Život na planetu određen je skupom 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 kemijskih elemenata daje raznolikost vrsta atoma. Svaka vrsta atoma čini drugačiji kemijski element. Trenutno je poznato 105 kemijskih elemenata, od kojih je 84 prirodno, a ostatak je umjetno proizveden u laboratorijima.
Kao što smo već rekli, prirodu čine materiju, pa je stoga i sva živa tvar sastavljena od materije, koja se pak sastoji od atoma i ovih elemenata. Elementi koji čine živu tvar poznati su pod nazivom Bioelementi, a oni su pak klasificirani prema tome jesu li ili nisu bitni za život u: Primarni bioelementi i sekundarni bioelementi
Bitni elementi za život
Primarni bioelementi su oni bitni kemijski elementi, prisutni u živoj tvari, u stanicama, tkivima, organima i sustavima koji ih čine od najjednostavnijih do najsloženijih. Kao što smo već rekli, općenito se sva materija, bila ona živa ili ne, sastoji od atoma, a sve što se sastoji od samo jedne vrste atoma poznato je kao element, elementi, do sada poznati, su 105.
U konstituciji žive materije možemo pronaći najmanje 70 stabilnih kemijskih elemenata, praktički svih elemenata koji postoje na planeti, minus plemeniti plinovi. Otprilike devedeset i devet posto (99%) sve postojeće žive tvari, uglavnom, njezine stanice sastoje se od ovih šest elemenata: ugljik (C), vodik (H2), kisik (O2), Dušik (N2); Fosfor (P) i Sumpor (S) koji su najzastupljeniji u tom pitanju živo koje nalazimo na zemljinoj površini. Nazvani su bioelementi jer čine bitan dio osnovnog ili primarnog ustava živih bića.
Vrste bioelemenata
Prema tome čine li ili ne dio bitne konstitucije biomolekula žive tvari, bioelementi se mogu klasificirati na: primarne bioelemente i sekundarne bioelemente.
Primarni bioelementi
Svi su oni bioelementi koji su dio bitne konstitucije žive materije, jer su neizostavni dio u stvaranju organskih biomolekula: bjelančevina, ugljikohidrata, lipida i nukleinskih kiselina. Oni čine neto živu tvar i to su: Ugljik (C), vodik (H2), kisik (O2), Dušik (N2); Fosfor (P) i sumpor (S).
Ugljik (C)
Es bitna osnovna komponenta svih organskih molekula, pojavljuje se u svim lancima kao kostur koji daje oblik i funkciju organskim biomolekulama. Svi organski spojevi sastoje se od ugljikovih lanaca koji tvore veze s drugim elementima ili spojevima.
U svojoj najudaljenijoj ljusci ima četiri elektrona i može tvoriti kovalentne veze s drugim ugljikovima koji mu omogućuju stvaranje dugih lanaca atoma (makromolekula). Te obveznice mogu biti jednostruke, dvostruke ili trostruke. Također se mogu vezati za različite nastale radikale elementima (-H, = O, -OH, -NH2, -SH, H2PO4), između ostalog, tako da omogućuje stvaranje velikog broja različitih molekula, koje će intervenirati u mnoštvu kemijskih reakcija, te na taj način iskorištava raznolikost prisutnu u okolišu.
Ugljik je bitna komponenta za životinje i biljke. To je važan dio molekule glukoze, važan ugljikohidrat za provođenje procesa kao što je disanje; također intervenira u fotosintezi, u obliku CO2 (ugljični dioksid).
Ugljik je također dio druge makromolekule koja je bitna za život, DNA, ta molekula sadrži genetske informacije koje svakom pojedincu daju karakteristike koje nisu u vlasništvu, a koje tijelo zauzvrat koristi za replikaciju i prijenos tih informacija na svoje potomci
Vodik
Vodik je, zajedno s kisikom, bitan dio organske tvari. U slučaju nekih lipida, oni u svojoj konstituciji imaju samo atome ugljika i vodika. Ion elektrona koji ima atom vodika u svom posljednjem sloju, omogućuje vam lako uspostavljanje veza s bilo kojim od primarnih bioelemenata.
Kovalentna veza koja nastaje između ugljika i vodika dovoljno je jaka da bude stabilna, ali nedovoljno jaka da spriječi njezino odvajanje i tako omogući sintezu ostalih molekula. Molekule koje tvore samo vodik i ugljik kovalentne su polarnim (netopive u vodi).
Oksigen
Kisik je najelektronegativniji od svih primarnih bioelemenata, a kad se spoji s vodikom, privlači svoj jedini elektron s podrijetlom električnih polova, pa su radikali -OH, -CHO i COOH polarni radikali. Kada ti radikali zamijene neke vodike ugljikovog lanca i vodike poput glukoze (C6H12O6) stvaraju molekule poput vode koje su topive u polarnim tekućinama.
Kisik, zbog svoje elektronegativnosti, ima sposobnost privlačenja elektrona iz drugih atoma. Ovaj postupak nužno uključuje razbijanje veza i oslobađanje velike količine energije. Spojevi ugljika i kisika reagiraju s čim je poznato 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 kisik za primitivnu atmosferu.
Proces oksidacije bioloških spojeva provodi se oduzimanjem atoma vodika od atoma ugljika. Kisik, budući da je elektronegativniji, vrši veću silu na vodikov elektron nego na ugljični, zbog čega ga uspijeva pokrenuti.
Tako nastaje voda s vodikom i kisikom i oslobađa se velika količina energije koju živa bića iskorištavaju. Kako atom ugljika počinje dijeliti elektron s vodikom, dijeleći manje elektrona s kisikom, doživljava gubitak elektrona, odnosno oksidira.
Dušik
Dušik je element koji čini oko 78% dijela atmosfere. Također je bitna komponenta proteina deoksiribonukleinske kiseline (DNA), odgovoran za prijenos nasljednih likova s roditelja na djecu. DNA je prisutna u svim stanicama tijela, pa otuda i važnost dušika za živa bića.
Općenito se dušik ne može apsorbirati izravno, već kao dio drugih spojeva kao što su nitrati, nitriti ili amonijevi spojevi koji ga sadrže. Prije nego što ga koriste živa bića, dušik mora proći kroz nekoliko faza:
- Amonifikacija, postupak kojim se dušik 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 tvari koje mogu koristiti živa bića
Dušik se nalazi u aminokiselinama, odnosno u molekulama koje tvore proteine, tvoreći amino skupine (-NH2) i u dušičnim bazama nukleinskih kiselina. Dušik je najzastupljeniji plin u atmosferiUnatoč tome, vrlo malo organizama je u stanju to iskoristiti. Gotovo sav dušik koji alge i biljke ugrađuju u živu tvar apsorbira se u obliku nitratnog iona (NH3).
Dušik je vrlo jednostavan za stvaranje spojeva s oba vodika (NH3) kao kod kisika (NO-), koji mu omogućuje prelazak iz jednog oblika u drugi, oslobađajući tako energiju.
Sumpor Kao komponenta proteina esencijalnih aminokiselina, vitamina i važnih hormona, sumpor je neophodan i za ljude i za životinje.
Sumpor predstavlja 0.25% težine našeg tijela, to znači da prosječno odraslo tijelo sadrži oko 170 g sumpora, a velik dio sadrži aminokiseline. Sumpor je dio žučnih kiselina, neophodan za probavu i apsorpciju masti. Pomaže u održavanju zdrave kože, kose i noktiju a ima temeljnu ulogu u stvaranju tkiva. Sumpor je općenito prisutan u povrću poput rotkve, 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. Također ga možemo pronaći u zemljinoj kori kao sastojak različitih minerala uslijed kemijskog vremenskog utjecaja, iz minerala se oslobađaju fosfati, on se otapa i prenosi vodom.
Dio fosfata se taloži, uglavnom u obliku kalcijevog fosfata, a drugi dio doseže mora, gdje se nakupljaju velike količine fosfora, čineći takozvane fosforne zamke.
Fosfor u obliku organski fosfat, izuzetno je važan za živu tvar jer:
- Jedna je od komponenata nukleinskih kiselina (RNA i DNA, 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.