Bioelementi: Classificazione (primaria e secondaria)

Bioelementi o elementi biogenici (bio = vita, genetica = inizio) sono quegli elementi chimici che costituiscono la materia degli esseri viventi.

Ci sono circa 70 di questi elementi, che variano in proporzioni diverse e non tutti sono presenti in tutti gli esseri viventi (Bioelements, 2009).

Tutta la materia nell'universo si presenta sotto forma di atomi di un piccolo numero di elementi. Ci sono 92 elementi chimici naturali nell'universo.

Dal nostro punto di vista terrestre è difficile concepire forme di vita in cui gli elementi idrogeno, carbonio, ossigeno, azoto, zolfo e fosforo non giocano un ruolo predominante (ELEMENTI CHIMICI BIOGENICI., SF).

Il fatto che giochino davvero questo ruolo in tutto l'universo sembra molto probabile, in parte perché (a parte il fosforo), questi sono gli elementi più abbondanti nell'intero cosmo oltre ad essere prodotti in quantità significative tra gli elementi costitutivi dei pianeti terrestri .

Inoltre, la sua chimica è particolarmente adatta allo sviluppo di strutture e funzioni complesse che sono caratteristiche dei sistemi viventi.

Poiché il Sole ei pianeti si formarono solo 4, 6 miliardi di anni fa in un universo la cui età ha forse 15 miliardi di anni, è evidente che questi "elementi biogenici" hanno vissuto una lunga e complessa storia chimica prima di entrare nell'universo. biochimica terrestre.

Al momento non è noto se questa storia precedente abbia avuto un ruolo diretto nell'origine della vita sulla Terra.

Ciò che è chiaro è che l'astrochimica è in gran parte la chimica degli elementi biogenici e che la comprensione della natura e dell'evoluzione della complessità chimica in tutto l'universo è cruciale per comprendere sia il precoce stato chimico del nostro sistema solare, sia la frequenza con cui esistono condizioni correlate in altre parti della nostra galassia e in altre galassie (Comitato del Consiglio Nazionale delle Ricerche (US) per la biologia planetaria e l'evoluzione chimica., 1990).

Classificazione dei bioelementi

Secondo la loro quantità nella costituzione delle biomolecole, i bioelementi sono classificati come elementi primari, secondari e in tracce (Rastogi, 2003).

1- bioelementi primari

I bioelementi primari sono quelli che sono in maggiore quantità (circa il 96% della materia vivente) e sono quelli che costituiscono la maggior parte delle biomolecole organiche (carboidrati, lipidi, proteine ​​e acidi nucleici).

Questi elementi sono caratterizzati dall'essere leggeri (basso peso atomico) e abbondanti. I bioelementi primari sono carbonio, idrogeno, ossigeno, azoto, fosforo e zolfo.

Carbonio (C)

È il bioelemento principale che costituisce le biomolecole. Ha la capacità di assemblare per formare grandi catene carbonio-carbonio mediante legami singoli, doppi o tripli, nonché strutture cicliche.

Può incorporare una varietà di gruppi funzionali come l'ossigeno, l'idrossido, il fosfato, l'ammino, il nitro, ecc., Risultando in un'enorme varietà di molecole diverse.

L'atomo di carbonio è probabilmente uno dei bioelementi più importanti dal momento che tutte le biomolecole contengono carbonio. Si possono trovare, ad esempio, lipidi senza fosforo o azoto (ad esempio colesterolo) ma non ci sono biomolecole senza carbonio.

Idrogeno (H)

È uno dei componenti della molecola d'acqua, che è essenziale per la vita, e fa parte degli scheletri di carbonio delle molecole organiche.

Maggiore è il numero di molecole di idrogeno in una biomolecola, più sarà ridotto e maggiore sarà la capacità di ossidarsi, producendo più energia.

Ad esempio, gli acidi grassi hanno più elettroni dei carboidrati, quindi hanno la capacità di produrre più energia quando degradati.

Ossigeno (O)

È l'altro elemento che costituisce la molecola d'acqua. È un elemento molto elettronegativo che consente una maggiore produzione di energia attraverso la respirazione aerobica.

Inoltre, i legami polari con l'idrogeno, con conseguente radicali polari solubili in acqua.

Azoto (N)

Elemento che è presente in tutti gli amminoacidi. Attraverso l'azoto, gli aminoacidi hanno la capacità di formare un legame peptidico per produrre proteine.

Questo bioelemento si trova anche nelle basi azotate degli acidi nucleici. È eliminato dall'organismo sotto forma di urea.

Una delle prime biomolecole da formare era l'ATP, a causa dell'abbondanza di azoto nell'atmosfera terrestre. L'azoto è parte dell'adenosina dell'ATP.

Fosforo (P)

Il gruppo si trova principalmente come fosfato (PO ₄ 3-) che fa parte dei nucleotidi. Collegamenti di forma ricchi di energia che consentono una facile condivisione (ATP).

È anche importante nella struttura del DNA poiché forma un legame di tipo fofodiestere con i nucleotidi per formare questa molecola.

Zolfo (S)

Bioelemento che si trova principalmente come un gruppo sulfidrilico (-SH) che fa parte di aminoacidi come la cisteina, in cui i legami del disolfuro sono essenziali per creare stabilità nella struttura terziaria e quaternaria delle proteine.

Si trova anche nel coenzima A, essenziale per varie vie metaboliche universali, come il ciclo di Krebs (Llull, SF). È il bioelemento principale più pesante che esiste dal momento che il suo peso atomico è di 36 g / mol.

2- Bioelementi secondari

Questi tipi di elementi sono presenti anche in tutti gli esseri viventi ma non nelle stesse quantità degli elementi primari.

Non conformano le biomolecole ma sono utilizzate in gradienti di concentrazione cellulare, segnalazione dielettrica di neuroni e neurotrasmettitori, stabilizzano biomolecole cariche come ATP e fanno parte del tessuto osseo.

Questi bioelementi sono calcio (Ca), sodio (Na), potassio (K), magnesio (Mg) e cloro (Cl). I più abbondanti sono sodio, potassio, magnesio e calcio.

Calcio (Ca)

Il calcio è essenziale per gli esseri viventi poiché le piante richiedono calcio per costruire le pareti cellulari.

Fa parte del tessuto osseo vertebrato sotto forma di idrossiapatite (Ca3 (PO4) 2) 2, Ca (OH) 2 e la sua fissazione è correlata al consumo di vitamina D e luce solare. Il calcio presente in forma ionica, funge da importante regolatore dei processi nel citoplasma cellulare.

Il calcio influenza l'eccitabilità neuromuscolare del muscolo (insieme agli ioni K, Na e Mg e partecipa alla contrazione muscolare). L'ipocalcemia porta alla colica-tetania. Partecipa anche alla regolazione della sintesi del glicogeno nei reni, fegato e muscolo scheletrico.

Il calcio diminuisce la permeabilità della membrana cellulare e della parete dei capillari, causando i suoi effetti antinfiammatori, antiududenti e antiallergici. È anche necessario che il sangue si coaguli.

Gli ioni di calcio sono importanti messaggeri intracellulari, che influenzano la secrezione di insulina nella circolazione e la secrezione degli enzimi di digestione nell'intestino tenue.

Il riassorbimento del calcio è influenzato dalla relazione reciproca tra calcio e fosfato nel contenuto intestinale e dalla presenza di colecalciferolo, che regola il riassorbimento attivo di calcio e fosforo.

Lo scambio di calcio e fosfati è regolato ormonalmente con l'ormone paratideo e la calcitonina. L'ormone paratiroideo rilascia calcio dalle ossa nel sangue.

La calcitonina favorisce la deposizione di calcio nelle ossa, che ne riduce la concentrazione nel sangue.

Magnesio (Mg)

Il magnesio è un bioelemento secondario che fa parte delle biomolecole poiché è un cofattore di clorofilla. Il magnesio è un tipico catione intracellulare ed è una parte essenziale dei tessuti e dei liquidi corporei.

È presente nello scheletro (70%) e nei muscoli degli animali e tra le sue funzioni è quello di stabilizzare la carica negativa dei fosfati della molecola di ATP.

Sodio (Na)

È un importante catione extracellulare, partecipa all'omeostasi dell'organismo. Protegge il corpo da eccessive perdite d'acqua attraverso i canali del sodio e partecipa alla propagazione dell'eccitazione nervosa.

Potassio (K)

Partecipa all'omeostasi dell'organismo e alla propagazione dell'eccitazione nervosa attraverso i canali del potassio. La carenza di potassio può portare all'arresto cardiaco.

Cloro (Cl)

Un alogeno dal gruppo VII della tavola periodica. È presente nell'organismo degli esseri viventi principalmente come ione cloruro che stabilizza la carica positiva degli ioni metallici (elementi biogenici, SF).

3- Elementi in tracce

Sono presenti in alcuni esseri viventi. Molti di questi oligoelementi agiscono come cofattori negli enzimi.

Gli oligoelementi sono Boro (B), Bromo (Br), Rame (Cu), Fluoro (F), Manganese (Mn), Silicio (Si), Ferro (Fe), Iodio (I), ecc.

Proporzione di bioelementi

C'è una differenza nella proporzione dei bioelementi negli organismi e nell'atmosfera, nell'idrosfera o nella crosta terrestre, che è indicativa di una selezione di elementi più adeguati per formare strutture ed eseguire funzioni specifiche al di sopra dell'abbondanza.

Ad esempio, il carbonio rappresenta circa il 20% del peso degli organismi, ma la sua concentrazione nell'atmosfera sotto forma di anidride carbonica è bassa. D'altra parte, l'azoto costituisce quasi l'80% dell'atmosfera terrestre, ma solo il 3, 3% dell'azoto costituisce il corpo umano.

La seguente tabella mostra la proporzione di alcuni bioelementi negli organismi viventi rispetto al resto della Terra (Bioelementi, nd):

Tabella 1: abbondanza dei bioelementi nell'universo, nella terra e nel corpo umano.

biomolecole

I bioelementi si combinano tra loro e possono formare migliaia di molecole diverse. Le biomolecole sono coinvolte nella costituzione delle cellule.

Questi possono essere classificati inorganici (acqua e minerali) e organici (carboidrati, lipidi, amminoacidi e acidi nucleici).

Le biomolecole sono conosciute come i blocchi strutturali della vita poiché sono i mattoni o le muffe di base in cui sono composte molecole più complesse.

Ad esempio, gli amminoacidi sono i conci strutturali delle proteine. La sequenza aminoacidica determina la struttura primaria di una proteina.

Molecole come i lipidi formano la membrana cellulare ei lobiomoli semplici carboidrati formano carboidrati complessi come nel caso della molecola di glicogeno.

C'è anche il caso delle basi azotate, che, quando si legano al ribosio carboidrato o al desossiribosio, formano l'RNA e le molecole di DNA dove la loro sequenza sarà un bacio dal codice genetico.