Вселенная состоит из ряда химических элементов, которые также повторяются в живых существах, где они присутствуют в разных пропорциях. Таким образом, химические элементы, которые образуют органические и неорганические молекулы с различными функциями, необходимыми для жизни, и называются биоэлементами.
Что такое биоэлементы?
Биоэлементы, которые также называются биогенными элементами
(от "био" - "жизнь" и "генезис" - "происхождение", т.е. они порождают живые формы), являются химическими элементами, составляющими живые существа и могут быть найдены как самостоятельно, так и совместно с другими, образующими биомолекулы. Существует около 70 биоэлементов, хотя не все они присутствуют во всех живых организмах и не в одинаковых пропорциях.
Среди наиболее распространенных элементов - кислород, углерод, водород и азот. Любопытно, что, за исключением кислорода и водорода, другие биоэлементы не являются распространенными химическими элементами в физической среде, и тем не менее они незаменимы для поддержания жизни.
Причина этого кроется в ряде общих для этих биогенных элементов характеристик и свойств, среди которых встречаются:
- Способность устанавливать устойчивые ковалентные связи между собой благодаря их малой атомной массе, которая, наряду с тем, что электроны, которыми они делятся, находятся близко к ядру, способствует образованию стабильных молекул.
- Ковалентные связи между биоэлементами, особенно когда речь идет
о кислороде или азоте, часто приводят к образованию водорастворимых полярных молекул, являющихся средой,
в которой происходят биологические реакции, и поэтому облегчают их. - Биоэлементы легко потребляются живыми организмами
из окружающей среды, поскольку они являются частью простых молекул, таких как H2O или CO2, что облегчает непрерывный обмен этими элементами между физической средой и живой материей.
Классификация биологических элементов в первичной и вторичной среде
Существуют различные типы биоэлементов, классифицированные
в соответствии с их относительной распространенностью в большинстве живых организмов (существенные микроэлементы и несущественные микроэлементы).
Большинство биоэлементов характеризуются постоянным присутствием в живых организмах. В рамках этой группы выделяются две подгруппы биоэлементов: первичные и вторичные биоэлементы.
Первичные биоэлементы
Первичные биоэлементы находятся примерно в 95% живой материи и необходимы для образования биомолекул. К первичным биоэлементам относятся:
- Углерод: важный элемент в формировании углеводородных цепочек посредством одинарных или двойных связей, которые служат скелетом крупных молекул.
- Водород: другой важный элемент углеводородных цепочек, помимо того, что он входит в состав молекулы воды.
- Кислород: входит в состав таких незаменимых молекул, как H2O, CO2.
- Азот: составной элемент аминокислот и нуклеиновых кислот, обычно присутствующих в аминокислотах (NH2).
- Фосфор: необходим для синтеза АТФ (аденозинтрифосфат), необходимой молекулы для обеспечения энергии в биохимических реакциях, происходящих в живых организмах.
- Сера: структурный компонент белков, образующий дисульфидные связи.
Вторичные биоэлементы
Вторичных биоэлементов намного меньше, чем первичных, но их роль
в клеточной физиологии существенна. К вторичным биоэлементам относятся:
- Кальций: обычно встречается в природе, образуя карбонат кальция, основной элемент в скелетах и раковинах ракообразных, моллюсков и многих других живых организмов. Кальций также участвует
в процессах сокращения мышц. - Натрий: наряду с калием и хлором, натрий присутствует во внутренней клеточной среде и является основой для поддержания солености и баланса электрических зарядов в клеточной плазменной мембране. Он также играет важную роль в передаче нервных импульсов.
- Калий: участвует в передаче нервных импульсов вместе с натрием.
- Магний: выступает в качестве связки различных ферментов, а также входит в состав хлорофилла.
- Хлор: сохраняет полярность внутри клетки и проницаемость клеточных мембран.
Существенные и несущественные микроэлементы
Существенные микроэлементы находятся в живых организмах
в пропорции, не превышающей 0,1%, а их отсутствие или избыток могут вызвать серьезные недостатки и проблемы в организме.
В группу включены основные микроэлементы:
- Железо: незаменимый элемент в гемоглобине (для переноса кислорода) и цитохромах дыхательной цепи.
- Марганец: является частью различных ферментов, таких как супероксиддисмутаза, обладающих антиоксидантной активностью.
- Медь: соединение пигментного гемоцианина.
- Цинк: участвует в процессах роста, синтезе инсулина и защите иммунной системы.
- Фторид: обеспечивает крепость костей и зубов.
- Йод: фундаментальный элемент в образовании гормона щитовидной железы тироксина.
- Бор: необходим для поддержания клеточной стенки растений.
- Кремний: необходим для формирования скелета и наполнение кальцием костей.
- Хром: участвует в метаболизме сахаров и способствует введению глюкозы в клетки.
- Ванадий: необходим некоторым организмам, кроме человека.
- Кобальт: входит в состав витамина В12, необходимого для правильного функционирования нервной системы.
- Селен: обладает антиоксидантными свойствами и важен для правильного функционирования мышц.
- Молибден: участвует в производстве мочевой кислоты и способствует правильному функционированию фермента, отвечающего
за метаболизм железа. - Олово: полезен для иммунной системы и необходим для определенных биоэлектрических функций.
Наконец, несущественные микроэлементы состоят из тех химических элементов, которые играют в них важную функциональную роль.
Биомолекулы выполняют структурные функции (белки, липиды и минеральные соли), энергетические функции (углеводы и липиды) или являются катализаторами реакций (например, ферменты, которые являются белками).
