Bioelementklassifizierung (primär und sekundär)

Die Bioelemente oder biogene Elemente (Bio = Leben, Genetik = Anfang) sind jene chemischen Elemente, die Lebewesen ausmachen.

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

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

Es ist schwierig, Lebensformen zu konzipieren, in denen die Elemente Wasserstoff, Kohlenstoff, Sauerstoff, Stickstoff, Schwefel und Phosphor keine vorherrschende Rolle spielen (CHEMISTRY BIOGENIC ELEMENTS., S.F.).

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

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

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

Derzeit ist nicht bekannt, ob diese Vorgeschichte eine direkte Rolle bei der Entstehung des Lebens auf der Erde gespielt hat.

Es ist klar, dass die Astrochemie weitgehend die Chemie biogener Elemente ist und dass das Verständnis der Natur und der Entwicklung der chemischen Komplexität im gesamten Universum entscheidend ist, um sowohl den frühen chemischen Zustand unseres eigenen Sonnensystems zu verstehen, als auch die Häufigkeit, mit der verwandte Bedingungen in anderen Teilen unserer Galaxie und anderen Galaxien existieren (National Research Council (US) Ausschuss für Planetenbiologie und chemische Evolution., 1990).

Klassifizierung von Bioelementen

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

1- Primäre Bioelemente

Die primären Bioelemente sind diejenigen, die in größerer Menge (etwa 96% der lebenden Substanz) gefunden werden und diejenigen sind, die die meisten organischen Biomoleküle (Kohlenhydrate, Lipide, Proteine ​​und Nukleinsäuren) ausmachen.

Diese Elemente sind dadurch gekennzeichnet, 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 Hauptbioelement, das Biomoleküle bildet. Es hat die Fähigkeit, sich durch Einzel-, Doppel- oder Dreifachbindungen sowie durch zyklische Strukturen zu großen Kohlenstoff-Kohlenstoff-Ketten zu verbinden.

Es kann eine Vielzahl von funktionellen Gruppen wie Sauerstoff, Hydroxid, Phosphat, Amino, Nitro usw. enthalten, was zu einer großen Vielfalt verschiedener Moleküle 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 eine der Komponenten des Wassermoleküls, das für das Leben essentiell ist und Teil der Kohlenstoffskelette organischer Moleküle ist.

Je mehr Wasserstoffmoleküle ein Biomolekül hat, desto mehr wird es reduziert und desto größer ist die Fähigkeit zu oxidieren und mehr Energie zu produzieren.

Zum Beispiel haben Fettsäuren mehr Elektronen als Kohlenhydrate, so dass sie mehr Energie produzieren können, wenn sie abgebaut werden.

Sauerstoff (O)

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

Außerdem werden die polaren Bindungen mit Wasserstoff zu wasserlöslichen polaren Radikalen.

Stickstoff (N)

Element, das in allen Aminosäuren vorhanden ist. Durch Stickstoff haben Aminosäuren die Fähigkeit, eine Peptidbindung zur Herstellung von Proteinen zu bilden.

Dieses Bioelement findet sich auch in den stickstoffhaltigen Basen von Nukleinsäuren. Es wird vom Organismus in Form von Harnstoff eliminiert.

Eines der ersten Biomoleküle, das gebildet wurde, war ATP, aufgrund der Menge an Stickstoff in der Erdatmosphäre. Stickstoff ist Teil des Adenosins von ATP.

Phosphor (P)

Gruppe wird hauptsächlich als Phosphat gefunden (PO₄^3-) das ist Teil der Nukleotide. Bilden Sie energiereiche Verbindungen, die ein einfaches Teilen (ATP) ermöglichen.

Es hat auch Bedeutung in der Struktur der DNA, da es eine fofodiester Verbindung mit den Nukleotiden bildet, um dieses Molekül zu bilden.

Schwefel (S)

Bioelement, das hauptsächlich als eine Sulfhydrylgruppe (-SH) gefunden wird, die Teil von Aminosäuren wie Cystein ist, in denen Disulfidbindungen essentiell sind, um Stabilität in der Tertiär- und Quartärstruktur von Proteinen zu schaffen.

Es wird auch in Coenzym A gefunden, das für verschiedene universelle Stoffwechselwege, wie den Krebs-Zyklus (Llull, S. F.), 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, aber nicht in den gleichen Mengen wie die primären Elemente.

Sie passen Biomoleküle nicht an, sondern sie werden in Gradienten der Zellkonzentration, der dielektrischen Signalübertragung von Neuronen und Neurotransmittern, zur Stabilisierung geladener Biomoleküle wie ATP und zur Bildung eines Teils des Knochengewebes eingesetzt.

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

Kalzium (Ca)

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

Es ist Teil des Knochengewebes von Wirbeltieren in Form von Hydroxylapatit (Ca3 (PO4) 2) 2, Ca (OH) 2 und seine Fixierung ist mit dem Verzehr von Vitamin D und Sonnenlicht verbunden. Das in ionischer Form vorliegende Calcium dient als wichtiger Regulator der Prozesse im zellulären Zytoplasma.

Kalzium beeinflusst die neuromuskuläre Erregbarkeit des Muskels (zusammen mit K-, Na- und Mg-Ionen und beteiligt sich an der Muskelkontraktion). Hypokalzämie führt zu Kolik-Tetanie. Es beteiligt sich auch an der Regulierung der Glykogensynthese in Nieren-, Leber- und Skelettmuskeln.

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

Calciumionen sind wichtige intrazelluläre Botenstoffe, die die Sekretion von Insulin im Blutkreislauf und die Sekretion von Verdauungsenzymen im Dünndarm beeinflussen.

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

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

Calcitonin fördert die Ablagerung von Kalzium in den Knochen, was seine Blutkonzentration senkt.

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 ist ein wesentlicher Bestandteil von Körpergeweben und -flüssigkeiten.

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

Natrium (Na)

Es ist ein wichtiges extrazelluläres Kation, es beteiligt sich an der Homöostase des Organismus. Es schützt den Körper vor übermäßigen Wasserverlusten durch die Natriumkanäle und ist an der Ausbreitung nervöser Erregung beteiligt.

Kalium (K)

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

Chlor (Cl)

Ein Halogen aus der Gruppe VII des Periodensystems. Es ist im Organismus von Lebewesen hauptsächlich als Chloridion vorhanden, das die positive Ladung von Metallionen stabilisiert (Biogene Elemente, S.F.).

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), Iod (I) usw.

Anteil von Bioelementen

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 oberhalb der Häufigkeit durchzuführen.

Zum Beispiel beträgt Kohlenstoff ungefähr 20% des Gewichts von Organismen, aber seine Konzentration in der Atmosphäre in Form von Kohlendioxid ist gering. Auf der anderen Seite bildet Stickstoff fast 80% der Erdatmosphäre, aber nur 3,3% des Stickstoffs bilden den menschlichen Körper.

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

Tabelle 1: Fülle der Bioelemente im Universum, in der Erde und im menschlichen Körper.

Biomoleküle

Die Bioelemente verbinden sich miteinander und können tausende verschiedener Moleküle bilden. Biomoleküle sind an der Bildung von Zellen beteiligt.

Diese können als anorganisch (Wasser und Mineralien) und organisch (Kohlenhydrate, Lipide, Aminosäuren und Nukleinsäuren) klassifiziert werden.

Die Biomoleküle sind als strukturelle Quader des Lebens bekannt, da sie die Ziegel oder Grundformen sind, in denen komplexere Moleküle zusammengesetzt sind.

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

Moleküle wie Lipide bilden die Zellmembran und lobiomoles einfachen Kohlenhydraten komplexe Kohlenhydrate wie Glykogen-Molekül sind.

Auch der Fall der stickstoffhaltigen Basen, die von den Ribose- oder Desoxyribose Kohlenhydratmoleküle verbinden sind RNA- und DNA-Sequenz, die den genetischen Code Kuss wird.

Referenzen

1. Bioelemente. (2009, 14. Dezember). Aus Wikiteka: wikipedia.de.
2. Bioelemente. (s.). Genommen von cronodon: cronodon.com.
3. Biogene Elemente. (S.F.) Genommen von chemlaba: chemlaba.wordpress.com.
4. BIOGENE ELEMENTE DER CHEMIE. (S.F.) Entnommen intranet.tdmu.edu.ua: intranet.tdmu.edu.ua.
5. Llull, R. (S. F.). Die Bestandteile der lebenden Materie. Genommen von bioluliaes: bioluliaes.wordpress.com.
6. Komitee für Planetenbiologie und chemische Evolution des National Research Council (US). (1990). Die kosmische Geschichte der biogenen Elemente und Verbindungen. in Die Suche nach dem Life Origins: Fortschritte und Perspektiven in Planetary Biologie und Chemische Evolution. Washington DC: Nationale Akademienpresse (US).
7. Rastogi, V. B. (2003). Moderne Biologie. Neu Dehli: pitanbar publizisng.