumvielu un nukleīnskābju trīsdimensiju struktūru uzturēšanu.

Ogleklis

Ogleklis veido daudzu biomolekulu kodolu. Tās atomi var kovalenti apvienoties ar četriem citiem dažādu ķīmisko elementu atomiem, kā arī ar sevi, lai veidotu ļoti sarežģītu molekulu struktūru.

Ogleklis kopā ar ūdeņradi ir viens no ķīmiskajiem elementiem, kas var veidot lielāko skaitu dažādu ķīmisko savienojumu. Tik daudz, ka visu vielu un savienojumu, kas klasificēti kā "organiski", galvenajā struktūrā ir oglekļa atomi.

Aminoskābes vispārējā struktūra (Avots: Lietotājs: Ppfk, izmantojot Wikimedia Commons)

Starp dzīvām būtnēm galvenajām oglekļa molekulām cita starpā ir ogļhidrāti (cukuri vai saharīdi), olbaltumvielas un to aminoskābes, nukleīnskābes (DNS un RNS), lipīdi un taukskābes.

Skābeklis

Skābeklis ir gāzveida elements un visbagātākais visā zemes garozā. Tas atrodas daudzos organiskos un neorganiskos komponentos un veido savienojumus ar gandrīz visiem ķīmiskajiem elementiem.

Tas ir atbildīgs par ķīmisko savienojumu oksidēšanu un sadegšanu, kas arī ir dažādas oksidācijas formas. Skābeklis ir ļoti elektronegatīvs elements, tas ir ūdens molekulas daļa un piedalās lielas daļas dzīvo būtņu elpošanas procesā.

Reaktīvās skābekļa sugas ir atbildīgas par oksidatīvo stresu šūnu iekšienē. Ļoti bieži novēro oksidatīvo savienojumu radītos bojājumus šūnas iekšpusē esošajām makromolekulām, jo ​​tie nelīdzsvaro šūnu reducējošo iekšpusi.

Slāpeklis

Slāpeklis pārsvarā ir arī gāzveida, kas veido apmēram 78% no Zemes atmosfēras. Tas ir svarīgs elements augu un dzīvnieku uzturā.

Dzīvniekiem slāpeklis ir būtiska aminoskābju sastāvdaļa, kas, savukārt, ir proteīnu veidojošie elementi. Olbaltumvielu struktūras audi un daudziem no tiem ir nepieciešama fermentatīva aktivitāte, lai paātrinātu daudzas dzīvībai svarīgās reakcijas.

Slāpeklis ir būtiska slāpekļa bāzu sastāvdaļa, kas veido tādas nukleīnskābes kā DNS un RNS (Avots: Fails: Atšķirības DNS RNS-DE.svg: Sponk / * tulkošana: Sponk, izmantojot Wikimedia Commons)

Slāpeklis atrodas DNS un RNS slāpekļa bāzēs, kas ir būtiskas molekulas ģenētiskās informācijas nodošanai no vecākiem pēcnācējiem un dzīvo organismu kā šūnu sistēmu pareizai darbībai.

Sakritība

Visbagātākais šī elementa veids dabā ir kā cietie fosfāti auglīgās augsnēs, upēs un ezeros. Tas ir svarīgs elements dzīvnieku un augu, kā arī baktēriju, sēnīšu, vienšūņu un visu dzīvo būtņu darbībai.

Dzīvniekiem fosfors ir sastopams visos kaulos kā kalcija fosfāts.

Fosfors ir būtisks dzīvībai, jo tas ir arī elements, kas ir daļa no DNS, RNS, ATP un fosfolipīdiem (šūnu membrānu pamata komponentiem).

Šis bioelements vienmēr ir iesaistīts enerģijas pārnešanas reakcijās, jo tas veido savienojumus ar ļoti enerģētiskām saitēm, kuru hidrolīzi izmanto dažādu šūnu sistēmu pārvietošanai.

Sērs

Sērs parasti atrodams sulfīdu un sulfātu veidā. Tas ir īpaši bagātīgs vulkāniskos apgabalos un atrodas aminoskābju atlikumos cisteīns un metionīns.

Olbaltumvielās cisteīna sēra atomi veido ļoti spēcīgu intra- vai starpmolekulāro mijiedarbību, kas pazīstama kā “disulfīda tilts”, kas ir būtiska, lai veidotu šūnu olbaltumvielu sekundāro, terciāro un kvartāra struktūru.

Koenzīma A, metaboliska starpprodukta ar ļoti dažādām funkcijām, struktūrā ir sēra atoms.

Šis elements ir būtisks arī daudzu fermentatīvo kofaktoru struktūrā, kas piedalās dažādos svarīgos metabolisma ceļos.

Sekundārie bioelementi

Kā minēts iepriekš, sekundārie bioelementi ir tie, kas atrodami mazākā proporcijā nekā primārie, un vissvarīgākie ir kālijs, magnijs, dzelzs, kalcijs, nātrijs un cinks.

Sekundārie bioelementi vai mikroelementi ir iesaistīti daudzos augu fizioloģiskajos procesos, fotosintēzē, elpošanā, vakuolas un hloroplastu šūnu jonu līdzsvarā, ogļhidrātu transportēšanā uz filoēmu utt.

Tas attiecas arī uz dzīvniekiem un citiem organismiem, kur šie elementi, vairāk vai mazāk nepieciešami un mazāk bagātīgi, ir daļa no daudziem kofaktoriem, kas nepieciešami visas šūnveida tehnikas darbībai.

Dzelzs

Dzelzs ir viens no vissvarīgākajiem sekundārajiem bioelementiem, jo ​​tas darbojas vairākās enerģijas parādībās. Tas ir ļoti svarīgi dabisko oksīdu reducēšanas reakcijās.

Piemēram, zīdītājiem dzelzs ir būtiska hemoglobīna sastāvdaļa - olbaltumviela, kas ir atbildīga par skābekļa transportēšanu asinīs eritrocītos vai eritrocītos.

Augu šūnās šis elements ir arī dažu pigmentu, piemēram, hlorofila, daļa, kas ir svarīgi fotosintēzes procesiem. Tā ir daļa no citohroma molekulām, kas arī nepieciešama elpošanai.

Cinks

Zinātnieki domā, ka cinks bija viens no galvenajiem eikariotisko organismu parādīšanās elementiem pirms miljoniem gadu, jo daudzi no replikācijai paredzētajiem DNS saistošajiem proteīniem, kas veidoja “primitīvos eikariotus”, kā motīvu izmantoja cinku Savienība.

Šāda veida olbaltumvielu piemērs ir cinka pirksti, kas ir iesaistīti gēnu transkripcijā, olbaltumvielu translācijā, metabolismā un olbaltumvielu montāžā utt.

Kalcijs

Kalcijs ir viens no visbagātākajiem minerāliem uz planētas Zeme; lielākajā daļā dzīvnieku tas veido zobus un kaulus kalcija hidroksifosfāta formā. Šis elements ir būtisks muskuļu kontrakcijai, nervu impulsu pārnešanai un asins recēšanai.

Magnijs

Lielākais magnija īpatsvars dabā ir atrodams cietā veidā apvienojumā ar citiem elementiem, tas ir atrodams ne tikai brīvā stāvoklī. Magnijs ir kofaktors vairāk nekā 300 dažādām enzīmu sistēmām zīdītājiem.

Reakcijas, kurās tas piedalās, svārstās no olbaltumvielu sintēzes, muskuļu mobilitātes un nervu funkcijas līdz glikozes līmeņa asinīs un asinsspiediena regulēšanai. Magnijs ir nepieciešams dzīvu organismu enerģijas ražošanai, oksidējošai fosforilēšanai un glikolīzei.

Tas arī veicina kaulu attīstību un ir nepieciešams, piemēram, DNS, RNS, glutationa sintēzei.

Nātrijs un kālijs

Tie ir divi ļoti bagātīgi joni šūnu iekšpusē, un to iekšējās un ārējās koncentrācijas variācijas, kā arī to transportēšana ir daudzu fizioloģisko procesu noteicošie faktori.

Kālijs ir visizplatītākais intracelulārais katjons, tas uztur šķidruma daudzumu šūnas iekšpusē un transmembrānos elektroķīmiskos gradientus.

Gan nātrijs, gan kālijs aktīvi piedalās nervu impulsu pārraidē, jo tos pārvadā ar nātrija-kālija sūkni. Nātrijs piedalās arī muskuļu kontrakcijās un barības vielu absorbcijā caur šūnu membrānu.

Pārējie sekundārie bioelementi: molibdēns (Mo), fluors (F), hlors (Cl), jods (I) un varš (Cu) spēlē svarīgu lomu daudzās fizioloģiskās reakcijās. Tomēr tie ir nepieciešami daudz mazākā proporcijā nekā seši elementi, kas izskaidroti iepriekš.

Atsauces

1. Egami, F. (1974). Nelieli elementi un evolūcija. Žurnāls par molekulāro evolūciju, 4 (2), 113–120.
2. Haks, IW (1919). Bioelementi; Dzīves ķīmiskie elementi. Žurnāls par vispārējo fizioloģiju, 1 (4), 429. lpp
3. Kaim, W., & Rall, J. (1996). Varš - "moderns" bioelements. Angewandte Chemie International Edition angļu valodā, 35 (1), 43-60.
4. Nacionālie veselības institūti. (2016). Magnijs: faktu lapa veselības aprūpes speciālistiem. Pašreizējā versija, 27.
5. Peñuelas, J., Fernández-Martínez, M., Ciais, P., Jou, D., Piao, S., Obersteiner, M.,… & Sardans, J. (2019). Bioelementi, elementoms un bioģeoķīmiskā niša. Ekoloģija, 100 (5), e02652
6. Skalny, AV (2014). Bioelementi un bioelementoloģija farmakoloģijā un uzturā: fundamentālie un praktiskie aspekti. Farmakoloģijā un uztura intervencē slimības ārstēšanā. IntechOpen.
7. Solioz, M. (2018). Varš - mūsdienu bioelements. Varā un baktērijās (1.-9. Lpp.). Springer, Cham.
8. Pasaules Veselības organizācija. (2015). Faktu lapa: Sāls.