BIOELEMENTI: KLASIFIKACIJA (PRIMARNI I SEKUNDARNI) - BIOLOGIJA - 2026

" Bioelement " je pojam koji se koristi za označavanje glavnih kemijskih elemenata koji čine živa bića. U nekim se klasifikacijama dijele na primarne i sekundarne elemente.

Od 87 poznatih kemijskih elemenata, samo 34 čine organsku tvar, a za njih 17 je poznato da su doista neophodni za život. Pored toga, od tih 17 osnovnih elemenata, pet čine više od 90% materije koja sačinjava žive organizme.

Navedena je i periodična tablica elemenata, primarnih i sekundarnih bioelemenata (Izvor: Alejandro Porto putem Wikimedia Commonsa)

Šest glavnih elemenata u organskoj tvari su vodik (H, 59%), kisik (O, 24%), ugljik (C, 11%), dušik (N, 4%), fosfor (P, 1%) i sumpora (S, 0,1 do 1%).

Ovi postoci odražavaju broj atoma svakog elementa u odnosu na ukupni broj atoma koji čine žive stanice i to su oni koji su poznati kao "primarni bioelementi".

Sekundarni bioelementi nalaze se u znatno manjem udjelu i to su kalij (K), magnezij (Mg), željezo (Fe), kalcij (Ca), molibden (Mo), fluor (F), klor (Cl), natrij (Na), jod (I), bakar (Cu) i cink (Zn).

Sekundarni elementi obično su kofaktori u katalitičkim reakcijama i sudjeluju u mnogim biokemijskim i fiziološkim procesima svojstvenim stanicama organizama.

Primarni bioelementi

Atomi ugljika, vodika i kisika su strukturna baza molekula koje čine organsku tvar, a dušik, fosfor i sumpor međusobno djeluju s različitim biomolekulama da izazovu kemijske reakcije.

Vodik

Vodik je kemijski element koji postoji u plinovitom obliku na sobnoj temperaturi (25 ° C), može postojati u čvrstom ili tekućem stanju pri sobnoj temperaturi kada se veže na druge molekule.

Smatra se da su vodikovi atomi među prvim atomima koji čine rani svemir. Teorije koje se obrađuju predlažu da se protoni sadržani u jezgri vodikovih atoma počnu povezivati ​​s elektronima drugih elemenata kako bi tvorili složenije molekule.

Vodonik se može kemijski kombinirati s gotovo bilo kojim drugim elementom kako bi tvorio molekule, među kojima su voda, ugljikohidrati, ugljikovodici, itd.

Ovaj je element odgovoran za stvaranje veza poznatih kao "vodikove veze", jedno od najvažnijih slabih međudjelovanja biomolekula i glavnu silu odgovornu za održavanje trodimenzionalnih struktura proteina i nukleinskih kiselina.

ugljen

Ugljik tvori jezgro mnogih biomolekula. Njegovi se atomi mogu kovalentno kombinirati s četiri druga atoma različitih kemijskih elemenata, a također i sami sa sobom kako bi tvorili strukturu visoko složenih molekula.

Ugljik, zajedno s vodikom, jedan je od kemijskih elemenata koji mogu tvoriti najveći broj različitih kemijskih spojeva. Toliko da sve tvari i spojevi klasificirani kao "organski" sadrže atome ugljika u svojoj glavnoj strukturi.

Opća struktura aminokiseline (Izvor: Korisnik: Ppfk via Wikimedia Commons)

Među glavnim molekulama ugljika živih bića su ugljikohidrati (šećeri ili saharidi), bjelančevine i njihove aminokiseline, nukleinske kiseline (DNA i RNA), lipidi i masne kiseline.

Kisik

Kisik je plinovit element i najzastupljeniji je u cijeloj zemljinoj kori. Prisutan je u mnogim organskim i anorganskim sastojcima i tvori spojeve s gotovo svim kemijskim elementima.

Odgovorna je za oksidaciju kemijskih spojeva i izgaranje, koji su također različiti oblici oksidacije. Kisik je vrlo elektronegativan element, dio je molekule vode i sudjeluje u procesu disanja velikog dijela živih bića.

Reaktivne vrste kisika odgovorne su za oksidativni stres unutar stanica. Vrlo je često promatrati oštećenja koja makromolekule u stanici uzrokuju oksidativni spojevi, jer oni uravnotežuju reducirajuću unutrašnjost stanica.

Dušik

Dušik je također pretežno plinovit, a čini oko 78% Zemljine atmosfere. Važan je element u prehrani biljaka i životinja.

Azot je u životinjama temeljni dio aminokiselina koje su, s druge strane, građevni blokovi proteina. Proteini strukturiraju tkiva i mnoga od njih imaju potrebno enzimsko djelovanje da ubrzaju mnoge vitalne reakcije stanica.

Dušik je temeljni dio dušičnih baza koje čine nukleinske kiseline poput DNK i RNK (Izvor: Datoteka: Razlika DNK RNA-DE.svg: Sponk / * prijevod: Sponk preko Wikimedia Commons)

Dušik je prisutan u dušičnim bazama DNA i RNA, bitnih molekula za prijenos genetskih podataka s roditelja na potomstvo i za pravilno funkcioniranje živih organizama kao staničnih sustava.

utakmica

Najbrojniji oblik ovog elementa u prirodi su čvrsti fosfati u plodnim tlima, rijekama i jezerima. Važan je element funkcioniranja životinja i biljaka, ali i bakterija, gljivica, protozoja i svih živih bića.

U životinja se fosfor nalazi u svim kostima u obliku kalcijevog fosfata.

Fosfor je neophodan za život, jer je također element koji je dio DNA, RNA, ATP i fosfolipida (temeljnih komponenata staničnih membrana).

Ovaj bioelement je uvijek uključen u reakcije prijenosa energije, jer tvori spojeve s vrlo energetskim vezama, čija se hidroliza koristi za pomicanje različitih staničnih sustava.

Sumpor

Sumpor se obično nalazi u obliku sulfida i sulfata. Osobito je obilna u vulkanskim područjima, a prisutna je u aminokiselinskim ostacima cistein i metionin.

U proteinima, sumporni atomi cisteina tvore vrlo snažnu intra- ili intermolekularnu interakciju poznatu kao "disulfidni most", koji je neophodan za stvaranje sekundarne, tercijarne i kvaternarne strukture staničnih proteina.

Koenzim A, metabolički intermedijar sa širokim rasponom funkcija, ima atom sumpora u svojoj strukturi.

Ovaj je element također važan u strukturi mnogih enzimskih kofaktora koji sudjeluju u različitim važnim metaboličkim putevima.

Sekundarni bioelementi

Kao što je gore spomenuto, sekundarni bioelementi su oni koji se nalaze u manjem udjelu od primarnih, a najvažniji su kalij, magnezij, željezo, kalcij, natrij i cink.

Sekundarni bioelementi ili elementi u tragovima uključeni su u mnoge fiziološke procese biljaka, u fotosintezu, disanje, staničnu ionsku ravnotežu vakuola i kloroplasta, u transportu ugljikohidrata u phloem itd.

To vrijedi i za životinje i druge organizme, gdje su ti elementi, manje ili manje upotrebljivi, i manje obilni, dio mnogih kofaktora neophodnih za funkcioniranje cjelokupne stanične mehanizacije.

Željezo

Željezo je jedan od najvažnijih sekundarnih bioelemenata jer ima funkcije u više energetskih pojava. Vrlo je važno u reakcijama smanjenja prirodnog oksida.

Na primjer, kod sisavaca željezo je bitan dio hemoglobina, proteina koji je odgovoran za transport kisika u krvi unutar eritrocita ili crvenih krvnih stanica.

U biljnim stanicama ovaj je element također dio nekih pigmenata kao što je klorofil, neophodan za fotosintetske procese. Dio je molekula citokroma, također neophodnog za disanje.

Cinkov

Znanstvenici smatraju da je cink bio jedan od ključnih elemenata u pojavi eukariotskih organizama prije milijuna godina, budući da su mnogi proteini koji se vežu za DNA za umnožavanje koji čine "primitivne eukariote" koristili cink kao motiv unije.

Primjer ove vrste proteina su cinkovi prsti koji su uključeni u transkripciju gena, prevođenje proteina, metabolizam i sastavljanje proteina itd.

kalcijum

Kalcij je jedan od najbogatijih minerala na planeti Zemlji; kod većine životinja čine zube i kosti u obliku kalcijevog hidroksifosfata. Ovaj je element važan za kontrakciju mišića, prijenos živčanih impulsa i zgrušavanje krvi.

Magnezij

Najveći udio magnezija u prirodi nalazi se u čvrstom obliku u kombinaciji s drugim elementima, a on se ne nalazi samo u slobodnom stanju. Magnezij je kofaktor za više od 300 različitih enzimskih sustava kod sisavaca.

Reakcije u kojima sudjeluje kreću se od sinteze proteina, pokretljivosti mišića i živčanih funkcija, do regulacije razine glukoze u krvi i krvnog tlaka. Magnezij je potreban za proizvodnju energije u živim organizmima, za oksidacijsku fosforilaciju i glikolizu.

Također pridonosi razvoju kostiju i potreban je za sintezu DNA, RNA, glutation, između ostalog.

Natrij i kalij

To su dva vrlo obilna iona u unutrašnjosti stanice, a promjene u njihovoj unutarnjoj i vanjskoj koncentraciji, kao i njihov transport, odlučujući su čimbenici mnogih fizioloških procesa.

Kalij je najzastupljeniji unutarćelijski kation, on održava volumen tekućine u stanici i transmembranski elektrokemijski gradijent.

I natrij i kalij aktivno su uključeni u prijenos živčanih impulsa jer ih prenose natrijevo-kalijeva pumpa. Natrij također sudjeluje u kontrakciji mišića i u apsorpciji hranjivih tvari kroz staničnu membranu.

Ostatak sekundarnih bioelemenata: molibden (Mo), fluor (F), klor (Cl), jod (I) i bakar (Cu) igraju važnu ulogu u mnogim fiziološkim reakcijama. Međutim, potrebni su im u mnogo manjem omjeru od gore navedenih šest elemenata.

Reference

1. Egami, F. (1974). Manji elementi i evolucija. Časopis za molekularnu evoluciju, 4 (2), 113-120.
2. Hackh, IW (1919). Bioelements; Kemijski elementi žive materije. Časopis za opću fiziologiju, 1 (4), 429
3. Kaim, W., Rall, J. (1996). Bakar "moderni" bioelement. Angewandte Chemie International Edition na engleskom, 35 (1), 43-60.
4. Nacionalni zavodi za zdravstvo. (2016). Magnezij: informativni list za zdravstvene radnike. Trenutna verzija, 27.
5. Peñuelas, J., Fernández-Martínez, M., Ciais, P., Jou, D., Piao, S., Obersteiner, M.,… i Sardans, J. (2019). Bioelementi, elementome i biogeokemijska niša. Ekologija, 100 (5), e02652
6. Skalny, AV (2014). Bioelementi i bioelementologija u farmakologiji i prehrani: temeljni i praktični aspekti. U farmakologiji i prehrambenim intervencijama u liječenju bolesti. IntechOpen.
7. Solioz, M. (2018). Bakar-moderni bioelement. U bakru i bakteriji (str. 1-9). Springer, Cham.
8. Svjetska zdravstvena organizacija. (2015). Činjenica: Sol.