Животът на планетата се определя от набор от взаимоотношения, при които има необикновен поток от информация и непрекъснат обмен на материя и енергия. Материята е всичко, което има маса и заема място в пространството, тя се състои от атоми, които са минималните единици, които я съставляват. Живите същества, водата, звездите, всичко, което ни заобикаля, се състои от атоми.
Разнообразието от химични елементи се дава от разнообразието от видове атоми. Всеки тип атом представлява различен химичен елемент. В момента са известни 105 химически елемента, от които 84 се намират по естествен път, а останалите са произведени изкуствено в лаборатории.
Както казахме, природата се състои от материя и следователно цялата жива материя също се състои от материя, която от своя страна се състои от атоми и тези елементи. Елементите, съставляващи живата материя, са известни с името Биоелементи, които от своя страна се класифицират според това дали са от съществено значение за живота или не: Първични биоелементи и вторични биоелементи
Основни елементи за живота
Първичните биоелементи са онези основни химични елементи, присъстващи в живата материя, в клетките, тъканите, органите и системите, които ги изграждат от най-простите до най-сложните. Както казахме преди, като цяло цялата материя, независимо дали е жива или не, се състои от атоми и всичко, което се състои само от един вид атоми, е известно като елемент, елементите, познати досега, са 105.
В конституцията на живата материя можем да намерим поне 70 стабилни химически елемента, на практика всички елементи, които съществуват на планетата, минус благородните газове. Около деветдесет и девет процента (99%) от цялата съществуваща жива материя, повечето от които са клетки, изградени от тези шест елемента: въглерод (С), водород (Н2), кислород (O2), Азот (N2); Фосфор (P) и сяра (S), които са най-богатите във въпроса живи, които намираме на земната повърхност. Те се наричат биоелементи, защото формират съществена част от основната или първичната конституция на тези на живите същества.
Видове биоелементи
Според това дали те са част от съществената конституция на биомолекулите на живата материя, биоелементите могат да бъдат класифицирани на: първични биоелементи и вторични биоелементи.
Първични биоелементи
Те са всички онези биоелементи, които са част от съществената конституция на живата материя, тъй като те са незаменима част при образуването на органични биомолекули: протеини, въглехидрати, липиди и нуклеинови киселини. Те съставляват нетната жива материя и са: Въглерод (С), водород (Н2), кислород (O2), Азот (N2); Фосфор (P) и сяра (S).
Въглерод (C)
Es същественият основен компонент на всички органични молекули, се появява във всички вериги като скелет, който придава форма и функция на органичните биомолекули. Всички органични съединения са изградени от въглеродни вериги, които образуват връзки с други елементи или съединения.
Той има четири електрона в най-външната си обвивка и може да образува ковалентни връзки с други въглероди, които му позволяват да образува дълги вериги от атоми (макромолекули). Тези връзки могат да бъдат единични, двойни или тройни. Те също могат да се свържат с различните образувани радикали от елементите (-H, = O, -OH, -NH2, -SH, H2PO4), наред с други, така че да позволява образуването на голям брой различни молекули, които ще се намесят в множество химически реакции и по този начин ще се възползват от разнообразието, присъстващо в околната среда.
Въглеродът е основен компонент за животните и растенията. Той е незаменима част от молекулата на глюкозата, важен въглехидрат за осъществяване на процеси като дишането; също се намесва във фотосинтезата, под формата на CO2 (въглероден двуокис).
Въглеродът също е част от друга макромолекула от съществено значение за живота, тази на ДНК, тази молекула съдържа генетичната информация, която придава на всеки индивид характеристиките, които не притежава и която от своя страна се използва от тялото за репликация и предаване на тази информация на техните потомци
Водород
Водородът, заедно с кислорода, е съществена част от органичните вещества. В случай на някои липиди, те имат само въглеродни и водородни атоми в тяхната структура. Електронният йон, който има водороден атом в последния му слой, ви позволява лесно да установите връзки с някой от основните биоелементи.
Ковалентната връзка, която се образува между въглерод и водород, е достатъчно силна, за да бъде стабилна, но не достатъчно силна, за да не позволи да се отдели и по този начин да позволи синтеза на други молекули. Образуваните молекули, само от водород и въглерод, са ковалентни на полярните (неразтворими във вода).
Оксигенът
Кислородът е най-електроотрицателният от всички първични биоелементи и когато се свърже с водорода, той привлича единствения си електрон, произхождащ от електрически полюси, така че радикалите -OH, -CHO и COOH са полярни радикали. Когато тези радикали заместват някои водороди от въглеродната верига и водороди като глюкоза (C6H12O6) пораждат молекули като вода, които са разтворими в полярни течности.
Кислородът, поради своята електроотрицателност, има способността да привлича електрони от други атоми. Този процес задължително включва разкъсване на връзките и освобождаване на големи количества енергия. Въглеродните и кислородните съединения реагират с какво е известно като аеробно дишане, и това е често срещан начин за получаване на енергия. Друг начин за получаване на енергия е ферментацията, която е намалена, тъй като водораслите и растенията, чрез фотосинтеза, са започнали да произвеждат кислород за примитивната атмосфера.
Процесът на окисляване на биологичните съединения се извършва чрез изваждане на водородните атоми от въглеродните атоми. Кислородът, като е по-електроотрицателен, упражнява по-голяма сила върху водородния електрон, отколкото върху въглеродния електрон, така че той е в състояние да го стартира.
Така се образува вода, с водород плюс кислород и се отделя голямо количество енергия, от която се възползват живите същества. Тъй като въглеродният атом започва да споделя електрон с водород, като споделя по-малко електрони с кислород, той изпитва загуба на електрони, т.е. окислява се.
Азот
Азотът е елемент, който е около 78% част от атмосферата. Също така е съществен компонент на протеините на дезоксирибонуклеинова киселина (ДНК), отговорен за предаването на наследствени знаци от родители на деца. ДНК присъства във всички клетки на тялото, откъдето идва и значението на азота за живите същества.
По принцип азотът не може да се абсорбира директно, а като част от други съединения като нитрати, нитрити или амониеви съединения, които го съдържат. Преди да се използва от живи същества, азотът трябва да премине през няколко етапа:
- Амонификация, процес, при който азотът се трансформира в амоняк.
- Нитрификация, която се състои в трансформиране на амоняк в нитрити и нитрати.
- Процесът на фиксиране, през който азотът преминава през няколко процеса, за да стане нитрит или нитрат, и двете вещества, които могат да се използват от живите същества
Азотът се намира в аминокиселините, т.е. в молекулите, които изграждат протеини, образувайки аминогрупи (-NH2) и в азотните основи на нуклеиновите киселини. Азотът е най-разпространеният газ в атмосфератаВъпреки това много малко организми са в състояние да се възползват от това. Почти целият азот, включен в живата материя от водорасли и растения, се абсорбира под формата на нитратен йон (NH3).
Азотът е много лесен за образуване на съединения както с водород (NH3) както при кислорода (NO-), което му позволява да преминава от едната форма в другата, като по този начин освобождава енергия.
Сяра Като компонент на протеиновите основни аминокиселини, витамини и важни хормони, сярата е от съществено значение както за хората, така и за животните.
Сярата представлява 0.25% от теглото на нашето тяло, това означава, че средностатистическото тяло на възрастен човек съдържа около 170 грама сяра, голяма част от която се съдържа в аминокиселините. Сярата е част от жлъчните киселини, от съществено значение за храносмилането и усвояването на мазнините. Помага за поддържане на здрава кожа, коса и нокти и има основна роля в образуването на тъкани. Сярата обикновено присъства в зеленчуци като репички, моркови, млечни продукти, сирене, морски дарове и месо.
Съвпадението
Количеството фосфор в атмосферата е незначително. Най-големият резерв от фосфор се намира в морските седименти. Почвите съставляват по важност вторият склад на природата на фосфор. Можем да го открием и в земната кора като компонент на различни минерали поради ефекта на химическото изветряне, фосфатите се отделят от минерала, той се разтваря и транспортира по вода.
Част от фосфатите се утаява, главно под формата на калциев фосфат, а друга част достига до моретата, където се натрупват големи количества фосфор, съставляващи така наречените фосфорни капани.
Фосфор под формата на органичен фосфат, е изключително важно за живата материя, тъй като:
- Той е един от компонентите на нуклеиновите киселини (РНК и ДНК, които съставляват генетичния материал на организмите
- Той се среща като компонент на аденозин трифосфат, който е почти универсален клетъчен енергиен източник в живата материя.
- Той е един от компонентите на костите.