BIOELEMENTE: CLASIFICARE (PRIMARĂ ȘI SECUNDARĂ) - BIOLOGIE - 2025

„ Bioelement ” este un termen folosit pentru a face referire la elementele chimice principale care compun ființele vii. În unele clasificări, acestea sunt împărțite în elemente primare și elemente secundare.

Dintre cele 87 de elemente chimice cunoscute, doar 34 alcătuiesc materie organică, iar 17 dintre acestea 34 sunt cunoscute a fi cu adevărat indispensabile pentru viață. În plus, dintre aceste 17 elemente esențiale, cinci constituie mai mult de 90% din materia care formează organisme vii.

Tabelul periodic al elementelor, bioelementele primare și secundare sunt, de asemenea, indicate (Sursa: Alejandro Porto prin Wikimedia Commons)

Cele șase elemente principale în materie organică sunt hidrogen (H, 59%), oxigen (O, 24%), carbon (C, 11%), azot (N, 4%), fosfor (P, 1%) și sulf (S, 0,1 până la 1%).

Aceste procente reflectă numărul de atomi ai fiecărui element în raport cu numărul total de atomi care alcătuiesc celulele vii și acestea sunt ceea ce sunt cunoscute sub denumirea de „bioelemente primare”.

Bioelementele secundare se găsesc într-o proporție mult mai mică și sunt potasiu (K), magneziu (Mg), fier (Fe), calciu (Ca), molibden (Mo), fluor (F), clor ( Cl), sodiu (Na), iod (I), cupru (Cu) și zinc (Zn).

Elementele secundare sunt de obicei cofactori în reacțiile catalitice și participă la multe dintre procesele biochimice și fiziologice inerente celulelor organismelor.

Bioelemente primare

Atomii de carbon, hidrogen și oxigen sunt baza structurală a moleculelor care alcătuiesc materia organică, între timp azotul, fosforul și sulful interacționează cu diferite biomolecule pentru a provoca reacții chimice.

Hidrogen

Hidrogenul este un element chimic care există sub formă gazoasă la temperatura camerei (25ºC), el poate exista doar în stare solidă sau lichidă la temperatura camerei atunci când este legat de alte molecule.

Se consideră că atomii de hidrogen sunt printre primii atomi care alcătuiesc universul timpuriu. Teoriile care sunt tratate propun că protonii conținuți în nucleul atomilor de hidrogen au început să se asocieze cu electronii altor elemente pentru a forma molecule mai complexe.

Hidrogenul poate combina chimic cu aproape orice alt element pentru a forma molecule, printre care se numără apa, carbohidrații, hidrocarburile etc.

Acest element este responsabil pentru formarea legăturilor cunoscute sub numele de „legături de hidrogen”, una dintre cele mai importante interacțiuni slabe pentru biomolecule și principala forță responsabilă pentru menținerea structurilor tridimensionale ale proteinelor și acizilor nucleici.

Carbon

Carbonul formează nucleul multor biomolecule. Atomii săi se pot combina covalent cu alți patru atomi de elemente chimice diferite și, de asemenea, cu ei înșiși pentru a forma structura moleculelor extrem de complexe.

Carbonul, împreună cu hidrogenul, este unul dintre elementele chimice care pot forma cel mai mare număr de compuși chimici diferiți. Atât de mult încât toate substanțele și compușii clasificați drept „organici” conțin atomi de carbon în structura lor principală.

Structura generală a unui aminoacid (Sursa: Utilizator: Ppfk prin Wikimedia Commons)

Printre principalele molecule de carbon ale ființelor vii sunt carbohidrații (zaharuri sau zaharide), proteinele și aminoacizii lor, acizii nucleici (ADN și ARN), lipidele și acizii grași, printre altele.

Oxigen

Oxigenul este un element gazos și este cel mai abundent din toată scoarța terestră. Este prezent în multe componente organice și anorganice și formează compuși cu aproape toate elementele chimice.

Este responsabil pentru oxidarea compușilor chimici și a combustiei, care sunt de asemenea diferite forme de oxidare. Oxigenul este un element foarte electronegativ, face parte din molecula de apă și participă la procesul de respirație al unei mari părți a ființelor vii.

Speciile de oxigen reactiv sunt responsabile pentru stresul oxidativ din interiorul celulelor. Este foarte obișnuit să se observe deteriorarea cauzată de compușii oxidanți macromoleculelor din interiorul celulei, deoarece acestea dezechilibrează reducerea interiorului celulelor.

Azot

Azotul este, de asemenea, predominant gazos, reprezentând aproximativ 78% din atmosfera Pământului. Este un element important în nutriția plantelor și animalelor.

La animale, azotul este o parte fundamentală a aminoacizilor care, la rândul lor, sunt blocurile de construcție pentru proteine. Proteinele structurează țesuturile și multe dintre ele au activitatea enzimatică necesară pentru a accelera multe dintre reacțiile vitale pentru celule.

Azotul este o parte fundamentală a bazelor azotate care alcătuiesc acizi nucleici precum ADN-ul și ARN-ul (Sursa: File: Difference DNA RNA-DE.svg: Sponk / * traducere: Sponk prin Wikimedia Commons)

Azotul este prezent în bazele azotate ale ADN-ului și ARN-ului, molecule esențiale pentru transferul informațiilor genetice de la părinți la urmași și pentru buna funcționare a organismelor vii ca sisteme celulare.

Meci

Cea mai abundentă formă a acestui element în natură este fosfatul solid în solurile fertile, râurile și lacurile. Este un element important pentru funcționarea animalelor și plantelor, dar și a bacteriilor, ciupercilor, protozoarelor și a tuturor ființelor vii.

La animale, fosforul se găsește în abundență în toate oasele, sub formă de fosfat de calciu.

Fosforul este esențial pentru viață, deoarece este și un element care face parte din ADN, ARN, ATP și fosfolipide (componente fundamentale ale membranelor celulare).

Acest bioelement este întotdeauna implicat în reacții de transfer de energie, deoarece formează compuși cu legături foarte energetice, a căror hidroliză este utilizată pentru a deplasa diferite sisteme celulare.

Sulf

Sulful este frecvent întâlnit sub formă de sulfuri și sulfați. Este deosebit de abundent în zonele vulcanice și este prezent în resturile de aminoacizi cisteină și metionină.

În proteine, atomii de sulf ale cisteinei formează o interacțiune foarte puternică intra- sau intermoleculară cunoscută sub numele de „punte disulfură”, care este esențială pentru formarea structurii secundare, terțiară și cuaternară a proteinelor celulare.

Coenzima A, un intermediar metabolic cu o mare varietate de funcții, are un atom de sulf în structura sa.

Acest element este, de asemenea, fundamental în structura multor cofactori enzimatici care participă la diferite căi metabolice importante.

Bioelemente secundare

Așa cum am menționat mai sus, bioelementele secundare sunt cele care se găsesc într-o proporție mai mică decât cele primare și cele mai importante sunt potasiu, magneziu, fier, calciu, sodiu și zinc.

Bioelementele secundare sau oligoelementele sunt implicate în multe dintre procesele fiziologice ale plantelor, în fotosinteză, în respirație, în echilibrul ionic celular al vacuolului și cloroplastelor, în transportul carbohidraților la floem etc.

Acest lucru este valabil și pentru animale și alte organisme, unde aceste elemente, mai mult sau mai puțin dispensabile și mai puțin abundente, fac parte din numeroase cofactoare necesare funcționării întregului utilaj celular.

Fier

Fierul este unul dintre cele mai importante bioelemente secundare, deoarece are funcții în fenomene energetice multiple. Este foarte important în reacțiile de reducere a oxidului natural.

La mamifere, de exemplu, fierul este o parte esențială a hemoglobinei, proteina care este responsabilă pentru transportul oxigenului în sânge în eritrocite sau globule roșii.

În celulele vegetale acest element face parte și din unii pigmenți cum ar fi clorofila, esențiali pentru procesele fotosintetice. Face parte din moleculele citocromului, esențiale și pentru respirație.

Zinc

Oamenii de știință consideră că zincul a fost unul dintre elementele cheie în apariția organismelor eucariote cu milioane de ani în urmă, deoarece multe dintre proteinele care leagă ADN-ul pentru replicare care alcătuiau „eucariotele primitive” foloseau zincul ca motiv de Unire.

Un exemplu de acest tip de proteine ​​sunt degetele de zinc, care sunt implicate în transcrierea genelor, traducerea proteinelor, metabolismul și asamblarea proteinelor etc.

Calciu

Calciul este unul dintre cele mai abundente minerale de pe planeta Pământ; la majoritatea animalelor, acesta formează dinți și oase sub formă de hidroxifosfat de calciu. Acest element este esențial pentru contracția musculară, transmiterea impulsurilor nervoase și coagularea sângelui.

Magneziu

Cea mai mare proporție de magneziu în natură se găsește în formă solidă combinată cu alte elemente, nu se găsește numai în stare liberă. Magneziul este un cofactor pentru mai mult de 300 de sisteme de enzime diferite la mamifere.

Reacțiile la care participă variază de la sinteza proteinelor, mobilitatea musculară și funcția nervoasă, până la reglarea nivelului glicemiei și a tensiunii arteriale. Magneziul este necesar pentru producerea de energie în organismele vii, pentru fosforilarea oxidativă și glicoliză.

De asemenea, contribuie la dezvoltarea oaselor și este necesar pentru sinteza de ADN, ARN, glutation, printre altele.

Sodiu și potasiu

Sunt doi ioni foarte abundenți în interiorul celulelor și variațiile concentrațiilor interne și externe, precum și transportul lor, sunt factori determinanți pentru multe procese fiziologice.

Potasiul este cel mai abundent cation intracelular, menține volumul de lichid din interiorul celulei și gradienții electrochimici transmembranari.

Atât sodiul cât și potasiul sunt implicate activ în transmiterea impulsurilor nervoase, deoarece sunt transportate de pompa sodiu-potasiu. Sodiul participă, de asemenea, la contracția musculară și la absorbția nutrienților prin membrana celulară.

Restul bioelementelor secundare: molibden (Mo), fluor (F), Clor (Cl), iod (I) și cupru (Cu) joacă un rol important în multe reacții fiziologice. Cu toate acestea, acestea sunt necesare într-o proporție mult mai mică decât cele șase elemente explicate mai sus.

Referințe

1. Egami, F. (1974). Elemente minore și evoluție. Jurnalul evoluției moleculare, 4 (2), 113-120.
2. Hackh, IW (1919). bioelemente; Elemente chimice ale materiei vii. Jurnalul de fiziologie generală, 1 (4), 429
3. Kaim, W., & Rall, J. (1996). Cuprul - un bioelement „modern”. Angewandte Chemie International Edition în engleză, 35 (1), 43-60.
4. Institute Naționale de Sănătate. (2016). Magneziu: fișă tehnică pentru profesioniștii din domeniul sănătății Versiunea curentă, 27.
5. Peñuelas, J., Fernández - Martínez, M., Ciais, P., Jou, D., Piao, S., Obersteiner, M., … & Sardans, J. (2019). Bioelementele, elementomul și nișa bioeochimică. Ecologie, 100 (5), e02652
6. Skalny, AV (2014). Bioelemente și bioelementologie în farmacologie și nutriție: aspecte fundamentale și practice. În farmacologie și intervenție nutrițională în tratamentul bolilor. IntechOpen.
7. Solioz, M. (2018). Copper-A Modern Bioelement. În cupru și bacterii (pp. 1-9). Springer, Cham.
8. Organizația Mondială a Sănătății. (2015). Fișă tehnică: sare.