La vida al planeta, es troba determinada per un conjunt de relacions en què s'evidencia un extraordinari flux d'informació i un continu intercanvi de matèria i energia. La matèria és tot allò que té massa i ocupa un lloc en l'espai, està formada per àtoms, que són les unitats mínimes que la constitueixen. Els éssers vius, l'aigua, les estrelles tot el que ens envolta està format per àtoms.
La diversitat d'elements químics ve donada per la varietat de tipus d'àtoms. Cada tipus d'àtom constitueix un element químic diferent. Actualment es coneixen 105 elements químics, dels quals 84 es troben en forma natural i la resta han estat produïts en forma artificial en els laboratoris.
Com ja vam dir, la naturalesa està constituïda per matèria, i tota la matèria viva per tant també està constituïda per matèria, que al seu torn està constituïda per àtoms i aquests conformen elements. Als elements que constitueixen la matèria viva se'ls coneix amb el nom de Bioelements, aquests al seu torn es classifiquen segons siguin essencials o no per a la vida a: Bioelements primaris i bioelements secundaris
Elements essencials per a la vida
Els Bioelements primaris, són aquells elements químics essencials, presents a la matèria viva, en les cèl·lules, teixits, òrgans i sistemes que els conformen des dels més simples fins als més complexos. Com vam dir anteriorment tota la matèria, en general, visqui o no, està conformada per àtoms, i tot el que està format per un sol tipus d'àtoms se li coneix com a element, els elements, coneguts fins els actuals moments són 105.
En la constitució, de la matèria viva podem trobar, al menys 70 elements químics estables, pràcticament el total dels elements que hi ha al planeta, menys els gasos nobles. A prop de el noranta-nou per cent (99%) de tota la matèria viva existent, majoritàriament, les seves cèl·lules estan constituïdes per aquests sis elements: Carboni (C), hidrogen (H2), Oxigen (O2), Nitrogen (N2); Fòsfor (P) i Sofre (S) que són els més abundants en la matèria viva que trobem a la superfície terrestre. Se'ls denomina bioelements per formar part essencial de la constitució bàsica o primària dels dels éssers vius.
Tipus de bioelements
Segons formin o no, part de la constitució essencial de les biomolècules de la matèria viva els Bioelements es poden classificar en: bioelements primaris i bioelements secundaris.
bioelements primaris
Són tots aquells bioelements que formen part de la constitució essencial de la matèria viva, ja que formen part indispensable en la formació de les biomolècula orgàniques: proteïnes, glúcids, lípids, i àcids nucleics. Ells constitueixen la matèria viva neta i són: Carboni (C), hidrogen (H2), Oxigen (O2), Nitrogen (N2); Fòsfor (P) i Sofre (S).
Carboni (C)
Es el component bàsic essencial de totes les molècules orgàniques, apareix en totes les cadenes com l'esquelet que dóna forma i funció a les biomolècules orgàniques. Tots els compostos orgànics estan formats per cadenes carbonades que formen enllaços amb altres elements o compost.
Té quatre electrons en la seva capa més externa i pot formar enllaços covalents amb altres carbonis que li permeten constituir llargues cadenes d'àtoms (macromolècules). Aquests enllaços poden ser simples, dobles o triples. També poden unir-se als diferents radicals formats pels elements (-H, = O, -OH, -NH2, -SH, H2PO4) Entre d'altres, per la qual cosa possibilita la formació d'un gran nombre de molècules diferents, que intervindran en multiplicitat de reaccions químiques, i així ocorre l'aprofitament de la diversitat present en l'entorn.
El carboni és un component essencial per als animals i vegetals. Forma part indispensable de la molècula de glucosa, Carbohidrat important per a la realització de processos com la respiració; també intervé en la fotosíntesi, sota la forma de CO2 (Diòxid de carboni).
El carboni també forma part d'una altra macromolècula essencial per a la vida, la de l'ADN, aquesta molècula conté la informació genètica que confereix a cada individu les característiques que li sense pròpies, i que al seu torn és utilitzada per per l'organisme per replicar-se i transmetre aquesta informació als seus descendents
el Hidrogen
L'hidrogen, juntament amb l'oxigen, forma part essencial de la matèria orgànica. En el cas d'alguns lípids només s'exhibeixen en la seva constitució àtoms de carboni i hidrogen. L'ió electró que té el àtom d'hidrogen en la seva última capa, Li permet establir unions amb facilitat amb qualsevol dels bioelements primaris.
L'enllaç covalent que es forma entre el carboni i l'hidrogen és prou fort com per ser estable, però no tant com per impedir que es separi i permetre així, la síntesi d'altres molècules. Les molècules formades, només per hidrogen i carboni són covalents a polars (insolubles en aigua).
l'oxigen
L'oxigen, és de tots els Bioelements primaris el més electronegatiu, i quan s'uneix amb l'hidrogen, atreu al seu únic electró originant pols elèctrics de manera que els radicals -OH, -CHO, i COOH són radicals polars. Quan aquests radicals substitueixen alguns hidrògens de la cadena de carbonis i hidrògens com la glucosa (C6H12O6) Donen lloc a molècules com l'aigua que són solubles en líquids polars.
L'oxigen, per la seva electronegativitat té la capacitat per atreure electrons d'altres àtoms. Aquest procés comporta necessàriament la ruptura d'enllaços i l'alliberament de grans quantitats d'energia. Els compostos de carboni i l'oxigen, reaccionen amb el que es coneix com respiració aeròbica, i és una forma comuna d'obtenció d'energia. Una altra de les vies per obtenir energia és la fermentació, aquesta ha anat reduint-se des que les algues i les plantes, per mitjà de la fotosíntesi van començar a produir oxigen per a l'atmosfera primitiva.
Els procés d'oxidació de compostos biològics, es duu a terme, a través de la sostracció d'àtoms d'hidrogen als àtoms de carboni. L'oxigen, per ser més electronegatiu, exerceix més força sobre l'electró d'hidrogen que sobre el de carboni pel que aconsegueix arrencar-lo.
Així es forma aigua, amb l'hidrogen més l'oxigen i s'allibera gran quantitat d'energia que aprofiten els éssers vius. Com l'àtom de carboni passa a compartir un electró amb l'hidrogen, a l'compartir menys electrons amb l'oxigen, experimenta una pèrdua d'electrons, és a dir s'oxida.
el Nitrogen
El nitrogen és un element que forma part de l'atmosfera en un 78% aproximadament. A més és un component essencial de les proteïnes de l'àcid desoxiribonucleic (ADN), responsable de transmetre els caràcters hereditaris de pares a fills. L'ADN està present en totes les cèl·lules de el cos, d'allí la importància de l'nitrogen per als éssers vius.
En general el nitrogen no pot ser absorbit directament, sinó formant part d'altres compostos com nitrats, nitrits o compostos de amono que el contenen. Abans de ser aprofitat pels éssers vius el nitrogen necessita passar diverses etapes:
- Amonificació, procés pel qual el nitrogen és transformat en amoníac.
- Nitrificació que consisteix a transformar l'amoníac en nitrits i nitrats.
- La fixació procés a través de què el nitrogen passa a través de diversos processos a convertir-se en nitrit o en nitrat, ambdues substàncies aprofitables per als éssers vius
El nitrogen, es troba en els aminoàcids, és a dir, en les molècules que constitueixen les proteïnes, formant grups amino (-NH2) I en les bases nitrogenades dels àcids nucleics. El nitrogen és el gas més abundant a l'atmosfera, Però això, molt pocs organismes són capaços de aprofitar-ho. Gairebé la totalitat de l'nitrogen incorporat a la matèria viva per les algues i les plantes és absorbit en forma d'ió nitrat (NH3).
El nitrogen posseeix una gran facilitat per formar compostos tant amb l'hidrogen (NH3) Com amb l'oxigen (NO-), el que li permet passar d'una forma a l'altra alliberant així energia.
el Sofre com a component de proteïnes aminoàcids essencials, vitamines i hormones importants, el sofre és essencial tant per als éssers humans com per als animals.
El sofre representa el 0.25% de l'pes del nostre cos, això vol dir que un cos adult, mitjà mitjana conté al voltant de 170g de sofre, gran part d'aquest, es troba en els aminoàcids. El sofre, forma part dels àcids biliars, essencials per a la digestió i l'absorció de greixos. Ajuda a mantenir la pell, el cabell les ungles sanes i té un paper fonamental en la formació de teixits. Generalment el sofre és present en verdures com el rave, pastanaga, els productes de la llet, formatge, el marisc i la carn
el Fòsfor
La quantitat de fòsfor present en l'atmosfera és insignificant. La major reserva de fòsfor la trobem en els sediments marins. Els sòls, constitueixen, en ordre d'importància el segon magatzem de fòsfor de la natura. També el podem trobar en l'escorça terrestre com a component de diversos minerals per efecte de la meteorització química, els fosfats són alliberats de l'mineral, es dissol i són transportats per les aigües.
Una part de l'fosfat es precipita, fonamentalment en forma de fosfat de calci, i una altra part arriba als mars, on s'acumulen grans quantitats de fòsfor, que constitueixen les anomenades trampes de fòsfor.
El fòsfor en forma de fosfat orgànic, És summament importants per a la matèria vivent ja que:
- És un dels components dels àcids nucleics (ARN i ADN, que constitueixen el material genètic dels organismes
- Es troba com a component de l'adenosin trifosfat, que és una font d'energia cel·lular gairebé universal en la matèria vivent
- És un dels components dels ossos.