BIOELEMEK: OSZTÁLYOZÁS (ELSŐDLEGES ÉS MÁSODLAGOS) - BIOLÓGIA - 2026

A " bioelem " kifejezés az élő lényeket alkotó főbb kémiai elemekre utal. Egyes osztályozásokban ezeket elsődleges és másodlagos elemekre osztják.

A 87 ismert kémiai elem közül csak 34 alkot szerves anyagot, ebből 17-ből ismert, hogy valóban nélkülözhetetlenek az élethez. Ezen felül a 17 alapvető elem közül öt az élő szervezetek alkotó anyagának több mint 90% -át teszi ki.

Az elemek, az elsődleges és a szekunder bioelemek periódusos táblázata szintén feltüntetésre került (Forrás: Alejandro Porto a Wikimedia Commons segítségével)

A szerves anyag hat fő eleme: hidrogén (H, 59%), oxigén (O, 24%), szén (C, 11%), nitrogén (N, 4%), foszfor (P, 1%) és kén (S, 0,1-1%).

Ezek a százalékok tükrözik az egyes elemek atomszámát az élő sejtekből álló atomok teljes számához viszonyítva, és ezek az úgynevezett "elsődleges bioelemek".

A szekunder bioelemek sokkal kisebb arányban vannak jelen: kálium (K), magnézium (Mg), vas (Fe), kalcium (Ca), molibdén (Mo), fluor (F), klór (Cl), nátrium (Na), jód (I), réz (Cu) és cink (Zn).

A másodlagos elemek általában kofaktorok a katalitikus reakciókban, és részt vesznek a szervezetek sejtjeiben rejlő biokémiai és élettani folyamatokban.

Primer bioelemek

A szén-, hidrogén- és oxigénatomok a szerves anyagot alkotó molekulák szerkezeti alapjai, eközben a nitrogén, a foszfor és a kén kölcsönhatásba lép a különféle biomolekulákkal, hogy kiváltják a kémiai reakciókat.

Hidrogén

A hidrogén olyan kémiai elem, amely szobahőmérsékleten (25ºC) gáz halmazállapotban létezik, szobahőmérsékleten csak szilárd vagy folyékony állapotban létezhet, ha más molekulákhoz kötődik.

Úgy gondolják, hogy a hidrogénatomok az első atomok között képezik a korai világegyetemet. A kezelt elméletek azt sugallják, hogy a hidrogénatomok magjában lévő protonok összekapcsolódtak más elemek elektronaival, hogy összetettebb molekulákat képezzenek.

A hidrogén kémiailag kombinálható szinte bármilyen más elemmel, és így molekulákat képezhet, beleértve a vizet, a szénhidrátokat, a szénhidrogéneket stb.

Ez az elem felelős a „hidrogénkötésekként” ismert kötések kialakulásáért, amely a biomolekulák egyik legfontosabb gyenge kölcsönhatása, valamint a fehérjék és nukleinsavak háromdimenziós szerkezetének fenntartásáért felelős fő erő.

Szén

A szén számos biomolekula magját képezi. Atomjai kovalensen kombinálhatók négy másik, különböző kémiai elem atomjával, és magukkal is, hogy kialakítsák a nagyon összetett molekulák szerkezetét.

A szén, a hidrogén mellett, az egyik kémiai elem, amely a legtöbb vegyi vegyületet képezheti. Annyira, hogy az összes „szerves” besorolású anyag és vegyület főszerkezetében szénatomokat tartalmaz.

Egy aminosav általános szerkezete (Forrás: Felhasználó: Ppfk a Wikimedia Commons segítségével)

Az élő lények fő szénmolekulái között szerepel többek között a szénhidrátok (cukrok vagy szacharidok), fehérjék és aminosavak, nukleinsavak (DNS és RNS), lipidek és zsírsavak.

Oxigén

Az oxigén gáznemű elem, és a legkiterjedtebb az egész földkéregben. Számos szerves és szervetlen alkotóelemben jelen van, és szinte valamennyi kémiai elemmel vegyületeket képez.

Feladata a kémiai vegyületek oxidációja és az égés, amelyek szintén különféle oxidációs formák. Az oxigén nagyon elektronegatív elem, része a vízmolekulának, és részt vesz az élőlények nagy részének légzési folyamatában.

A reaktív oxigénfajok felelősek az oxidatív stresszért a sejtekben. Nagyon gyakori megfigyelni az oxidatív vegyületek által a sejtben található makromolekulák által okozott károkat, mivel ezek kiegyensúlyozatlanok a sejtek redukáló belsejében.

Nitrogén

A nitrogén szintén túlnyomórészt gáznemű, a Föld légkörének körülbelül 78% -át teszi ki. Fontos elem a növények és állatok táplálkozásában.

Állatokban a nitrogén az aminosavak alapvető része, amelyek viszont a fehérjék építőkövei. A fehérjék szerkezetű szövetek, és sokuk rendelkezik a szükséges enzimatikus aktivitással a sejtek számára sok létfontosságú reakció felgyorsításához.

A nitrogén olyan nukleinsavak alapvető részét képezi, amelyek nukleinsavakat, például a DNS-t és az RNS-t alkotják (Forrás: Fájl: Különbség DNS RNS-DE.svg: Sponk / * fordítás: Sponk a Wikimedia Commons segítségével)

A nitrogén jelen van a DNS és az RNS nitrogén alapjaiban, amelyek nélkülözhetetlen molekulák a genetikai információ szülőktől az utódokhoz történő továbbításához és az élő szervezetek sejtrendszerként történő megfelelő működéséhez.

mérkőzés

Ennek az elemnek a legszélesebb formája a természetben szilárd foszfátokként termékeny talajokban, folyókban és tavakban. Fontos elem az állatok és növények, valamint a baktériumok, gombák, protozoák és minden élőlény működése szempontjából.

Állatokban a foszfor az összes csontokban bőven megtalálható kalcium-foszfát formájában.

A foszfor elengedhetetlen az élethez, mivel ez egy olyan elem, amely része a DNS-nek, RNS-nek, ATP-nek és foszfolipideknek (a sejtmembránok alapvető alkotóelemei).

Ez a bioelem mindig részt vesz az energiaátadási reakciókban, mivel nagyon energikus kötésű vegyületeket képez, amelyek hidrolízisével a különböző sejtrendszereket mozgatják.

Kén

A ként általában szulfidok és szulfátok formájában találják meg. Különösen gazdag a vulkanikus területeken, és a cisztein és a metionin aminosavmaradványaiban található meg.

A fehérjékben a cisztein kénatomjai nagyon erős intra- vagy molekuláris kölcsönhatást alkotnak, amelyet "diszulfid hídnak" hívnak, amely elengedhetetlen a sejtfehérjék másodlagos, harmadlagos és kvaterner szerkezetének kialakításához.

Az A koenzim, a különféle funkciókkal rendelkező metabolikus közbenső termékek kénatomot tartalmaznak.

Ez az elem alapvető fontosságú számos olyan enzimatikus kofaktor szerkezetében, amelyek különböző fontos metabolikus folyamatokban vesznek részt.

Másodlagos bioelemek

A fentiekben említettek szerint a szekunder bioelemekben kevesebb arány található meg, mint a primerben, és a legfontosabbak a kálium, magnézium, vas, kalcium, nátrium és cink.

A másodlagos bioelemek vagy nyomelemek részt vesznek a növények sok fiziológiás folyamatában, a fotoszintézisben, a légzésben, a vákuum és a kloroplasztok celluláris ionos egyensúlyában, a szénhidrátoknak a filómába történő szállításában stb.

Ugyanez vonatkozik az állatokra és más szervezetekre is, ahol ezek az elemek - többé-kevésbé nélkülözhetetlenek és kevésbé bőségesek - számos olyan kofaktor részét képezik, amelyek szükségesek az egész sejtgép működéséhez.

Vas

A vas az egyik legfontosabb szekunder bioelem, mivel több energiás jelenségben is funkcionál. Nagyon fontos a természetes oxid redukciós reakciókban.

Emlősökben például a vas a hemoglobin nélkülözhetetlen részét képezi, amely fehérje felelős az oxigén szállításáért a vérben a vörösvértestekben vagy a vörösvértestekben.

A növényi sejtekben ez az elem néhány pigment részét képezi, mint például a klorofill, amelyek nélkülözhetetlenek a fotoszintézis folyamatához. Ez része a citokróm molekuláknak, szintén nélkülözhetetlen a légzéshez.

Cink

A tudósok úgy vélik, hogy a cink volt az eukarióta organizmusok megjelenésének egyik kulcseleme több millió évvel ezelőtt, mivel a replikációhoz szükséges DNS-kötő fehérjék, amelyek az "primitív eukariótákat" alkották, motívumként használták a cinket az Unió.

Az ilyen típusú fehérjékre példa a cink ujjak, amelyek részt vesznek a gén transzkripciójában, fehérje transzlációjában, metabolizmusában és fehérje összeállításában stb.

Kalcium

A kalcium az egyik leggazdagabb ásványi anyag a Földön; a legtöbb állatban fogakat és csontokat alkot kalcium-hidroxi-foszfát formájában. Ez az elem elengedhetetlen az izmok összehúzódásához, az idegimpulzusok átviteléhez és a véralvadáshoz.

Magnézium

A természetben a magnézium legnagyobb arányban szilárd formában, más elemekkel kombinálva található, nemcsak szabad állapotban. A magnézium emlősökben több mint 300 különböző enzimrendszer kofaktora.

A reakciók, amelyekben részt vesznek, a proteinszintézistől, az izommobilitástól és az idegfunkcióktól kezdve a vércukorszint és a vérnyomás szabályozásáig terjednek. A magnézium szükséges az élő szervezetek energiatermeléséhez, az oxidatív foszforilációhoz és a glikolízishez.

Ez hozzájárul a csontok fejlődéséhez is, és többek között a DNS, az RNS, a glutation szintéziséhez szükséges.

Nátrium és kálium

Két nagyon bőséges ion a sejt belsejében, és a belső és külső koncentráció változásai, valamint transzportjaik számos fiziológiai folyamat meghatározó tényezői.

A kálium a legelterjedtebb intracelluláris kation, fenntartja a sejt belsejében lévő folyadékmennyiséget és a transzmembrán elektrokémiai gradienseket.

Mind a nátrium, mind a kálium aktívan részt vesz az idegimpulzusok továbbításában, mivel ezeket a nátrium-kálium szivattyú szállítja. A nátrium is részt vesz az izmok összehúzódásában és a tápanyagok felszívódásában a sejtmembránon keresztül.

A szekunder bioelemek többi része: molibdén (Mo), fluor (F), klór (Cl), jód (I) és réz (Cu) fontos szerepet játszik sok élettani reakcióban. Ez azonban jóval kisebb arányt vesz igénybe, mint a fent kifejtett hat elem.

Irodalom

1. Egami, F. (1974). Kisebb elemek és evolúció. Journal of molecular evolution, 4 (2), 113-120.
2. Hackh, IW (1919). Bioelements; Az élő anyag kémiai elemei. The Journal of general fiziológia, 1 (4), 429
3. Kaim, W. és Rall, J. (1996). Réz - egy "modern" bioelem. Angewandte Chemie International Edition angol nyelven, 35 (1), 43-60.
4. Nemzeti Egészségügyi Intézetek. (2016). Magnézium: adatlap az egészségügyi szakemberek számára. Aktuális változat, 27.
5. Peñuelas, J., Fernández-Martínez, M., Ciais, P., Jou, D., Piao, S., Obersteiner, M.,… és Sardans, J. (2019). A bioelemek, az elemet és a biogeokémiai rést. Ecology, 100 (5), e02652
6. Skalny, AV (2014). Bioelemek és bioelementológia a farmakológiában és táplálkozásban: alapvető és gyakorlati szempontok. Farmakológiában és táplálkozási beavatkozásban a betegségek kezelésében. IntechOpen.
7. Solioz, M. (2018). Réz-A modern bioelem. Rézben és baktériumokban (1-9. Oldal). Springer, Cham.
8. Egészségügyi Világszervezet. (2015). Tájékoztató: Só.