БИОЕЛЕМЕНТИ: КЛАСИФИКАЦИЯ (ПЪРВИЧНИ И ВТОРИЧНИ) - БИОЛОГИЯ - 2025

" Биоелемент " е термин, използван за обозначаване на основните химични елементи, които съставят живи същества. В някои класификации те се разделят на първични и вторични елементи.

От 87 известни химични елемента само 34 съставляват органична материя, а 17 от тези 34 са известни като наистина незаменими за живота. В допълнение, от тези 17 основни елемента, пет съставляват повече от 90% от материята, която представлява живи организми.

Посочена е и периодичната таблица на елементите, първичните и вторичните биоелементи (Източник: Алехандро Порто през Wikimedia Commons)

Шестте основни елемента в органичната материя са водород (Н, 59%), кислород (О, 24%), въглерод (С, 11%), азот (N, 4%), фосфор (P, 1%) и сяра (S, 0,1 до 1%).

Тези проценти отразяват броя на атомите на всеки елемент по отношение на общия брой атоми, които съставят живи клетки и това са тези, които са известни като "първични биоелементи".

Вторичните биоелементи се намират в много по-малка част и са калий (К), магнезий (Mg), желязо (Fe), калций (Са), молибден (Mo), флуор (F), хлор (Cl), натрий (Na), йод (I), мед (Cu) и цинк (Zn).

Вторичните елементи обикновено са кофактори в каталитични реакции и участват в много от биохимичните и физиологичните процеси, присъщи на клетките на организмите.

Първични биоелементи

Въглеродните, водородните и кислородните атоми са структурната основа на молекулите, които съставляват органични вещества, а междувременно азот, фосфор и сяра взаимодействат с различни биомолекули, за да провокират химични реакции.

водород

Водородът е химичен елемент, който съществува в газообразна форма при стайна температура (25ºC), той може да съществува в твърдо или течно състояние при стайна температура, когато е свързан с други молекули.

Счита се, че водородните атоми са сред първите атоми, които съставляват ранната Вселена. Теориите, които се обработват, предполагат, че протоните, съдържащи се в ядрото на водородните атоми, започват да се свързват с електроните на други елементи, за да образуват по-сложни молекули.

Водородът може да се комбинира химически с почти всеки друг елемент, за да образува молекули, сред които са вода, въглехидрати, въглеводороди и др.

Този елемент е отговорен за образуването на връзките, известни като "водородни връзки", едно от най-важните слаби взаимодействия за биомолекулите и основната сила, отговорна за поддържането на триизмерните структури на протеини и нуклеинови киселини.

въглероден

Въглеродът образува ядрото на много биомолекули. Атомите му могат да се комбинират ковалентно с четири други атома от различни химически елементи, а също и със себе си, за да образуват структурата на силно сложни молекули.

Въглеродът, заедно с водорода, е един от химичните елементи, които могат да образуват най-голям брой различни химични съединения. Дотолкова, че всички вещества и съединения, класифицирани като „органични“, съдържат въглеродни атоми в основната си структура.

Обща структура на аминокиселина (Източник: Потребител: Ppfk през Wikimedia Commons)

Сред основните въглеродни молекули на живите същества са въглехидрати (захари или захариди), протеини и техните аминокиселини, нуклеинови киселини (ДНК и РНК), липиди и мастни киселини, наред с други.

кислород

Кислородът е газообразен елемент и е най-изобилният в цялата земна кора. Той присъства в много органични и неорганични компоненти и образува съединения с почти всички химични елементи.

Той е отговорен за окисляването на химичните съединения и изгарянето, които също са различни форми на окисляване. Кислородът е много електроотрицателен елемент, той е част от водната молекула и участва в процеса на дишане на голяма част от живите същества.

Реактивните видове кислород са отговорни за оксидативния стрес вътре в клетките. Много често се наблюдават щетите, причинени от окислителните съединения на макромолекулите вътре в клетката, тъй като те дебалансират редуциращата вътрешност на клетките.

азот

Азотът също е предимно газообразен, което представлява около 78% от земната атмосфера. Той е важен елемент в храненето на растенията и животните.

При животните азотът е основна част от аминокиселините, които от своя страна са градивните елементи на протеините. Протеините структурират тъканите и много от тях имат необходимата ензимна активност, за да ускорят много от жизнените реакции на клетките.

Азотът е основна част от азотните основи, които изграждат нуклеинови киселини като ДНК и РНК (Източник: Файл: Разлика ДНК RNA-DE.svg: Спон / * превод: Спонкс през Wikimedia Commons)

Азотът присъства в азотните основи на ДНК и РНК, основни молекули за пренос на генетична информация от родители към потомство и за правилното функциониране на живите организми като клетъчни системи.

Съвпада

Най-изобилната форма на този елемент в природата е като твърди фосфати в плодородни почви, реки и езера. Той е важен елемент за функционирането на животни и растения, но също така и на бактерии, гъби, протозои и всички живи същества.

При животните фосфорът се намира в изобилие във всички кости под формата на калциев фосфат.

Фосфорът е от съществено значение за живота, тъй като той също е елемент, който е част от ДНК, РНК, АТФ и фосфолипиди (основни компоненти на клетъчните мембрани).

Този биоелемент винаги участва в реакции на пренос на енергия, тъй като образува съединения с много енергийни връзки, хидролизата на които се използва за придвижване на различни клетъчни системи.

сяра

Сярата обикновено се намира под формата на сулфиди и сулфати. Той е особено изобилен във вулканични области и присъства в аминокиселинните остатъци цистеин и метионин.

В протеините серните атоми на цистеина образуват много силно вътрешно или междумолекулно взаимодействие, известно като "дисулфиден мост", което е от съществено значение за формирането на вторичната, третичната и четвъртичната структура на клетъчните протеини.

Коензим А, метаболитен междинен продукт с голямо разнообразие от функции, има серен атом в своята структура.

Този елемент е основен и в структурата на много ензимни кофактори, които участват в различни важни метаболитни пътища.

Вторични биоелементи

Както беше споменато по-горе, вторичните биоелементи са тези, които се намират в по-ниска част от първичните, а най-важните са калий, магнезий, желязо, калций, натрий и цинк.

Вторичните биоелементи или микроелементи участват в много от физиологичните процеси на растенията, във фотосинтезата, дишането, в клетъчния йонен баланс на вакуола и хлоропласти, в транспортирането на въглехидрати до флоемата и др.

Това важи и за животни и други организми, където тези елементи, по-малко или по-малко обилни и по-малко обилни, са част от много кофактори, необходими за функционирането на цялата клетъчна машина.

Желязо

Желязото е един от най-важните вторични биоелементи, тъй като има функции при множество енергийни явления. Той е много важен при реакциите за намаляване на естествения оксид.

При бозайниците, например, желязото е основна част от хемоглобина, протеина, който е отговорен за транспортирането на кислород в кръвта в рамките на еритроцитите или червените кръвни клетки.

В растителните клетки този елемент също е част от някои пигменти като хлорофил, от съществено значение за фотосинтетичните процеси. Той е част от молекулите на цитохрома, също от съществено значение за дишането.

цинк

Учените смятат, че цинкът е бил един от ключовите елементи при появата на еукариотни организми преди милиони години, тъй като много от ДНК-свързващите протеини за репликация, съставляващи "примитивните еукариоти", използват цинка като мотив на Съюза.

Пример за този вид протеин са цинковите пръсти, които участват в транскрипцията на ген, превода на протеини, метаболизма и сглобяването на протеини и др.

калций

Калцият е един от най-разпространените минерали на планетата земя; при повечето животни той съставя зъби и кости под формата на калциев хидроксифосфат. Този елемент е от съществено значение за свиването на мускулите, предаването на нервните импулси и съсирването на кръвта.

магнезий

Най-високият дял на магнезий в природата се намира в твърда форма, комбиниран с други елементи, той не се намира само в свободно състояние. Магнезият е кофактор за повече от 300 различни ензимни системи при бозайници.

Реакциите, в които участва, варират от синтеза на протеини, мускулната подвижност и нервната функция, до регулирането на нивата на кръвната глюкоза и кръвното налягане. Магнезият е необходим за производството на енергия в живите организми, за окислително фосфорилиране и гликолиза.

Той също допринася за развитието на костите и е необходим за синтеза на ДНК, РНК, глутатион, наред с други.

Натрий и калий

Те са два много обилни йона във вътрешността на клетката и измененията във вътрешните и външните им концентрации, както и техният транспорт, са определящи фактори за много физиологични процеси.

Калият е най-разпространеният вътреклетъчен катион, той поддържа обема на течността вътре в клетката и трансмембранните електрохимични градиенти.

И натрият, и калият участват активно в предаването на нервните импулси, тъй като се транспортират чрез натриево-калиевата помпа. Натрият също участва в свиването на мускулите и в усвояването на хранителни вещества през клетъчната мембрана.

Останалите вторични биоелементи: молибден (Mo), флуор (F), хлор (Cl), йод (I) и мед (Cu) играят важна роля в много физиологични реакции. Те обаче са необходими в много по-малка част от шестте елемента, обяснени по-горе.

Препратки

1. Егами, Ф. (1974). Незначителни елементи и еволюция. Списание за молекулна еволюция, 4 (2), 113-120.
2. Хак, IW (1919). биоелементи; Химическите елементи на живата материя. Списанието за обща физиология, 1 (4), 429
3. Kaim, W., Rall, J. (1996). Медта - „модерен“ биоелемент. Angewandte Chemie International Edition на английски език, 35 (1), 43-60.
4. Национални здравни институти. (2016 г.). Магнезий: справка за здравни специалисти. Текуща версия, 27.
5. Peñuelas, J., Fernández-Martínez, M., Ciais, P., Jou, D., Piao, S., Obersteiner, M.,… & Sardans, J. (2019). Биоелементите, елементът и биогеохимичната ниша. Екология, 100 (5), e02652
6. Skalny, AV (2014). Биоелементи и биоелементалогия във фармакологията и храненето: основни и практически аспекти. Във фармакологията и хранителните интервенции при лечението на болести. IntechOpen.
7. Солиоз, М. (2018). Мед - модерен биоелемент. В мед и бактерии (стр. 1-9). Springer, Cham.
8. Световна здравна организация. (2015). Информационен лист: Сол.