Bioelemente: Klassifikation (primär und sekundär)

Bioelemente oder biogene Elemente (Bio = Leben, Genetik = Anfang) sind die chemischen Elemente, aus denen sich die Materie der Lebewesen zusammensetzt.

Es gibt ungefähr 70 dieser Elemente, die in unterschiedlichen Anteilen variieren und nicht alle in allen Lebewesen vorhanden sind (Bioelements, 2009).

Alle Materie im Universum kommt in Form von Atomen einer kleinen Anzahl von Elementen vor. Es gibt 92 natürliche chemische Elemente im Universum.

Aus terrestrischer Sicht ist es schwierig, sich Lebensformen vorzustellen, in denen die Elemente Wasserstoff, Kohlenstoff, Sauerstoff, Stickstoff, Schwefel und Phosphor keine vorherrschende Rolle spielen (CHEMISTRY BIOGENIC ELEMENTS., SF).

Die Tatsache, dass sie wirklich diese Rolle im gesamten Universum spielen, scheint sehr wahrscheinlich zu sein, zum Teil, weil (abgesehen von Phosphor) dies die am häufigsten vorkommenden Elemente im gesamten Kosmos sind und in erheblichen Mengen zwischen den Bausteinen der terrestrischen Planeten produziert werden .

Darüber hinaus eignet sich die Chemie besonders gut für die Entwicklung komplexer Strukturen und Funktionen, die für lebende Systeme charakteristisch sind.

Da sich die Sonne und die Planeten vor nur 4, 6 Milliarden Jahren in einem Universum gebildet haben, dessen Alter vielleicht 15 Milliarden Jahre beträgt, ist es offensichtlich, dass diese "biogenen Elemente" vor ihrem Eintritt in das Universum eine lange und komplexe chemische Geschichte hinter sich haben. terrestrische Biochemie.

Derzeit ist nicht bekannt, ob diese Vorgeschichte eine direkte Rolle für die Entstehung des Lebens auf der Erde spielte.

Es ist klar, dass Astrochemie im Wesentlichen die Chemie biogener Elemente ist und dass das Verständnis der Natur und der Entwicklung der chemischen Komplexität im gesamten Universum von entscheidender Bedeutung für das Verständnis des frühen chemischen Zustands unseres eigenen Sonnensystems ist die Häufigkeit, mit der verwandte Zustände in anderen Teilen unserer Galaxie und in anderen Galaxien existieren (National Research Council (US) -Komitee für Planetenbiologie und chemische Evolution, 1990).

Einstufung von Bioelementen

Entsprechend ihrer Menge in der Zusammensetzung der Biomoleküle werden die Bioelemente in Primär-, Sekundär- und Spurenelemente eingeteilt (Rastogi, 2003).

1- Primäre Bioelemente

Die primären Bioelemente sind diejenigen, die in größerer Menge vorliegen (ungefähr 96% der lebenden Materie) und die die meisten organischen Biomoleküle (Kohlenhydrate, Lipide, Proteine ​​und Nukleinsäuren) ausmachen.

Diese Elemente zeichnen sich dadurch aus, dass sie leicht (geringes Atomgewicht) und reichlich vorhanden sind. Die primären Bioelemente sind Kohlenstoff, Wasserstoff, Sauerstoff, Stickstoff, Phosphor und Schwefel.

Kohlenstoff (C)

Es ist das Haupt-Bioelement, aus dem Biomoleküle bestehen. Es hat die Fähigkeit, große Kohlenstoff-Kohlenstoff-Ketten durch Einfach-, Doppel- oder Dreifachbindungen sowie cyclische Strukturen zu bilden.

Es kann eine Vielzahl von funktionellen Gruppen wie Sauerstoff, Hydroxid, Phosphat, Amino, Nitro usw. enthalten, was zu einer Vielzahl von unterschiedlichen Molekülen führt.

Das Kohlenstoffatom ist wahrscheinlich eines der wichtigsten Bioelemente, da alle Biomoleküle Kohlenstoff enthalten. Man findet zum Beispiel Lipide ohne Phosphor oder Stickstoff (zum Beispiel Cholesterin), aber es gibt keine Biomoleküle ohne Kohlenstoff.

Wasserstoff (H)

Es ist einer der lebenswichtigen Bestandteile des Wassermoleküls und Teil des Kohlenstoffgerüsts organischer Moleküle.

Je größer die Anzahl der Wasserstoffmoleküle in einem Biomolekül ist, desto mehr wird es reduziert und desto größer ist die Oxidationskapazität, wodurch mehr Energie erzeugt wird.

Zum Beispiel haben Fettsäuren mehr Elektronen als Kohlenhydrate, so dass sie beim Abbau mehr Energie produzieren können.

Sauerstoff (O)

Es ist das andere Element, aus dem das Wassermolekül besteht. Es ist ein sehr elektronegatives Element, das durch aerobe Atmung eine größere Energieproduktion ermöglicht.

Darüber hinaus binden sich die Pole mit Wasserstoff, was zu wasserlöslichen polaren Radikalen führt.

Stickstoff (N)

Element, das in allen Aminosäuren vorhanden ist. Durch Stickstoff können Aminosäuren eine Peptidbindung eingehen, um Proteine ​​zu produzieren.

Dieses Bioelement kommt auch in den stickstoffhaltigen Basen von Nukleinsäuren vor. Es wird vom Organismus in Form von Harnstoff ausgeschieden.

Eines der ersten Biomoleküle, das sich bildete, war das ATP, da die Erdatmosphäre reichlich Stickstoff enthält. Stickstoff ist Teil des Adenosins von ATP.

Phosphor (P)

Die Gruppe wird hauptsächlich als Phosphat (PO ₄ 3-) gefunden, das Teil der Nukleotide ist. Bilden Sie energiereiche Links, die ein einfaches Teilen (ATP) ermöglichen.

Es ist auch wichtig für die Struktur der DNA, da sie mit den Nukleotiden eine Fofodiesterbindung eingeht, um dieses Molekül zu bilden.

Schwefel (S)

Bioelement, das hauptsächlich als Sulfhydrylgruppe (-SH) vorkommt und Teil von Aminosäuren wie Cystein ist, in denen Disulfidbindungen für die Stabilisierung der Tertiär- und Quartärstruktur von Proteinen unerlässlich sind.

Es ist auch in Coenzym A enthalten, das für verschiedene universelle Stoffwechselwege wie den Krebszyklus (Llull, SF) essentiell ist. Es ist das schwerste primäre Bioelement, das existiert, da sein Atomgewicht 36 g / mol beträgt.

2- Sekundäre Bioelemente

Diese Arten von Elementen sind auch in allen Lebewesen vorhanden, jedoch nicht in der gleichen Menge wie die primären Elemente.

Sie passen sich nicht an Biomoleküle an, werden aber in Gradienten der Zellkonzentration, der dielektrischen Signalübertragung von Neuronen und Neurotransmittern verwendet, stabilisieren geladene Biomoleküle wie ATP und sind Teil des Knochengewebes.

Diese Bioelemente sind Calcium (Ca), Natrium (Na), Kalium (K), Magnesium (Mg) und Chlor (Cl). Die am häufigsten vorkommenden sind Natrium, Kalium, Magnesium und Kalzium.

Calcium (Ca)

Calcium ist essentiell für Lebewesen, da Pflanzen Calcium benötigen, um Zellwände aufzubauen.

Es bildet einen Teil des Knochengewebes des Wirbeltiers in Form von Hydroxyapatit (Ca3 (PO4) 2) 2, Ca (OH) 2 und seine Fixierung hängt mit dem Verbrauch von Vitamin D und Sonnenlicht zusammen. Das in ionischer Form vorliegende Kalzium dient als wichtiger Regulator von Prozessen im zellulären Zytoplasma.

Calcium beeinflusst die neuromuskuläre Erregbarkeit des Muskels (zusammen mit K-, Na- und Mg-Ionen und ist an der Muskelkontraktion beteiligt.) Hypokalzämie führt zu Kolik-Tetanie. Es ist auch an der Regulation der Glykogensynthese in Niere, Leber und Skelettmuskel beteiligt.

Calcium verringert die Permeabilität der Zellmembran und der Kapillarwand, was zu entzündungshemmenden, antiexudativen und antiallergischen Wirkungen führt. Es ist auch notwendig, dass das Blut gerinnt.

Calciumionen sind wichtige intrazelluläre Botenstoffe, die die Insulinausschüttung im Kreislauf und die Ausschüttung von Verdauungsenzymen im Dünndarm beeinflussen.

Die Rückresorption von Kalzium wird durch die wechselseitige Beziehung von Kalzium zu Phosphat im Darminhalt und durch das Vorhandensein von Cholecalciferol beeinflusst, das die aktive Rückresorption von Kalzium und Phosphor reguliert.

Der Austausch von Kalzium und Phosphaten wird hormonell mit dem Paratoiden Hormon und Calcitonin reguliert. Das Nebenschilddrüsenhormon setzt Kalzium aus den Knochen im Blut frei.

Calcitonin fördert die Ablagerung von Kalzium in den Knochen, wodurch die Blutkonzentration gesenkt wird.

Magnesium (Mg)

Magnesium ist ein sekundäres Bioelement, das Teil von Biomolekülen ist, da es ein Cofaktor von Chlorophyll ist. Magnesium ist ein typisches intrazelluläres Kation und ein wesentlicher Bestandteil von Körpergeweben und -flüssigkeiten.

Es kommt im Skelett (70%) und in den Muskeln von Tieren vor und hat unter anderem die Aufgabe, die negative Ladung der Phosphate des ATP-Moleküls zu stabilisieren.

Natrium (Na)

Es ist ein wichtiges extrazelluläres Kation, das an der Homöostase des Organismus beteiligt ist. Es schützt den Körper vor übermäßigen Wasserverlusten durch die Natriumkanäle und trägt zur Ausbreitung nervöser Erregungen bei.

Kalium (K)

Es ist an der Homöostase des Organismus und an der Ausbreitung nervöser Erregung durch Kaliumkanäle beteiligt. Kaliummangel kann zu Herzstillstand führen.

Chlor (Cl)

Ein Halogen aus der Gruppe VII des Periodensystems. Es liegt im Organismus von Lebewesen hauptsächlich als Chloridion vor, das die positive Ladung von Metallionen (Biogenic Elements, SF) stabilisiert.

3- Elemente in Spuren

Sie sind in einigen Lebewesen vorhanden. Viele dieser Spurenelemente wirken als Cofaktoren in den Enzymen.

Die Spurenelemente sind Bor (B), Brom (Br), Kupfer (Cu), Fluor (F), Mangan (Mn), Silizium (Si), Eisen (Fe), Jod (I) usw.

Anteil der Bioelemente

Es gibt einen Unterschied im Anteil der Bioelemente in Organismen und in der Atmosphäre, der Hydrosphäre oder der Erdkruste, was auf eine Auswahl geeigneterer Elemente hinweist, um Strukturen zu bilden und spezifische Funktionen zu erfüllen, die über dem Überfluss liegen.

Beispielsweise macht Kohlenstoff ungefähr 20 Gew .-% der Organismen aus, seine Konzentration in der Atmosphäre in Form von Kohlendioxid ist jedoch gering. Auf der anderen Seite macht Stickstoff fast 80% der Erdatmosphäre aus, aber nur 3, 3% des Stickstoffs machen den menschlichen Körper aus.

Die folgende Tabelle zeigt den Anteil einiger Bioelemente in lebenden Organismen im Vergleich zum Rest der Erde (Bioelemente, nd):

Tabelle 1: Häufigkeit der Bioelemente im Universum, auf der Erde und im menschlichen Körper.

Biomoleküle

Die Bioelemente verbinden sich miteinander und können Tausende verschiedener Moleküle bilden. Biomoleküle sind an der Konstitution der Zellen beteiligt.

Diese können in anorganische (Wasser und Mineralien) und organische (Kohlenhydrate, Lipide, Aminosäuren und Nukleinsäuren) eingeteilt werden.

Biomoleküle sind als strukturelle Quader des Lebens bekannt, da sie die Grundbausteine ​​oder Schimmelpilze sind, aus denen sich komplexere Moleküle zusammensetzen.

Zum Beispiel sind Aminosäuren die Strukturquadrate von Proteinen. Die Aminosäuresequenz bestimmt die Primärstruktur eines Proteins.

Moleküle wie Lipide bilden die Zellmembran und Lobiomole einfache Kohlenhydrate bilden komplexe Kohlenhydrate, wie dies beim Glykogenmolekül der Fall ist.

Es gibt auch den Fall von stickstoffhaltigen Basen, die, wenn sie an das Ribose-Kohlenhydrat oder die Desoxyribose binden, die RNA- und DNA-Moleküle bilden, wobei ihre Sequenz ein Kuss aus dem genetischen Code sein wird.