Classificatie Bio-elementen (primair en secundair)

de bioelementos of biogene elementen (bio = leven, genetica = begin) zijn die chemische elementen die de materie van levende wezens vormen.

Er zijn ongeveer 70 van deze elementen, die in verschillende verhoudingen verschillen en niet alle aanwezig zijn in alle levende wezens (Bioelements, 2009).

Alle materie in het heelal komt voor in de vorm van atomen van een klein aantal elementen. Er zijn 92 natuurlijke chemische elementen in het universum.

Vanuit ons aardse perspectief is het moeilijk om levensvormen te bedenken waarin de elementen waterstof, koolstof, zuurstof, stikstof, zwavel en fosfor geen overheersende rol spelen (CHEMISTRY BIOGENIC ELEMENTS., S.F.).

Het feit dat ze deze rol echt overal in het universum spelen, lijkt zeer waarschijnlijk, deels omdat ze (afgezien van fosfor) de meest voorkomende elementen in de hele kosmos zijn en ook in aanzienlijke hoeveelheden worden geproduceerd tussen de bouwstenen van de aardse planeten..

Bovendien is de chemie ervan bijzonder geschikt voor de ontwikkeling van complexe structuren en functies die kenmerkend zijn voor levende systemen.

Omdat de zon en de planeten slechts 4,6 miljard jaar geleden werden gevormd in een universum waarvan de leeftijd misschien 15 miljard jaar oud is, is het duidelijk dat deze 'biogene elementen' een lange en complexe chemische geschiedenis hebben meegemaakt voordat ze het universum zijn binnengegaan. terrestrische biochemie.

Op dit moment is niet bekend of deze voorgeschiedenis een directe rol speelde in de oorsprong van het leven op aarde.

Wat wel duidelijk is, is dat astrochemie grotendeels de chemie is van biogene elementen en dat het begrijpen van de aard en evolutie van chemische complexiteit in het universum cruciaal is om zowel de vroege chemische toestand van ons eigen zonnestelsel te begrijpen, en de frequentie waarmee gerelateerde aandoeningen bestaan ​​in andere delen van onze melkweg en andere sterrenstelsels (National Research Council (US) Committee on Planetary Biology and Chemical Evolution., 1990).

Classificatie van bio-elementen

Volgens hun hoeveelheid in de samenstelling van biomoleculen, worden de bio-elementen geclassificeerd als primaire, secundaire en sporenelementen (Rastogi, 2003).

1- Primaire bio-elementen

De primaire bio-elementen zijn die in grotere hoeveelheden (ongeveer 96% van de levende materie) en die de meeste organische biomoleculen vormen (koolhydraten, lipiden, eiwitten en nucleïnezuren).

Deze elementen worden gekenmerkt door het feit dat ze licht (laag atoomgewicht) en overvloedig zijn. De primaire bio-elementen zijn koolstof, waterstof, zuurstof, stikstof, fosfor en zwavel.

Koolstof (C)

Het is het belangrijkste bioelement dat biomoleculen vormt. Het heeft de mogelijkheid om te assembleren tot grote koolstof-koolstofketens door middel van enkele, dubbele of drievoudige bindingen, evenals cyclische structuren.

Het kan een verscheidenheid aan functionele groepen bevatten, zoals zuurstof, hydroxide, fosfaat, amino, nitro enz., Wat resulteert in een enorme verscheidenheid aan verschillende moleculen.

Het koolstofatoom is waarschijnlijk een van de belangrijkste bio-elementen omdat alle biomoleculen koolstof bevatten. Je kunt bijvoorbeeld lipiden vinden zonder fosfor of stikstof (bijvoorbeeld cholesterol), maar er zijn geen biomoleculen zonder koolstof.

Waterstof (H)

Het is een van de componenten van het watermolecuul, dat essentieel is voor het leven, en maakt deel uit van de koolstofskeletten van organische moleculen.

Hoe meer waterstofmoleculen een biomolecuul heeft, hoe meer het zal worden verminderd en hoe groter het vermogen om te oxideren en meer energie te produceren.

Vetzuren hebben bijvoorbeeld meer elektronen dan koolhydraten, dus ze hebben het vermogen om meer energie te produceren door ze af te breken.

Zuurstof (o)

Het is het andere element dat de watermolecule vormt. Het is een zeer elektronegatief element dat een grotere productie van energie mogelijk maakt door aerobe ademhaling.

Bovendien zijn de polaire bindingen met waterstof, wat resulteert in wateroplosbare polaire radicalen.

Stikstof (n)

Element dat aanwezig is in alle aminozuren. Door stikstof hebben aminozuren het vermogen om een ​​peptidebinding te vormen om eiwitten te produceren.

Dit bio-element wordt ook gevonden in de stikstofhoudende basen van nucleïnezuren. Het wordt geëlimineerd door het organisme in de vorm van ureum.

Een van de eerste biomoleculen die werd gevormd, was de ATP, vanwege de overvloed aan stikstof in de atmosfeer van de aarde. Stikstof is onderdeel van de adenosine van de ATP.

fosfor (P)

Groep wordt voornamelijk gevonden als fosfaat (PO₄^3-) dat deel uitmaakt van de nucleotiden. Vorm energierijke koppelingen die gemakkelijk delen toestaan ​​(ATP).

Het is ook belangrijk in de structuur van DNA omdat het een fofodiester-koppeling vormt met de nucleotiden om dit molecuul te vormen.

Zwavel (S)

Bioelement vond voornamelijk als sulfhydryl- (-SH) groep die deel uitmaakt van aminozuren zoals cysteïne, waarbij disulfidebindingen zijn essentieel voor stabiliteit in de tertiaire en quaternaire structuur van eiwitten vormt.

Het wordt ook gevonden in co-enzym A, essentieel voor verschillende universele metabole routes, zoals de Krebs-cyclus (Llull, S.F.). Het is het zwaarste primaire bio-element dat bestaat, omdat het atoomgewicht 36 g / mol is.

2- Secundaire bio-elementen

Dit soort elementen is ook aanwezig in alle levende wezens, maar niet in dezelfde hoeveelheden als de primaire elementen.

Geen biomoleculen vorm, maar die op celconcentratie gradiënten, diëlektrische signalering neuronen en neurotransmitters, stabiliseren geladen biomoleculen zoals ATP en een deel van het botweefsel.

Deze bio-elementen zijn calcium (Ca), natrium (Na), kalium (K), magnesium (Mg) en chloor (Cl). De meest voorkomende zijn natrium, kalium, magnesium en calcium.

Calcium (Ca)

Calcium is essentieel voor levende wezens, omdat planten calcium nodig hebben om celwanden te bouwen.

Het maakt deel uit van het gewervelde botweefsel in de vorm van hydroxyapatiet (Ca3 (P04) 2) 2, Ca (OH) 2 en de fixatie ervan is gerelateerd aan de consumptie van vitamine D en zonlicht. Het calcium dat aanwezig is in ionische vorm, dient als een belangrijke regulator van processen in het cellulaire cytoplasma.

Calcium beïnvloedt de neuromusculaire prikkelbaarheid van de spier (samen met K-, Na- en Mg-ionen en neemt deel aan spiercontractie). Hypocalciëmie leidt tot koliek-tetanie. Het neemt ook deel aan de regulatie van glycogeensynthese in nier-, lever- en skeletspieren.

Calcium verlaagt de doorlaatbaarheid van het celmembraan en de capillaire wand, wat resulteert in zijn ontstekingsremmende, antiexudatieve en antiallergische effecten. Het is ook noodzakelijk voor de bloedstolling.

Calciumionen zijn belangrijke intracellulaire boodschappers, die de secretie van insuline in de bloedsomloop en de secretie van spijsverteringsenzymen in de dunne darm beïnvloeden.

Calcium reabsorptie wordt beïnvloed door de onderlinge verhouding van calcium tot fosfaat in de darminhoud, en de aanwezigheid van cholecalciferol, waarvan de actieve reabsorptie van calcium en fosfor regelt.

De uitwisseling van calcium en fosfaten wordt hormonaal gereguleerd met het paratoïde hormoon en calcitonine. Paratoid hormoon geeft calcium vrij uit de botten in het bloed.

Calcitonine bevordert de afzetting van calcium in de botten, waardoor de bloedspiegels dalen.

Magnesium (Mg)

Magnesium is een secundair bio-element dat deel uitmaakt van biomoleculen, omdat het een co-factor van chlorofyl is. Magnesium is een typisch intracellulair kation en is een essentieel onderdeel van lichaamsweefsels en -vloeistoffen.

Het is aanwezig in het skelet (70%) en in de spieren van dieren en behoort tot de functies ervan om de negatieve lading van de fosfaten van het ATP-molecuul te stabiliseren.

Natrium (Na)

Het is een belangrijk extracellulair kation, het neemt deel aan de homeostase van het organisme. Beschermt het lichaam tegen overmatig waterverlies via natriumkanalen en neemt deel aan de verspreiding van nerveuze opwinding.

Kalium (K)

Het neemt deel aan de homeostase van het organisme en aan de verspreiding van nerveuze opwinding door kaliumkanalen. Kaliumgebrek kan leiden tot hartstilstand.

Chloor (Cl)

Een halogeen uit groep VII van het periodiek systeem. Het is aanwezig in het organisme van levende wezens hoofdzakelijk als chloride-ion dat de positieve lading van metaalionen stabiliseert (Biogenic elements, S.F.).

3- Elementen in sporen

Ze zijn aanwezig in sommige levende wezens. Veel van deze sporenelementen werken als co-factoren in de enzymen.

Spoorelementen boor (B), broom (Br), koper (Cu), fluor (F), mangaan (Mn), silicium (Si), ijzer (Fe), jood (I), etc..

Aandeel bio-elementen

Er is een verschil in de proportie van de bio-elementen in organismen en in de atmosfeer, de hydrosfeer of de aardkorst, die indicatief is voor een selectie van meer geschikte elementen om structuren te vormen en specifieke functies boven abundantie uit te voeren.

Koolstof is bijvoorbeeld ongeveer 20% van het gewicht aan organismen, maar de concentratie ervan in de vorm van koolstofdioxide is laag. Aan de andere kant vormt stikstof bijna 80% van de atmosfeer van de aarde, maar slechts 3,3% van de stikstof vormt het menselijk lichaam.

De volgende tabel toont het aandeel van sommige bio-elementen in levende organismen in vergelijking met de rest van de aarde (Bioelements, s.f.):

Tabel 1: overvloed van de bio-elementen in het universum, op de aarde en in het menselijk lichaam.

biomoleculen

De bio-elementen combineren met elkaar en kunnen duizenden verschillende moleculen vormen. Biomoleculen zijn betrokken bij de samenstelling van cellen.

Deze kunnen worden ingedeeld in anorganisch (water en mineralen) en organisch (koolhydraten, lipiden, aminozuren en nucleïnezuren).

Biomoleculen staan ​​bekend als de structurele uitbarstingen van het leven, omdat het de stenen of basismallen zijn waarin complexere moleculen zijn samengesteld.

Aminozuren zijn bijvoorbeeld de structurele ashlars van eiwitten. De aminozuursequentie bepaalt de primaire structuur van een eiwit.

Moleculen zoals lipiden vormen het celmembraan en lobiomolen eenvoudige koolhydraten vormen complexe koolhydraten zoals het glycogeenmolecuul.

Er is ook het geval van stikstofhoudende basen, die, wanneer ze binden aan het ribose-koolhydraat of deoxyribose, de RNA- en DNA-moleculen vormen, waarvan de sequentie een kus is van de genetische code..

referenties

1. Bioelements. (2009, 14 december). Afkomstig van wikiteka: wikiteka.co.uk.
2. Bioelements. (N.D.). Afkomstig van cronodon: cronodon.com.
3. Biogene elementen. (S.F.). Afkomstig van chemlaba: chemlaba.wordpress.com.
4. BIOGENE ELEMENTEN VAN DE CHEMIE. (S.F.). Afkomstig van intranet.tdmu.edu.ua: intranet.tdmu.edu.ua.
5. Llull, R. (S.F.). De levende materiecomponenten. Genomen uit bioluliaes: bioluliaes.wordpress.com.
6. National Research Council (US) Committee on Planetary Biology and Chemical Evolution. (1990). De kosmische geschiedenis van de biogene elementen en verbindingen. in The Search for Life's Origins: Progress and Future Directions in Planetary Biology and Chemical Evolution. Washington DC: National Academies Press (VS).
7. Rastogi, V. B. (2003). Moderne biologie. Nieuwe Dehli: pitanbar-publicatie.