Život na planeti određen je nizom odnosa u kojima postoji izvanredan protok informacija i kontinuirana razmjena materije i energije. Materija je sve ono što ima masu i zauzima mjesto u svemiru, čine je atomi, koji su minimalne jedinice koje je čine. Živa bića, voda, zvijezde, sve što nas okružuje, sastoji se od atoma.
Raznolikost hemijskih elemenata daje raznolikost vrsta atoma. Svaka vrsta atoma čini drugačiji hemijski element. Trenutno je poznato 105 hemijskih elemenata, od kojih je 84 prirodno, a ostatak je umjetno proizveden u laboratorijama.
Kao što smo rekli, prirodu čine materiju, pa je i sva živa tvar također sastavljena od materije, koja se pak sastoji od atoma i ovih elemenata. Elementi koji čine živu materiju poznati su pod nazivom Bioelementi, a oni su klasificirani prema tome jesu li ili nisu bitni za život u: Primarni bioelementi i sekundarni bioelementi
Bitni elementi za život
Primarni bioelementi su oni esencijalni hemijski elementi, prisutni u živoj tvari, u ćelijama, tkivima, organima i sistemima koji ih čine od najjednostavnijih do najsloženijih. Kao što smo ranije rekli, svu materiju, općenito, bila ona živa ili ne, čine atomi, a sve što se sastoji od samo jedne vrste atoma poznato je kao element, elementi, poznati do sada, su 105.
U konstituciji žive materije možemo pronaći najmanje 70 stabilnih hemijskih elemenata, praktično svih elemenata koji postoje na planeti, minus plemeniti plinovi. Otprilike devedeset i devet posto (99%) sve postojeće žive materije, uglavnom, njene ćelije sastoje se od ovih šest elemenata: ugljenik (C), vodonik (H2), kiseonik (O.2), Dušik (br2); Fosfor (P) i sumpor (S) koji su najzastupljeniji po tom pitanju žive koje nalazimo na zemljinoj površini. Nazivaju se bioelementi jer čine bitan dio osnovnog ili primarnog ustava živih bića.
Vrste bioelemenata
Prema tome čine li ili ne dio bitne konstitucije biomolekula žive materije, bioelementi se mogu klasificirati na: primarne i sekundarne bioelemente.
Primarni bioelementi
Oni su svi oni bioelementi koji su dio bitne konstitucije žive materije, jer su neizostavni dio u stvaranju organskih biomolekula: proteina, ugljikohidrata, lipida i nukleinskih kiselina. Oni čine neto živu materiju i to su: Ugljik (C), vodik (H2), kiseonik (O.2), Dušik (br2); Fosfor (P) i sumpor (S).
Ugljenik (C)
Es bitna osnovna komponenta svih organskih molekula, pojavljuje se u svim lancima kao kostur koji daje oblik i funkciju organskim biomolekulama. Sva organska jedinjenja su sačinjena od ugljeničnih lanaca koji tvore veze sa drugim elementima ili jedinjenjima.
U vanjskoj ljusci ima četiri elektrona i može stvoriti kovalentne veze s drugim ugljenicima koji mu omogućavaju stvaranje dugih lanaca atoma (makromolekula). Te obveznice mogu biti jednostruke, dvostruke ili trostruke. Oni se takođe mogu vezati za različite nastale radikale elementima (-H, = O, -OH, -NH2, -SH, H2PO4), između ostalog, tako da omogućava stvaranje velikog broja različitih molekula, koji će intervenirati u mnoštvu hemijskih reakcija, i tako iskoristiti raznolikost prisutnu u okolini.
Ugljik je bitna komponenta za životinje i biljke. To je važan dio molekule glukoze, važan ugljikohidrat za provođenje procesa kao što je disanje; takođe interveniše u fotosintezi, u obliku CO2 (ugljen-dioksid).
Ugljik je također dio druge makromolekule koja je od suštinskog značaja za život, DNK, ta molekula sadrži genetske informacije koje svakom pojedincu daju karakteristike koje on ne posjeduje, a koje tijelo zauzvrat koristi za replikaciju i prijenos tih informacija na njihovi potomci
Vodik
Vodik je, zajedno s kisikom, bitan dio organske materije. U slučaju nekih lipida, oni u svojoj konstituciji imaju samo atome ugljenika i vodonika. Elektronski jon koji ima atom vodonika u svom poslednjem sloju, omogućava vam lako uspostavljanje veza sa bilo kojim od primarnih bioelemenata.
Kovalentna veza koja nastaje između ugljenika i vodonika dovoljno je jaka da bude stabilna, ali nedovoljno jaka da spriječi njezino odvajanje i tako omogući sintezu ostalih molekula. Molekule koje formiraju samo vodonik i ugljenik kovalentne su polarnim (nerastvorljive u vodi).
The Oxigen
Kiseonik je najelektronegativniji od svih primarnih bioelemenata, a kad se spoji sa vodonikom, privlači svoj jedini elektron, podrijetlom s električnih polova, pa su radikali -OH, -CHO i COOH polarni radikali. Kada ovi radikali zamijene neke vodonike ugljikovog lanca i vodike poput glukoze (C6H12O6) stvaraju molekule poput vode koji su rastvorljivi u polarnim tečnostima.
Kisik, zbog svoje elektronegativnosti, ima sposobnost privlačenja elektrona iz drugih atoma. Ovaj proces nužno uključuje razbijanje veza i oslobađanje velike količine energije. Spojevi ugljenika i kiseonika reaguju sa čime poznato je kao aerobno disanje, i to je uobičajeni način dobivanja energije. Drugi način dobivanja energije je fermentacija, koja je smanjena otkako su alge i biljke, fotosintezom, počele proizvoditi kiseonik za primitivnu atmosferu.
Proces oksidacije bioloških spojeva vrši se oduzimanjem atoma vodonika od atoma ugljenika. Kiseonik, budući da je elektronegativniji, vrši veću silu na elektrone vodonika nego na elektronu ugljenika, zbog čega uspijeva da ga pokrene.
Tako nastaje voda, sa vodonikom i kisikom i oslobađa se velika količina energije koju živa bića iskorištavaju. Kako atom ugljenika počinje dijeliti elektron s vodikom, dijeleći manje elektrona s kisikom, on doživljava gubitak elektrona, odnosno oksidira.
Nitrogen
Azot je element koji čini oko 78% dijela atmosfere. Također je bitna komponenta proteina deoksiribonukleinske kiseline (DNA), odgovoran za prenos nasljednih likova sa roditelja na djecu. DNK je prisutna u svim ćelijama tijela, pa otuda važnost azota za živa bića.
Općenito, dušik se ne može apsorbirati izravno, već kao dio drugih spojeva poput nitrata, nitrita ili amonijevih spojeva koji ga sadrže. Prije nego što ga živa bića koriste, dušik mora proći kroz nekoliko faza:
- Amonifikacija, postupak kojim se azot pretvara u amonijak.
- Nitrifikacija koja se sastoji od pretvaranja amonijaka u nitrite i nitrate.
- Proces fiksacije kroz koji dušik prolazi kroz različite procese da bi postao nitrit ili nitrat, obje supstance koje mogu koristiti živa bića
Azot se nalazi u aminokiselinama, odnosno u molekulima koji tvore proteine, tvoreći amino grupe (-NH2) i u azotnim bazama nukleinskih kiselina. Azot je najzastupljeniji plin u atmosferiUprkos tome, vrlo je mali broj organizama koji to mogu iskoristiti. Gotovo sav azot koji alge i biljke ugrađuju u živu tvar apsorbira se u obliku nitratnog jona (NH3).
Azot je vrlo lako stvoriti spojeve sa oba vodonika (NH3) kao kod kisika (NO-), koji mu omogućava prelazak iz jednog oblika u drugi, oslobađajući tako energiju.
Sumpor Kao komponenta proteina esencijalnih aminokiselina, vitamina i važnih hormona, sumpor je esencijalan i za ljude i za životinje.
Sumpor predstavlja 0.25% težine našeg tijela, što znači da prosječno odraslo tijelo sadrži oko 170 g sumpora, a velik dio toga nalazi se u aminokiselinama. Sumpor je dio žučnih kiselina, esencijalan za probavu i apsorpciju masti. Pomaže u održavanju zdrave kože, kose i noktiju i ima osnovnu ulogu u stvaranju tkiva. Sumpor je uglavnom prisutan u povrću poput rotkvica, mrkve, mliječnih proizvoda, sira, plodova mora i mesa.
Utakmica
Količina fosfora prisutna u atmosferi je zanemariva. Najveća rezerva fosfora nalazi se u morskim sedimentima. Tla čine po važnosti drugo skladište fosfora u prirodi. Možemo ga naći i u zemljinoj kori kao komponentu različitih minerala zbog efekta hemijskog vremenskog utjecaja, fosfati se oslobađaju iz minerala, on se rastvara i prenosi vodom.
Dio fosfata se taloži, uglavnom u obliku kalcijum-fosfata, a drugi dio doseže mora, gdje se akumuliraju velike količine fosfora, čineći takozvane zamke fosfora.
Fosfor u obliku organski fosfat, izuzetno je važan za živu materiju jer:
- Jedna je od komponenata nukleinskih kiselina (RNK i DNK, koje čine genetski materijal organizama
- Nalazi se kao komponenta adenozin trifosfata, koji je gotovo univerzalni stanični izvor energije u živoj tvari.
- Jedna je od komponenata kostiju.