БИОЕЛЕМЕНТИ: КЛАСИФИКАЦИЈА (ПРИМАРНИ И СЕКУНДАРНИ) - БИОЛОГИЈА - 2025

" Биоелемент " је термин који се користи за означавање главних хемијских елемената који чине жива бића. У неким класификацијама они се деле на примарне и секундарне елементе.

Од 87 познатих хемијских елемената, само 34 чине органске материје, а за 17 од тих 34 познато је да су заиста неопходни за живот. Поред тога, од ових 17 основних елемената, пет чине више од 90% материје која сачињава живе организме.

Наведена је и периодична табела елемената, примарних и секундарних биоелемената (Извор: Алејандро Порто виа Викимедиа Цоммонс)

Шест главних елемената у органској материји су водоник (Х, 59%), кисеоник (О, 24%), угљеник (Ц, 11%), азот (Н, 4%), фосфор (П, 1%) и сумпора (С, 0,1 до 1%).

Ови проценти одражавају број атома сваког елемента у односу на укупан број атома који чине живе ћелије и то су они који су познати као "примарни биоелементи".

Секундарни биоелементи се налазе у много мањем удјелу и то су калијум (К), магнезијум (Мг), гвожђе (Фе), калцијум (Ца), молибден (Мо), флуор (Ф), хлор ( Цл), натријум (На), јод (И), бакар (Цу) и цинк (Зн).

Секундарни елементи су обично кофактори у каталитичким реакцијама и учествују у многим биохемијским и физиолошким процесима својственим ћелијама организама.

Примарни биоелементи

Атоми угљеника, водоника и кисеоника су структурна база молекула који чине органску материју, у међувремену азот, фосфор и сумпор узајамно делују са различитим биомолекулама да изазову хемијске реакције.

Водоник

Водоник је хемијски елемент који постоји у гасовитом облику на собној температури (25 ° Ц), може постојати у чврстом или течном стању на собној температури када се веже на друге молекуле.

Сматра се да су атоми водоника међу првим атомима који чине рани универзум. Теорије којима се руководи предлажу да се протони садржани у језгру атома водоника почну повезивати са електронима других елемената да би формирали сложеније молекуле.

Водоник се хемијски може комбиновати са готово било којим другим елементом да би формирао молекуле, међу којима су вода, угљени хидрати, угљоводоници итд.

Овај елемент је одговоран за стварање веза познатих као "водоничне везе", једно од најважнијих слабих интеракција биомолекула и главну силу одговорну за одржавање тродимензионалних структура протеина и нуклеинских киселина.

Царбон

Угљен формира језгро многих биомолекула. Његови атоми могу се компатибилно комбиновати са четири друга атома различитих хемијских елемената, а такође и сами са собом да би створили структуру високо сложених молекула.

Угљен, заједно са водоником, је један од хемијских елемената који могу да формирају највећи број различитих хемијских једињења. Толико да све материје и једињења класификована као „органска“ садрже атоме угљеника у својој главној структури.

Општа структура аминокиселине (Извор: Корисник: Ппфк виа Викимедиа Цоммонс)

Међу главним молекулима угљеника живих бића су угљени хидрати (шећери или сахариди), протеини и њихове аминокиселине, нуклеинске киселине (ДНК и РНК), липиди и масне киселине, између осталог.

Кисеоник

Кисеоник је гасовит елемент и најзаступљенији је у целој земљиној кори. Присутан је у многим органским и анорганским састојцима и формира једињења са готово свим хемијским елементима.

Одговорна је за оксидацију хемијских једињења и сагоревање, који су такође различити облици оксидације. Кисеоник је веома електронегативан елемент, део је молекула воде и учествује у процесу дисања великог дела живих бића.

Реактивне врсте кисеоника одговорне су за оксидативни стрес унутар ћелија. Веома је уобичајено посматрати оштећења која макромолекуле у ћелији узрокују оксидативна једињења, јер они уравнотежују редуктивну унутрашњост ћелија.

Азот

Азот је такође претежно гасовит, чини око 78% Земљине атмосфере. Важан је елемент у исхрани биљака и животиња.

У животиња је азот основни део аминокиселина које су, с друге стране, грађевни блокови протеина. Протеини структуирају ткива и многа од њих имају неопходну ензиматску активност да убрзају многе виталне реакције ћелија.

Азот је основни део азотних база које чине нуклеинске киселине као што су ДНК и РНА (Извор: Датотека: Разлика ДНК РНА-ДЕ.свг: Спонк / * превод: Спонк преко Викимедиа Цоммонс)

Азот је присутан у азотним базама ДНК и РНК, есенцијалним молекулама за пренос генетских информација од родитеља до потомства и за правилно функционисање живих организама као ћелијских система.

Утакмица

Најбројнији облик овог елемента у природи су чврсти фосфати у плодним тлима, рекама и језерима. Важан је елемент за функционисање животиња и биљака, али и бактерија, гљивица, протозоја и свих живих бића.

Код животиња се фосфор налази у свим костима у облику калцијум-фосфата.

Фосфор је неопходан за живот, јер је такође елемент који је део ДНК, РНК, АТП-а и фосфолипида (основних састојака ћелијских мембрана).

Овај биоелемент је увек укључен у реакције преноса енергије, јер формира једињења са врло енергетским везама, чија се хидролиза користи за померање различитих ћелијских система.

Сумпор

Сумпор се обично налази у облику сулфида и сулфата. Нарочито је богат у вулканским областима и присутан је у аминокиселинским остацима цистеина и метионина.

У протеинима, сумпорни атоми цистеина формирају веома снажну интра- или интермолекуларну интеракцију познату као „дисулфидни мост“, који је неопходан за формирање секундарне, терцијарне и кватернарне структуре ћелијских протеина.

Коензим А, метаболички интермедијар са широким распоном функција, има атом сумпора у својој структури.

Овај елемент је такође битан у структури многих ензимских кофактора који учествују у различитим важним метаболичким путевима.

Секундарни биоелементи

Као што је горе споменуто, секундарни биоелементи су они који се налазе у мањем удјелу од примарних, а најважнији су калијум, магнезијум, гвожђе, калцијум, натријум и цинк.

Секундарни биоелементи или елементи у траговима учествују у многим физиолошким процесима биљака, у фотосинтези, дисању, у ћелијској јонској равнотежи вакуола и хлоропласта, у транспорту угљених хидрата до флоема итд.

То важи и за животиње и друге организме, где су ови елементи, мање или мање употребљиви, и мање обилни, део многих кофактора неопходних за функционисање целокупне ћелијске машинерије.

Гвожђе

Гвожђе је један од најважнијих секундарних биоелемената, јер има функцију у више енергетских појава. Веома је важно у реакцијама редукције природних оксида.

На пример, код сисара је гвожђе есенцијални део хемоглобина, протеина који је одговоран за транспорт кисеоника у крви унутар еритроцита или црвених крвних зрнаца.

У биљним ћелијама овај елемент је такође део неких пигмената, као што је хлорофил, неопходан за фотосинтетске процесе. Оно је део молекула цитокрома, такође неопходног за дисање.

Цинк

Научници сматрају да је цинк био један од кључних елемената у појави еукариотских организама пре више милиона година, јер су многи протеини који се вежу за ДНК за умножавање који су чинили "примитивне еукариоте" користили цинк као мотив уније.

Пример ове врсте протеина су цинкови прсти који су укључени у транскрипцију гена, превођење протеина, метаболизам и састављање протеина итд.

Калцијум

Калцијум је један од најбогатијих минерала на планети Земљи; код већине животиња чине зубе и кости у облику калцијум хидроксифосфата. Овај елемент је неопходан за контракцију мишића, пренос нервних импулса и згрушавање крви.

Магнезијум

Највећи удио магнезијума у ​​природи налази се у чврстом облику у комбинацији са другим елементима, а он се не налази само у слободном стању. Магнезијум је кофактор за више од 300 различитих ензимских система код сисара.

Реакције у којима учествује крећу се од синтезе протеина, покретљивости мишића и нервних функција, до регулације нивоа глукозе у крви и крвног притиска. Магнезијум је неопходан за производњу енергије у живим организмима, за оксидативну фосфорилацију и гликолизу.

Такође доприноси развоју костију и неопходан је за синтезу ДНК, РНК, глутатиона, између осталог.

Натријум и калијум

То су два врло обилна јона у унутрашњости ћелије, а варијације у њиховој унутрашњој и спољашњој концентрацији, као и њихов транспорт, су одлучујући фактори многих физиолошких процеса.

Калијум је најзаступљенији унутарћелијски катион, он одржава волумен течности унутар ћелије и трансхембрански електрохемијски градијент.

И натријум и калијум активно учествују у преносу нервних импулса, јер их превози натријум-калијум пумпа. Натријум такође учествује у контракцији мишића и у апсорпцији хранљивих материја кроз ћелијску мембрану.

Остали секундарни биоелементи: молибден (Мо), флуор (Ф), хлор (Цл), јод (И) и бакар (Цу) играју важну улогу у многим физиолошким реакцијама. Међутим, потребни су у много мањем пропорцији од горе наведених шест елемената.

Референце

1. Егами, Ф. (1974). Мањи елементи и еволуција. Часопис за молекуларну еволуцију, 4 (2), 113-120.
2. Хацкх, ИВ (1919). Биоелементи; Хемијски елементи живе материје. Часопис за општу физиологију, 1 (4), 429
3. Каим, В., Ралл, Ј. (1996). Бакар "модерни" биоелемент. Ангевандте Цхемие Интернатионал Едитион на енглеском језику, 35 (1), 43-60.
4. Национални институти здравља. (2016). Магнезијум: информативни лист за здравствене раднике. Тренутна верзија, 27.
5. Пенуелас, Ј., Фернандез-Мартинез, М., Циаис, П., Јоу, Д., Пиао, С., Оберстеинер, М.,… и Сарданс, Ј. (2019). Биоелементи, елементоме и биогеохемијска ниша. Ецологи, 100 (5), е02652
6. Скални, АВ (2014). Биоелементи и биоелементологија у фармакологији и исхрани: основни и практични аспекти. У фармакологији и прехрамбеним интервенцијама у лечењу болести. ИнтецхОпен.
7. Солиоз, М. (2018). Бакар - савремени биоелемент. У бакру и бактерији (стр. 1-9). Спрингер, Цхам.
8. Светска здравствена организација. (2015). Лист са подацима: Со.