BIOELEMENTIT: LUOKITTELU (ENSISIJAINEN JA TOISSIJAINEN) - BIOLOGIA

" Bioelementti " on termi, jota käytetään viittaamaan tärkeimpiin kemiallisiin alkuaineisiin, jotka muodostavat eläviä olentoja. Joissakin luokituksissa nämä on jaettu ensisijaisiin ja toissijaisiin elementteihin.

87 tunnetusta kemiallisesta alkuaineesta vain 34 muodostavat orgaanisen aineen, ja näistä 34: stä 17: n tiedetään olevan todella välttämättömiä elämälle. Lisäksi näistä 17 välttämättömästä aineesta viisi muodostaa yli 90% aineesta, joka muodostaa elävät organismit.

Elementtien jaksollinen taulukko, primaariset ja toissijaiset bioelementit on myös merkitty (Lähde: Alejandro Porto Wikimedia Commonsin kautta)

Kuusi orgaanisen aineen pääelementtiä ovat vety (H, 59%), happi (O, 24%), hiili (C, 11%), typpi (N, 4%), fosfori (P, 1%) ja rikki (S, 0,1 - 1%).

Nämä prosenttimäärät heijastavat kunkin elementin atomien lukumäärää suhteessa atomien kokonaismäärään, jotka muodostavat eläviä soluja, ja nämä ovat ns. Primaarisia bioelementtejä.

Toissijaisia bioelementtejä löytyy paljon pienemmästä osuudesta ja ne ovat kalium (K), magnesium (Mg), rauta (Fe), kalsium (Ca), molybdeeni (Mo), fluori (F), kloori (Cl), natrium (Na), jodi (I), kupari (Cu) ja sinkki (Zn).

Toissijaiset elementit ovat yleensä kofaktoreita katalyyttisissä reaktioissa ja osallistuvat moniin organismisolujen luontaisiin biokemiallisiin ja fysiologisiin prosesseihin.

Primaariset bioelementit

Hiili-, vety- ja happiatomit ovat orgaanisten aineiden muodostavien molekyylien rakennepohja, kun taas typpi, fosfori ja rikki ovat vuorovaikutuksessa erilaisten biomolekyylien kanssa aiheuttaen kemiallisia reaktioita.

Vety

Vety on kemiallinen alkuaine, joka esiintyy kaasumuodossa huoneenlämpötilassa (25ºC). Se voi esiintyä vain kiinteässä tai nestemäisessä tilassa huoneenlämpötilassa, kun se on sitoutunut muihin molekyyleihin.

Vetyatomien ajatellaan olevan ensimmäisten atomien joukossa, jotka muodostavat varhaisen maailmankaikkeuden. Käsiteltävät teoriat viittaavat siihen, että vetyatomien ytimessä olevat protonit alkoivat liittyä muiden elementtien elektroniin monimutkaisempien molekyylien muodostamiseksi.

Vety voi yhdistyä kemiallisesti melkein minkä tahansa muun alkuaineen kanssa muodostaen molekyylejä, joihin kuuluvat vesi, hiilihydraatit, hiilivedyt jne.

Tämä elementti vastaa sellaisten sidosten muodostumisesta, joita kutsutaan ”vety sidoksiksi”, joka on yksi biomolekyylien tärkeimmistä heikoista vuorovaikutuksista ja päävoima, joka vastaa proteiinien ja nukleiinihappojen kolmiulotteisten rakenteiden ylläpidosta.

hiili

Hiili muodostaa monien biomolekyylien ytimen. Sen atomit voivat yhdistyä kovalenttisesti neljän muun atomin kanssa, joilla on erilaisia kemiallisia alkuaineita, ja myös itsensä kanssa muodostaen erittäin monimutkaisten molekyylien rakenteen.

Hiili yhdessä vedyn kanssa on yksi kemiallisista alkuaineista, jotka voivat muodostaa suurimman määrän erilaisia kemiallisia yhdisteitä. Niin paljon, että kaikki "orgaanisiksi" luokitelut aineet ja yhdisteet sisältävät päärakenteessaan hiiliatomeja.

Aminohapon yleinen rakenne (Lähde: Käyttäjä: Ppfk Wikimedia Commonsin kautta)

Elävien olentojen tärkeimpiä hiilimolekyylejä ovat mm. Hiilihydraatit (sokerit tai sakkaridit), proteiinit ja niiden aminohapot, nukleiinihapot (DNA ja RNA), lipidit ja rasvahapot.

Happi

Happi on kaasumainen alkuaine ja sitä on runsaimmin koko maankuoressa. Sitä on läsnä monissa orgaanisissa ja epäorgaanisissa komponenteissa ja muodostaa yhdisteitä melkein kaikkien kemiallisten alkuaineiden kanssa.

Se vastaa kemiallisten yhdisteiden hapetuksesta ja palamisesta, jotka ovat myös erilaisia hapettumisen muotoja. Happi on erittäin sähköä negatiivinen alkuaine, se on osa vesimolekyyliä ja osallistuu suuren osan elävien olentojen hengitysprosessiin.

Reaktiiviset happilajit ovat vastuussa solujen sisällä olevasta hapettumisstressistä. On hyvin yleistä havaita hapettuneiden yhdisteiden aiheuttamat vauriot solun sisällä oleville makromolekyyleille, koska nämä epätasapainottavat solujen pelkistävää sisustusta.

typpi

Typpi on myös pääasiassa kaasumaista, mikä muodostaa noin 78% maan ilmakehästä. Se on tärkeä osa kasvien ja eläinten ravitsemusta.

Eläimissä typpi on olennainen osa aminohappoja, jotka puolestaan ovat proteiinien rakennuspalikoita. Proteiinien rakenne kudokset ja monilla niistä on tarvittava entsymaattinen aktiivisuus monien soluille elintärkeiden reaktioiden nopeuttamiseksi.

Typpi on olennainen osa typpipohjaisista emäksistä, jotka muodostavat nukleiinihappoja, kuten DNA: ta ja RNA: ta (Lähde: Tiedosto: Erotus DNA RNA-DE.svg: Sponk / * käännös: Sponk Wikimedia Commonsin kautta)

Typpeä on läsnä DNA: n ja RNA: n typpipohjaisissa emäksissä, jotka ovat välttämättömiä geneettisen tiedon siirtämiseksi vanhemmilta jälkeläisille ja elävien organismien moitteettoman toiminnan kannalta solujärjestelmänä.

Ottelu

Tämän elementin runsas muoto luonnossa on kiinteitä fosfaatteja hedelmällisessä maaperässä, joissa ja järvissä. Se on tärkeä elementti eläinten ja kasvien, mutta myös bakteerien, sienten, alkueläinten ja kaikkien elävien olentojen toiminnassa.

Eläimissä fosforia löytyy runsaasti kaikista luista kalsiumfosfaatin muodossa.

Fosfori on välttämätöntä elämälle, koska se on myös osa DNA: ta, RNA: ta, ATP: tä ja fosfolipidejä (solukalvojen peruskomponentit).

Tämä bioelementti on aina mukana energiansiirtoreaktioissa, koska se muodostaa yhdisteitä, joilla on erittäin energeettiset sidokset, joiden hydrolyysin avulla siirretään erilaisia solusysteemejä.

Rikki

Rikkiä esiintyy yleisesti sulfidien ja sulfaattien muodossa. Sitä on erityisen runsaasti vulkaanisilla alueilla ja sitä esiintyy kysteiinin ja metioniinin aminohappotähteissä.

Proteiineissa kysteiinin rikkiatomit muodostavat erittäin vahvan molekyylien sisäisen tai molekyylien välisen vuorovaikutuksen, joka tunnetaan nimellä “disulfidisilta”, mikä on välttämätöntä soluproteiinien sekundaarisen, tertiäärisen ja kvaternäärisen rakenteen muodostamiseksi.

Koentsyymi A: lla, metabolisella välituotteella, jolla on monenlaisia toimintoja, on rikkiatomi rakenteessaan.

Tämä elementti on myös perusta monien entsymaattisten kofaktorien rakenteessa, jotka osallistuvat erilaisille tärkeille aineenvaihduntareiteille.

Toissijaiset bioelementit

Kuten edellä mainittiin, sekundaarisia bioelementtejä ovat ne, joita on löydetty pienemmässä suhteessa kuin primaarisia, ja tärkeimmät ovat kalium, magnesium, rauta, kalsium, natrium ja sinkki.

Toissijaiset bioelementit tai hivenaineet ovat mukana monissa kasvien fysiologisissa prosesseissa, fotosynteesissä, hengityksessä, vakuolien ja kloroplastien solujen ionitasapainossa, hiilihydraattien kuljetuksessa filemiin jne.

Tämä pätee myös eläimiin ja muihin organismeihin, joissa nämä alkuaineet, enemmän tai vähemmän välttämättömät ja vähemmän runsaat, ovat osa monista kofaktoreista, joita tarvitaan koko solukoneiston toimintaan.

Rauta

Rauta on yksi tärkeimmistä sekundaarisista bioelementeistä, koska sillä on toimintoja useissa energiailmiöissä. Se on erittäin tärkeä luonnollisissa oksidien pelkistysreaktioissa.

Esimerkiksi nisäkkäissä rauta on olennainen osa hemoglobiinia, proteiinia, joka vastaa hapen kuljettamisesta veressä punasolujen tai punasolujen sisällä.

Kasvisoluissa tämä elementti on myös osa joistakin pigmenteistä, kuten klorofyllistä, jotka ovat välttämättömiä fotosynteettisiin prosesseihin. Se on osa sytokromimolekyyleistä, välttämätöntä myös hengitykselle.

Sinkki

Tutkijoiden mielestä sinkki oli yksi avaintekijöistä eukaryoottisten organismien esiintymisessä miljoonia vuosia sitten, koska monet "alkeellisten eukaryootien" muodostavista DNA: ta sitovista proteiineista käyttivät sinkkiä motiivina Unionin.

Esimerkki tämän tyyppisistä proteiineista on sinkkisormit, jotka osallistuvat geenien transkriptioon, proteiinien translaatioon, metaboliaan ja proteiinien kokoonpanoon jne.

kalsium

Kalsium on yksi runsaimmista mineraaleista maapallolla; useimmissa eläimissä se muodostaa hampaita ja luita kalsiumhydroksifosfaatin muodossa. Tämä elementti on välttämätön lihaksen supistumisen, hermoimpulssien siirtämisen ja veren hyytymisen kannalta.

Magnesium

Luonnossa on suurin magnesiumin osuus kiinteässä muodossa yhdistettynä muihin alkuaineisiin, sitä ei löydy vain vapaassa tilassa. Magnesium on kofaktori yli 300 erilaiselle nisäkkäiden entsyymijärjestelmälle.

Reaktiot, joissa se osallistuu, vaihtelevat proteiinisynteesistä, lihasten liikkuvuudesta ja hermojen toiminnasta verensokerin ja verenpaineen säätelyyn. Magnesium on välttämätöntä elävien organismien energian tuottamiseksi, oksidatiiviselle fosforyloitumiselle ja glykolysille.

Se myötävaikuttaa myös luiden kehitykseen ja on tarpeen muun muassa DNA: n, RNA: n, glutationin synteesiin.

Natrium ja kalium

Ne ovat kaksi erittäin runsasta solua solussa, ja niiden sisäisten ja ulkoisten pitoisuuksien vaihtelut, samoin kuin niiden kuljetus, ovat ratkaisevia monissa fysiologisissa prosesseissa.

Kalium on yleisin solunsisäinen kationi, se ylläpitää nestetilavuutta solun sisällä ja kalvon läpäiseviä sähkökemiallisia gradienteja.

Sekä natrium että kalium osallistuvat aktiivisesti hermoimpulssien välitykseen, koska niitä kuljettaa natrium-kaliumpumppu. Natrium osallistuu myös lihasten supistumiseen ja ravintoaineiden imeytymiseen solukalvon läpi.

Muilla sekundaarisilla bioelementeillä: molybdeenillä (Mo), fluorilla (F), kloorilla (Cl), jodilla (I) ja kuparilla (Cu) on tärkeä rooli monissa fysiologisissa reaktioissa. Niitä tarvitaan kuitenkin paljon pienemmässä osassa kuin kuusi edellä selitettyä tekijää.

Viitteet

Egami, F. (1974). Pienet elementit ja kehitys. Journal of molecular evolution, 4 (2), 113 - 120.
Hackh, IW (1919). Bioelements; Elävien aineiden kemialliset alkuaineet. The Journal of yleinen fysiologia, 1 (4), 429
Kaim, W., ja Rall, J. (1996). Kupari - "moderni" bioelementti. Angewandte Chemie International Edition englanniksi, 35 (1), 43-60.
Kansalliset terveyslaitokset. (2016). Magnesium: tiedotuslehti terveydenhuollon ammattilaisille. Versio nykyinen, 27.
Peñuelas, J., Fernández - Martínez, M., Ciais, P., Jou, D., Piao, S., Obersteiner, M.,… & Sardans, J. (2019). Bioelementit, elementomi ja biogeokemiallinen markkinarako. Ecology, 100 (5), e02652
Skalny, AV (2014). Bioelementit ja bioelementologia farmakologiassa ja ravitsemuksessa: perustavat ja käytännön näkökohdat. Farmakologiassa ja ravitsemuksellisissa interventioissa sairauksien hoidossa. IntechOpen.
Solioz, M. (2018). Kupari - moderni bioelementti. Kuparissa ja bakteereissa (s. 1-9). Springer, Cham.
Maailman terveysjärjestö. (2015). Tietosivu: Suola.

BIOELEMENTIT: LUOKITTELU (ENSISIJAINEN JA TOISSIJAINEN) - BIOLOGIA - 2026