BIOELEMENTER: KLASSIFICERING (PRIMÆR OG SEKUNDÆR) - BIOLOGI - 2025

" Bioelement " er et udtryk, der bruges til at henvise til de vigtigste kemiske elementer, der udgør levende væsener. I nogle klassifikationer er disse opdelt i primære elementer og sekundære elementer.

Af de 87 kemiske elementer, der er kendt, udgør kun 34 organiske stoffer, og 17 af disse 34 er kendt for at være virkelig uundværlige for livet. Desuden udgør fem af disse 17 væsentlige elementer mere end 90% af det stof, der udgør levende organismer.

Den periodiske tabel med elementerne, de primære og sekundære bioelementer er også angivet (Kilde: Alejandro Porto via Wikimedia Commons)

De seks hovedelementer i organisk stof er brint (H, 59%), ilt (O, 24%), carbon (C, 11%), nitrogen (N, 4%), fosfor (P, 1%) og svovl (S, 0,1 til 1%).

Disse procentdele afspejler antallet af atomer i hvert element med hensyn til det samlede antal atomer, der udgør levende celler, og det er dem, der er kendt som ”primære bioelementer”.

De sekundære bioelementer findes i en meget mindre andel og er kalium (K), magnesium (Mg), jern (Fe), calcium (Ca), molybdæn (Mo), fluor (F), klor (Cl), natrium (Na), iod (I), kobber (Cu) og zink (Zn).

Sekundære elementer er sædvanligvis cofaktorer i katalytiske reaktioner og deltager i mange af de biokemiske og fysiologiske processer, der er iboende i cellerne af organismer.

Primære bioelementer

Kulstof, brint og iltatomer er den strukturelle base af molekylerne, der udgør organisk stof, i mellemtiden interagerer nitrogen, fosfor og svovl med forskellige biomolekyler for at forårsage kemiske reaktioner.

Hydrogen

Brint er et kemisk element, der findes i gasform ved stuetemperatur (25 ° C), det kan kun eksistere i fast eller flydende tilstand ved stuetemperatur, når det er knyttet til andre molekyler.

Hydrogenatomer menes at være blandt de første atomer, der udgør det tidlige univers. Teorierne, der håndteres, antyder, at protonerne indeholdt i kernen af ​​hydrogenatomer begyndte at forbinde med elektronerne fra andre elementer for at danne mere komplekse molekyler.

Hydrogen kan kombineres kemisk med næsten ethvert andet element til dannelse af molekyler, herunder vand, kulhydrater, kulbrinter osv.

Dette element er ansvarlig for dannelsen af ​​bindingerne kendt som "hydrogenbindinger", en af ​​de vigtigste svage interaktioner for biomolekyler og hovedkraften, der er ansvarlig for at opretholde de tredimensionelle strukturer af proteiner og nukleinsyrer.

Kulstof

Carbon danner kernen i mange biomolekyler. Dens atomer kan kombinere kovalent med fire andre atomer med forskellige kemiske elementer og også med sig selv for at danne strukturen af ​​meget komplekse molekyler.

Kulstof er sammen med brint et af de kemiske elementer, der kan danne det største antal forskellige kemiske forbindelser. Så meget, at alle stoffer og forbindelser klassificeret som "organisk" indeholder carbonatomer i deres hovedstruktur.

Generel struktur af en aminosyre (Kilde: Bruger: Ppfk via Wikimedia Commons)

Blandt de vigtigste carbonmolekyler i levende væsener er kulhydrater (sukker eller saccharider), proteiner og deres aminosyrer, nukleinsyrer (DNA og RNA), lipider og fedtsyrer, blandt andre.

Ilt

Oxygen er et gasformigt element og er det mest rigelige i hele jordskorpen. Det findes i mange organiske og uorganiske komponenter og danner forbindelser med næsten alle kemiske elementer.

Det er ansvarligt for oxidation af kemiske forbindelser og forbrænding, som også er forskellige former for oxidation. Oxygen er et meget elektronegativt element, det er en del af vandmolekylet og deltager i respirationsprocessen for en stor del af levende væsener.

Reaktive iltarter er ansvarlige for oxidativ stress inde i celler. Det er meget almindeligt at observere skaden forårsaget af oxidative forbindelser på makromolekylerne inde i cellen, da de er ubalanceret i det reducerende indre af cellerne.

Kvælstof

Kvælstof er også overvejende luftformigt, hvilket udgør ca. 78% af jordens atmosfære. Det er et vigtigt element i ernæring af planter og dyr.

Hos dyr er nitrogen en grundlæggende del af aminosyrer, som igen er byggestenene for proteiner. Proteiner strukturerer væv, og mange af dem har den nødvendige enzymatiske aktivitet for at fremskynde mange af de vitale reaktioner for celler.

Kvælstof er en grundlæggende del af de nitrogenholdige baser, der udgør nukleinsyrer såsom DNA og RNA (Kilde: File: Difference DNA RNA-DE.svg: Sponk / * oversættelse: Sponk via Wikimedia Commons)

Kvælstof er til stede i de nitrogenholdige baser af DNA og RNA, essentielle molekyler til overførsel af genetisk information fra forældre til afkom og for korrekt funktion af levende organismer som cellulære systemer.

Match

Den mest udbredte form af dette element i naturen er som faste fosfater i frugtbare jordarter, floder og søer. Det er et vigtigt element i funktionen af ​​dyr og planter, men også af bakterier, svampe, protosoer og af alle levende væsener.

Hos dyr findes fosfor i overflod i alle knogler i form af calciumphosphat.

Fosfor er vigtigt for livet, da det også er et element, der er en del af DNA, RNA, ATP og phospholipider (grundlæggende komponenter i cellemembraner).

Denne bioelement er altid involveret i energioverførselsreaktioner, da den danner forbindelser med meget energiske bindinger, hvis hydrolyse bruges til at bevæge forskellige cellulære systemer.

Svovl

Svovl findes ofte i form af sulfider og sulfater. Det er især rigeligt i vulkanske områder og findes i aminosyreresterne cystein og methionin.

I proteiner danner svovlatomer i cystein en meget stærk intra- eller intermolekylær interaktion kendt som en "disulfidbro", som er væsentlig for dannelsen af ​​den sekundære, tertiære og kvartære struktur af cellulære proteiner.

Koenzym A, et metabolisk mellemprodukt med en lang række funktioner, har et svovlatom i sin struktur.

Dette element er også grundlæggende i strukturen af ​​mange enzymatiske kofaktorer, der deltager i forskellige vigtige metaboliske veje.

Sekundære bioelementer

Som nævnt ovenfor er de sekundære bioelementer dem, der findes i en lavere andel end de primære, og de vigtigste er kalium, magnesium, jern, calcium, natrium og zink.

Sekundære bioelementer eller sporstoffer er involveret i mange af de fysiologiske processer af planter, i fotosyntese, i åndedræt, i den cellulære ioniske balance i vakuolen og chloroplasterne, i transporten af ​​kulhydrater til floemet osv.

Dette gælder også for dyr og andre organismer, hvor disse elementer, mere eller mindre disponible og mindre rigelige, er en del af mange cofaktorer, der er nødvendige for at fungere hele det cellulære maskineri.

Jern

Jern er en af ​​de vigtigste sekundære bioelementer, da det har funktioner i flere energifenomener. Det er meget vigtigt i naturlige oxidreduktionsreaktioner.

Hos pattedyr er for eksempel jern en vigtig del af hæmoglobin, det protein, der er ansvarlig for transporten af ​​ilt i blodet inden i erytrocytter eller røde blodlegemer.

I planteceller er dette element også en del af nogle pigmenter, såsom klorofyl, der er essentielt for fotosyntetiske processer. Det er en del af cytokrom-molekylerne, også vigtige for respiration.

Zink

Forskere mener, at zink var et af de vigtigste elementer i udseendet af eukaryote organismer for millioner af år siden, da mange af de DNA-bindende proteiner til replikation, der udgjorde den "primitive eukaryoter", anvendte zink som motiv af Union.

Et eksempel på denne type protein er zinkfingre, der er involveret i gentranskription, proteintransaktion, metabolisme og proteinsamling osv.

Calcium

Calcium er en af ​​de mest rigelige mineraler på planeten jorden; i de fleste dyr udgør det tænder og knogler i form af calciumhydroxyphosphat. Dette element er vigtigt for muskelsammentrækning, transmission af nerveimpulser og blodkoagulation.

Magnesium

Den højeste andel magnesium i naturen findes i fast form kombineret med andre elementer, det findes ikke kun i fri tilstand. Magnesium er en kofaktor til mere end 300 forskellige enzymsystemer hos pattedyr.

Reaktionerne, hvori det deltager, spænder fra proteinsyntese, muskelmobilitet og nervefunktion til regulering af blodsukkerniveau og blodtryk. Magnesium er nødvendigt til energiproduktion i levende organismer, til oxidativ fosforylering og glykolyse.

Det bidrager også til udviklingen af ​​knogler og er nødvendigt til syntese af blandt andet DNA, RNA, glutathione.

Natrium og kalium

De er to meget rigelige ioner i celleindretningen og variationer i deres interne og eksterne koncentrationer såvel som deres transport er afgørende faktorer for mange fysiologiske processer.

Kalium er den mest rigelige intracellulære kation, det opretholder væskemængden inde i cellen og de transmembrane elektrokemiske gradienter.

Både natrium og kalium er aktivt involveret i transmission af nerveimpulser, da de transporteres af natrium-kaliumpumpen. Natrium deltager også i muskelkontraktion og i absorptionen af ​​næringsstoffer gennem cellemembranen.

Resten af ​​de sekundære bioelementer: molybdæn (Mo), fluor (F), klor (Cl), jod (I) og kobber (Cu) spiller vigtige roller i mange fysiologiske reaktioner. De er dog nødvendige i en meget mindre andel end de seks elementer, der er beskrevet ovenfor.

Referencer

1. Egami, F. (1974). Mindre elementer og evolution. Tidsskrift for molekylær evolution, 4 (2), 113-120.
2. Hackh, IW (1919). biogrundstoffer; De kemiske elementer i det levende stof. Tidsskriftet for generel fysiologi, 1 (4), 429
3. Kaim, W., & Rall, J. (1996). Kobber - en "moderne" bioelement. Angewandte Chemie International Edition på engelsk, 35 (1), 43-60.
4. Nationale sundhedsinstitutter. (2016). Magnesium: faktablad til sundhedspersonale. Version aktuel, 27.
5. Peñuelas, J., Fernández - Martínez, M., Ciais, P., Jou, D., Piao, S., Obersteiner, M.,… & Sardans, J. (2019). Bioelementerne, elementet og den biogeokemiske niche. Økologi, 100 (5), e02652
6. Skalny, AV (2014). Bioelementer og bioelementologi i farmakologi og ernæring: Grundlæggende og praktiske aspekter. I farmakologi og ernæringsmæssig intervention i behandling af sygdom. IntechOpen.
7. Solioz, M. (2018). Kobber-et moderne bioelement. I kobber og bakterier (s. 1-9). Springer, Cham.
8. Verdenssundhedsorganisationen. (2015). Faktaark: Salt.