BIOELEMENT: KLASSIFICERING (PRIMÄR OCH SEKUNDÄR) - BIOLOGI - 2025

" Bioelement " är en term som används för att hänvisa till de viktigaste kemiska elementen som utgör levande varelser. I vissa klassificeringar är dessa indelade i primära element och sekundära element.

Av de 87 kända kemiska elementen utgör endast 34 organiska ämnen, och 17 av dessa 34 är kända för att vara verkligen nödvändiga för livet. Dessutom utgör fem av dessa 17 väsentliga element mer än 90% av den fråga som utgör levande organismer.

Den periodiska tabellen över elementen, de primära och sekundära bioelementen anges också (Källa: Alejandro Porto via Wikimedia Commons)

De sex huvudelementen i organiskt material är väte (H, 59%), syre (O, 24%), kol (C, 11%), kväve (N, 4%), fosfor (P, 1%) och svavel (S, 0,1 till 1%).

Dessa procentsatser återspeglar antalet atomer i varje element med avseende på det totala antalet atomer som utgör levande celler och det är de som kallas ”primära bioelement”.

De sekundära bioelementen finns i en mycket mindre andel och är kalium (K), magnesium (Mg), järn (Fe), kalcium (Ca), molybden (Mo), fluor (F), klor ( Cl), natrium (Na), jod (I), koppar (Cu) och zink (Zn).

Sekundära element är vanligtvis kofaktorer i katalytiska reaktioner och deltar i många av de biokemiska och fysiologiska processerna som är inneboende i organismernas celler.

Primära bioelement

Kol-, väte- och syreatomer är den strukturella basen för molekylerna som utgör organiskt material, samtidigt interagerar kväve, fosfor och svavel med olika biomolekyler för att framkalla kemiska reaktioner.

Väte

Väte är ett kemiskt element som förekommer i gasform vid rumstemperatur (25 ºC), det kan endast existera i fast eller flytande tillstånd vid rumstemperatur när det är kopplat till andra molekyler.

Väteatomer tros vara bland de första atomerna som utgör det tidiga universum. Teorierna som hanteras föreslår att protonerna i kärnan i väteatomer började associeras med elektroner från andra element för att bilda mer komplexa molekyler.

Väte kan kombineras kemiskt med nästan alla andra element för att bilda molekyler, bland vilka är vatten, kolhydrater, kolväten, etc.

Detta element ansvarar för bildandet av bindningarna kända som "vätebindningar", en av de viktigaste svaga interaktionerna för biomolekyler och den huvudsakliga kraften som är ansvarig för att upprätthålla de tredimensionella strukturerna av proteiner och nukleinsyror.

Kol

Kol bildar kärnan i många biomolekyler. Dess atomer kan kombinera kovalent med fyra andra atomer med olika kemiska element och även med sig själva för att bilda strukturen för mycket komplexa molekyler.

Kol, tillsammans med väte, är en av de kemiska elementen som kan bilda det största antalet olika kemiska föreningar. Så mycket att alla ämnen och föreningar klassificerade som "organiska" innehåller kolatomer i deras huvudstruktur.

Allmän struktur för en aminosyra (Källa: Användare: Ppfk via Wikimedia Commons)

Bland de viktigaste kolmolekylerna i levande varelser är kolhydrater (socker eller sackarider), proteiner och deras aminosyror, nukleinsyror (DNA och RNA), lipider och fettsyror, bland andra.

Syre

Syre är ett gasformigt element och är det vanligaste i hela jordskorpan. Det finns i många organiska och oorganiska komponenter och bildar föreningar med nästan alla kemiska element.

Det ansvarar för oxidation av kemiska föreningar och förbränning, som också är olika former av oxidation. Syre är ett mycket elektroniskt negativt element, det är en del av vattenmolekylen och deltar i andningsprocessen för en stor del av levande varelser.

Reaktiva syrgasarter är ansvariga för oxidativ stress i cellerna. Det är mycket vanligt att observera skadorna som orsakas av oxidativa föreningar på makromolekylerna inuti cellen, eftersom de balanserar det reducerande inre i cellerna.

Kväve

Kväve är också huvudsakligen gasformigt och utgör cirka 78% av jordens atmosfär. Det är ett viktigt inslag i näring av växter och djur.

Hos djur är kväve en grundläggande del av aminosyror som i sin tur är byggstenarna för proteiner. Proteiner strukturerar vävnader och många av dem har den nödvändiga enzymatiska aktiviteten för att påskynda många av de vitala reaktionerna för celler.

Kväve är en grundläggande del av kvävebaserna som utgör nukleinsyror som DNA och RNA (Källa: File: Difference DNA RNA-DE.svg: Sponk / * översättning: Sponk via Wikimedia Commons)

Kväve finns i kvävebaserna av DNA och RNA, viktiga molekyler för överföring av genetisk information från föräldrar till avkommor och för att levande organismer fungerar som cellulära system.

Match

Den vanligaste formen av detta element i naturen är som fasta fosfater i bördiga jordar, floder och sjöar. Det är ett viktigt element för att djur och växter fungerar, men också av bakterier, svampar, protosoa och alla levande varelser.

Hos djur finns fosfor i överflöd i alla ben i form av kalciumfosfat.

Fosfor är viktigt för livet, eftersom det också är ett element som ingår i DNA, RNA, ATP och fosfolipider (grundläggande komponenter i cellmembranen).

Detta bioelement är alltid involverat i energiöverföringsreaktioner, eftersom det bildar föreningar med mycket energibindningar, vars hydrolys används för att flytta olika cellulära system.

Svavel

Svavel finns ofta i form av sulfider och sulfater. Det är särskilt rikligt i vulkanområden och finns i aminosyraresterna cystein och metionin.

I proteiner bildar svavelatomerna i cystein en mycket stark intra- eller intermolekylär interaktion känd som ”disulfidbryggan”, vilket är väsentligt för bildandet av den sekundära, tertiära och kvartära strukturen hos cellproteiner.

Koenzym A, en metabolisk mellanprodukt med en mängd olika funktioner, har en svavelatom i sin struktur.

Detta element är också grundläggande i strukturen för många enzymatiska kofaktorer som deltar i olika viktiga metaboliska vägar.

Sekundära bioelement

Som nämnts ovan är de sekundära bioelementen de som finns i en lägre andel än de primära och de viktigaste är kalium, magnesium, järn, kalcium, natrium och zink.

Sekundära bioelement eller spårelement är involverade i många av de fysiologiska processerna hos växter, i fotosyntes, i andning, i den cellulära jonbalansen i vakuolen och kloroplasterna, i transporten av kolhydrater till floemen, etc.

Detta är också sant för djur och andra organismer, där dessa element, mer eller mindre utdelbara och mindre rikliga, är en del av många kofaktorer som är nödvändiga för att fungera hela cellulära maskiner.

Järn

Järn är ett av de viktigaste sekundära bioelementen eftersom det har funktioner i flera energifenomen. Det är mycket viktigt i naturliga oxidreduktionsreaktioner.

Hos däggdjur är till exempel järn en viktig del av hemoglobin, det protein som ansvarar för transport av syre i blodet inom erytrocyter eller röda blodkroppar.

I växtceller är detta element också en del av vissa pigment, såsom klorofyll, nödvändigt för fotosyntetiska processer. Det är en del av cytokrom-molekylerna, också viktiga för andning.

Zink

Forskare tror att zink var ett av de viktigaste elementen i utseendet på eukaryota organismer för miljontals år sedan, eftersom många av de DNA-bindande proteinerna för replikering som utgör de "primitiva eukaryoterna" använde zink som motiv av unionen.

Ett exempel på denna typ av protein är zinkfingrar, som är involverade i gentranskription, proteinöversättning, metabolism och proteinmontering, etc.

Kalcium

Kalcium är en av de vanligaste mineralerna på planeten jorden; i de flesta djur utgör det tänder och ben i form av kalciumhydroxifosfat. Detta element är viktigt för muskelkontraktion, överföring av nervimpulser och blodkoagulation.

Magnesium

Den högsta andelen magnesium i naturen finns i fast form kombinerad med andra element, det finns inte bara i det fria tillståndet. Magnesium är en kofaktor för mer än 300 olika enzymsystem hos däggdjur.

Reaktionerna där den deltar sträcker sig från proteinsyntes, muskelrörlighet och nervfunktion till reglering av blodsockernivåer och blodtryck. Magnesium är nödvändigt för energiproduktion i levande organismer, för oxidativ fosforylering och glykolys.

Det bidrar också till utvecklingen av ben och är nödvändig för syntes av bland annat DNA, RNA, glutation.

Natrium och kalium

De är två mycket rikliga joner i cellinre och variationer i deras inre och yttre koncentrationer, liksom deras transport, är avgörande faktorer för många fysiologiska processer.

Kalium är den vanligaste intracellulära katjonen, den upprätthåller vätskevolymen inuti cellen och de elektrokemiska gradienterna i transmembranen.

Både natrium och kalium är aktivt involverade i överföringen av nervimpulser, eftersom de transporteras med natrium-kaliumpumpen. Natrium deltar också i muskelsammandragning och i absorptionen av näringsämnen genom cellmembranet.

Resten av de sekundära bioelementen: molybden (Mo), fluor (F), klor (Cl), jod (I) och koppar (Cu) spelar viktiga roller i många fysiologiska reaktioner. De behövs dock i en mycket mindre andel än de sex elementen som förklaras ovan.

referenser

1. Egami, F. (1974). Mindre element och evolution. Journal of molecular evolution, 4 (2), 113-120.
2. Hackh, IW (1919). bioelement; De kemiska elementen i det levande materialet. Journal of general physiology, 1 (4), 429
3. Kaim, W., & Rall, J. (1996). Koppar - en "modern" bioelement. Angewandte Chemie International Edition på engelska, 35 (1), 43-60.
4. Nationella institut för hälsa. (2016). Magnesium: faktablad för vårdpersonal. Version aktuell, 27.
5. Peñuelas, J., Fernández-Martínez, M., Ciais, P., Jou, D., Piao, S., Obersteiner, M., … & Sardans, J. (2019). Bioelementen, elementomet och biogeokemisk nisch. Ekologi, 100 (5), e02652
6. Skalny, AV (2014). Bioelement och bioelementologi i farmakologi och näring: Grundläggande och praktiska aspekter. I farmakologi och näringsintervention i behandling av sjukdomar. IntechOpen.
7. Solioz, M. (2018). Copper-A Modern Bioelement. I koppar och bakterier (s. 1-9). Springer, Cham.
8. Världshälsoorganisationen. (2015). Faktaark: salt.