Het leven op de planeet wordt bepaald door een reeks relaties waarin er een buitengewone informatiestroom is en een voortdurende uitwisseling van materie en energie. Materie is alles dat massa heeft en een plaats in de ruimte inneemt, het bestaat uit atomen, de minimale eenheden waaruit het bestaat. Levende wezens, water, sterren, alles om ons heen bestaat uit atomen.
De diversiteit aan chemische elementen wordt gegeven door de verscheidenheid aan soorten atomen. Elk type atoom vormt een ander chemisch element. Momenteel zijn 105 chemische elementen bekend, waarvan er 84 van nature voorkomen en de rest kunstmatig in laboratoria is geproduceerd.
Zoals we al zeiden, bestaat de natuur uit materie, en daarom bestaat alle levende materie ook uit materie, die op haar beurt weer bestaat uit atomen en deze vormen elementen. De elementen waaruit levende materie bestaat, staan bekend onder de naam Bio-elementen, deze worden op hun beurt geclassificeerd naargelang ze al dan niet essentieel zijn voor het leven in: Primaire bio-elementen en secundaire bio-elementen
Essentiële elementen voor het leven
Primaire bio-elementen zijn die essentiële chemische elementen die aanwezig zijn in levende materie, in cellen, weefsels, organen en systemen waaruit ze bestaan, van de eenvoudigste tot de meest complexe. Zoals we eerder zeiden, bestaat alle materie, in het algemeen, levend of niet, uit atomen, en alles dat uit slechts één type atomen bestaat, staat bekend als een element, de elementen die tot nu toe bekend waren, zijn 105.
In de samenstelling van levende materie kunnen we ten minste 70 stabiele chemische elementen vinden, praktisch alle elementen die op de planeet voorkomen, minus de edelgassen. Ongeveer negenennegentig procent (99%) van alle bestaande levende materie, meestal, bestaan de cellen uit deze zes elementen: koolstof (C), waterstof (H2), zuurstof (O2), Stikstof (N.2); Fosfor (P) en zwavel (S) die zijn de meest voorkomende in de zaak levend dat we vinden op het aardoppervlak. Ze worden bio-elementen genoemd omdat ze een essentieel onderdeel vormen van de fundamentele of primaire constitutie van levende wezens.
Soorten bio-elementen
Afhankelijk van het feit of ze al dan niet deel uitmaken van de essentiële samenstelling van de biomoleculen van levende materie, kunnen bio-elementen worden ingedeeld in: primaire bio-elementen en secundaire bio-elementen.
Primaire bio-elementen
Het zijn allemaal bio-elementen die deel uitmaken van de essentiële constitutie van levende materie, aangezien ze een onmisbaar onderdeel zijn bij de vorming van organische biomoleculen: eiwitten, koolhydraten, lipiden en nucleïnezuren. Ze vormen de netto levende materie en zijn: koolstof (C), waterstof (H.2), zuurstof (O2), Stikstof (N.2); Fosfor (P) en zwavel (S).
Koolstof (C)
Es de essentiële basiscomponent van alle organische moleculen, verschijnt in alle ketens als het skelet dat vorm en functie geeft aan organische biomoleculen. Alle organische verbindingen zijn opgebouwd uit koolstofketens die bindingen vormen met andere elementen of verbindingen.
Het heeft vier elektronen in zijn buitenste schil en kan covalente bindingen vormen met andere koolstofatomen waardoor het lange ketens van atomen (macromoleculen) kan vormen. Deze bindingen kunnen enkel, dubbel of driedubbel zijn. Ze kunnen ook binden aan de verschillende gevormde radicalen door de elementen (-H, = O, -OH, -NH2, -SH, H2PO4) onder andere, zodat het de vorming van een groot aantal verschillende moleculen mogelijk maakt, die zullen ingrijpen in een veelvoud aan chemische reacties, en zo profiteren van de diversiteit die aanwezig is in de omgeving.
Koolstof is een essentieel onderdeel voor dieren en planten. Het is een essentieel onderdeel van het glucosemolecuul, een belangrijk koolhydraat voor het uitvoeren van processen zoals ademhaling; grijpt ook in bij fotosynthese, in de vorm van CO2 (kooldioxide).
Koolstof maakt ook deel uit van een ander macromolecuul dat essentieel is voor het leven, dat van DNA, dit molecuul bevat de genetische informatie die elk individu de kenmerken geeft die het niet bezit, en dat op zijn beurt door het lichaam wordt gebruikt om die informatie te repliceren en door te geven aan hun nakomelingen
Waterstof
Waterstof is samen met zuurstof een essentieel onderdeel van organische stof. In het geval van sommige lipiden vertonen ze alleen koolstof- en waterstofatomen in hun constitutie. Het elektron-ion met de waterstofatoom in zijn laatste laag, stelt u in staat om gemakkelijk banden te leggen met een van de primaire bio-elementen.
De covalente binding die wordt gevormd tussen koolstof en waterstof is sterk genoeg om stabiel te zijn, maar niet sterk genoeg om te voorkomen dat deze zich scheidt en dus de synthese van andere moleculen mogelijk maakt. De moleculen die worden gevormd, alleen door waterstof en koolstof, zijn covalent tot polair (onoplosbaar in water).
De zuurstof
Zuurstof is de meest elektronegatieve van alle primaire bio-elementen, en wanneer het samenkomt met waterstof, trekt het zijn enige elektron aan, dat elektrische polen voortbrengt, dus de radicalen -OH, -CHO en COOH zijn polaire radicalen. Wanneer deze radicalen sommige waterstofatomen van de koolstofketen en waterstofatomen zoals glucose (C.6H12O6) leiden tot moleculen zoals water die oplosbaar zijn in polaire vloeistoffen.
Zuurstof heeft vanwege zijn elektronegativiteit het vermogen om elektronen van andere atomen aan te trekken. Dit proces omvat noodzakelijkerwijs het verbreken van bindingen en het vrijkomen van grote hoeveelheden energie. Koolstof- en zuurstofverbindingen reageren met wat het staat bekend als aërobe ademhaling, en het is een gebruikelijke manier om energie te verkrijgen. Een andere manier om energie te verkrijgen is fermentatie, dit is verminderd sinds algen en planten, door middel van fotosynthese, zuurstof begonnen te produceren voor de primitieve atmosfeer.
Het oxidatieproces van biologische verbindingen wordt uitgevoerd door waterstofatomen af te trekken van koolstofatomen. Zuurstof, die elektronegatiever is, oefent een grotere kracht uit op het waterstofelektron dan op het koolstofelektron, en slaagt er daarom in het te starten.
Zo wordt water gevormd, met waterstof plus zuurstof, en komt er een grote hoeveelheid energie vrij waar levende wezens van profiteren. Wanneer het koolstofatoom een elektron begint te delen met waterstof, door minder elektronen te delen met zuurstof, ervaart het een verlies aan elektronen, dat wil zeggen, het oxideert.
Stikstof
Stikstof is een element dat voor ongeveer 78% deel uitmaakt van de atmosfeer. Het is ook een essentieel onderdeel van deoxyribonucleïnezuur (DNA) -eiwitten, verantwoordelijk voor het overdragen van erfelijke karakters van ouders op kinderen. DNA is aanwezig in alle cellen van het lichaam, vandaar het belang van stikstof voor levende wezens.
Over het algemeen kan stikstof niet direct worden opgenomen, maar als onderdeel van andere verbindingen zoals nitraten, nitrieten of ammoniumverbindingen die het bevatten. Voordat stikstof door levende wezens wordt gebruikt, moet het verschillende stadia doorlopen:
- Ammonificatie, een proces waarbij stikstof wordt omgezet in ammoniak.
- Nitrificatie die bestaat uit het omzetten van ammoniak in nitrieten en nitraten.
- Het fixatieproces waardoor stikstof door verschillende processen gaat om nitriet of nitraat te worden, beide stoffen die door levende wezens kunnen worden gebruikt
Stikstof wordt aangetroffen in aminozuren, dat wil zeggen in de moleculen waaruit eiwitten bestaan, die aminogroepen vormen (-NH2) en in de stikstofbasen van nucleïnezuren. Stikstof is het meest voorkomende gas in de atmosfeerDesondanks kunnen maar heel weinig organismen hiervan profiteren. Vrijwel alle stikstof die door algen en planten in levende materie wordt opgenomen, wordt opgenomen in de vorm van nitraationen (NH3).
Stikstof is heel gemakkelijk om verbindingen te vormen met zowel waterstof (NH3) zoals bij zuurstof (NO-), waardoor het van de ene vorm naar de andere kan gaan, waardoor energie vrijkomt.
Zwavel Als onderdeel van proteïne, essentiële aminozuren, vitamines en belangrijke hormonen, is zwavel essentieel voor zowel mens als dier.
Zwavel vertegenwoordigt 0.25% van het gewicht van ons lichaam, dit betekent dat een gemiddeld volwassen lichaam ongeveer 170 g zwavel bevat, waarvan een groot deel wordt aangetroffen in aminozuren. Zwavel maakt deel uit van de galzuren, essentieel voor de spijsvertering en vetopname. Helpt bij het behouden van een gezonde huid, haar en nagels en het speelt een fundamentele rol bij weefselvorming. Zwavel is over het algemeen aanwezig in groenten zoals radijs, wortelen, melkproducten, kaas, zeevruchten en vlees.
De wedstrijd
De hoeveelheid fosfor in de atmosfeer is verwaarloosbaar. De grootste fosforreserve wordt aangetroffen in zeesedimenten. Bodems vormen, in volgorde van belangrijkheid de tweede opslagplaats van fosfor uit de natuur. We kunnen het ook in de aardkorst vinden als een bestanddeel van verschillende mineralen door chemische verwering, fosfaten komen vrij uit het mineraal, het lost op en wordt getransporteerd door water.
Een deel van het fosfaat slaat neer, voornamelijk in de vorm van calciumfosfaat, en een ander deel bereikt de zeeën, waar grote hoeveelheden fosfor zich ophopen en de zogenaamde fosforvallen vormen.
Fosfor in de vorm van organisch fosfaat, is uitermate belangrijk voor levende materie aangezien:
- Het is een van de componenten van nucleïnezuren (RNA en DNA, die het genetisch materiaal van organismen vormen
- Het wordt aangetroffen als een bestanddeel van adenosinetrifosfaat, een bijna universele cellulaire energiebron in levende materie.
- Het is een van de componenten van botten.