Życie na planecie determinowane jest przez zespół relacji, w których widoczny jest niezwykły przepływ informacji oraz ciągła wymiana materii i energii. Materia to wszystko, co ma masę i zajmuje miejsce w przestrzeni, składa się z atomów, które są minimalnymi jednostkami, które ją tworzą. Żywe istoty, woda, gwiazdy, wszystko wokół nas składa się z atomów.
Różnorodność pierwiastków chemicznych wynika z różnorodności typów atomów. Każdy rodzaj atomu stanowi inny pierwiastek chemiczny. Obecnie znanych jest 105 pierwiastków chemicznych, z których 84 występuje naturalnie, a reszta została sztucznie wytworzona w laboratoriach.
Jak powiedzieliśmy, natura składa się z materii, a zatem wszelka żywa materia również składa się z materii, która z kolei składa się z atomów, a te składają się na pierwiastki. Pierwiastki, które składają się na materię żywą, znane są pod nazwą biopierwiastków, te z kolei są klasyfikowane według tego, czy są niezbędne do życia, na: Biopierwiastki pierwotne i biopierwiastki wtórne
Niezbędne elementy do życia
Pierwotne biopierwiastki to niezbędne pierwiastki chemiczne obecne w żywej materii w komórkach, tkankach, narządach i układach, które składają się na nie od najprostszych do najbardziej złożonych. Jak powiedzieliśmy wcześniej, ogólnie cała materia, żywa czy nie, składa się z atomów, a wszystko, co składa się tylko z jednego rodzaju atomów, jest znane jako pierwiastek, znane do tej pory pierwiastki to 105.
W budowie żywej materii znajdziemy co najmniej 70 stabilnych pierwiastków chemicznych, czyli praktycznie wszystkie pierwiastki występujące na planecie, z wyjątkiem gazów szlachetnych. Prawie dziewięćdziesiąt dziewięć procent (99%) całej istniejącej żywej materii, większość jej komórek składa się z tych sześciu pierwiastków: węgiel (C), wodór (H2), tlen (O2), Azot (N2); Fosfor (P) i Siarka (S), które są najbardziej obfite w tej materii żywe, które znajdujemy na powierzchni ziemi. Nazywa się je biopierwiastkami, ponieważ stanowią istotną część podstawowej lub pierwotnej budowy istot żywych.
Rodzaje biopierwiastków
W zależności od tego, czy stanowią one część zasadniczej budowy biocząsteczek materii żywej, biopierwiastki można podzielić na: biopierwiastki pierwotne i biopierwiastki wtórne.
Pierwotne biopierwiastki
Są to wszystkie te biopierwiastki, które są częścią niezbędnego budulca żywej materii, ponieważ są nieodzowną częścią tworzenia organicznych biocząsteczek: białek, węglowodanów, lipidów i kwasów nukleinowych. Stanowią one żywą materię netto i są to: węgiel (C), wodór (H.2), tlen (O2), Azot (N2); Fosfor (P) i Siarka (S).
Węgiel (C)
Es niezbędny podstawowy składnik wszystkich cząsteczek organicznych pojawia się we wszystkich łańcuchach jako szkielet nadający formę i funkcję organicznym biomolekułom. Wszystkie związki organiczne składają się z łańcuchów węglowych, które tworzą wiązania z innymi pierwiastkami lub związkami.
Ma cztery elektrony w swojej najbardziej zewnętrznej powłoce i może tworzyć wiązania kowalencyjne z innymi atomami węgla, które pozwalają mu tworzyć długie łańcuchy atomów (makrocząsteczki). Te wiązania mogą być pojedyncze, podwójne lub potrójne. Mogą również wiązać się z różnymi utworzonymi rodnikami przez elementy (-H, = O, -OH, -NH2, -SH, H2PO4) między innymi po to, aby umożliwić tworzenie dużej liczby różnych cząsteczek, które będą interweniować w wielu reakcjach chemicznych, a tym samym wykorzystują różnorodność występującą w środowisku.
Węgiel jest niezbędnym składnikiem dla zwierząt i roślin. Jest istotną częścią cząsteczki glukozy, ważnego węglowodanu do przeprowadzania procesów, takich jak oddychanie; również interweniuje w fotosyntezie w postaci CO2 (dwutlenek węgla).
Węgiel jest również częścią innej makrocząsteczki niezbędnej do życia, czyli DNA, cząsteczka ta zawiera informację genetyczną, która nadaje każdej osobie cechy, których nie posiada, a która z kolei jest wykorzystywana przez organizm do replikacji i przekazywania tej informacji. ich potomkowie
Wodór
Wodór, wraz z tlenem, jest istotnym składnikiem materii organicznej. W przypadku niektórych lipidów wykazują one w swojej budowie jedynie atomy węgla i wodoru. Jon elektronowy, który ma atom wodoru w ostatniej warstwie, pozwala łatwo nawiązać więzi z dowolnym z podstawowych biopierwiastków.
Wiązanie kowalencyjne, które tworzy się między węglem a wodorem, jest wystarczająco silne, aby było stabilne, ale nie na tyle silne, aby zapobiec jego rozdzieleniu, a tym samym umożliwić syntezę innych cząsteczek. Cząsteczki utworzone tylko przez wodór i węgiel są kowalencyjne do polarnych (nierozpuszczalnych w wodzie).
The Oxigen
Tlen jest najbardziej elektroujemnym ze wszystkich pierwotnych biopierwiastków, a gdy łączy się z wodorem, przyciąga swój jedyny elektron, tworząc bieguny elektryczne, więc rodniki -OH, -CHO i COOH są rodnikami polarnymi. Kiedy te rodniki zastępują niektóre wodory łańcucha węglowego i wodory, takie jak glukoza (C.6H12O6) powodują powstanie cząsteczek, takich jak woda, które są rozpuszczalne w cieczach polarnych.
Tlen ze względu na swoją elektroujemność ma zdolność przyciągania elektronów z innych atomów. Proces ten z konieczności wymaga zerwania wiązań i uwolnienia dużych ilości energii. Z czym reagują związki węgla i tlenu jest znane jako oddychanie tlenowe, i jest to powszechny sposób pozyskiwania energii. Innym sposobem pozyskiwania energii jest fermentacja, która została zmniejszona, ponieważ glony i rośliny, poprzez fotosyntezę, zaczęły wytwarzać tlen dla prymitywnej atmosfery.
Proces utleniania związków biologicznych odbywa się poprzez odjęcie atomów wodoru od atomów węgla. Tlen, będąc bardziej elektroujemnym, wywiera większą siłę na elektron wodoru niż na elektron węglowy, dlatego udaje mu się go uruchomić.
W ten sposób powstaje woda, z wodorem i tlenem, i uwalniana jest duża ilość energii, którą żywe istoty wykorzystują. Kiedy atom węgla zaczyna dzielić elektron z wodorem, dzieląc mniej elektronów z tlenem, doświadcza utraty elektronów, to znaczy utlenia się.
Azot
Azot jest pierwiastkiem stanowiącym około 78% atmosfery. Jest również niezbędnym składnikiem białek kwasu dezoksyrybonukleinowego (DNA), odpowiedzialny za przekazywanie dzieciom dziedzicznych postaci z rodziców. DNA jest obecne we wszystkich komórkach ciała, stąd znaczenie azotu dla istot żywych.
Generalnie azot nie może być wchłaniany bezpośrednio, ale jako część innych związków, które go zawierają, takich jak azotany, azotyny lub związki amonowe. Zanim azot zostanie wykorzystany przez żywe istoty, musi przejść przez kilka etapów:
- Amonifikacja, proces, w którym azot przekształca się w amoniak.
- Nitryfikacja polegająca na przekształceniu amoniaku w azotyny i azotany.
- Proces wiązania, w którym azot przechodzi przez różne procesy, aby stać się azotynem lub azotanem, substancjami, które mogą być wykorzystywane przez żywe istoty
Azot znajduje się w aminokwasach, czyli w cząsteczkach tworzących białka, tworząc grupy aminowe (-NH2) oraz w zasadach azotowych kwasów nukleinowych. Azot jest gazem występującym w największej ilości w atmosferzeMimo to bardzo niewiele organizmów jest w stanie z tego skorzystać. Prawie cały azot zawarty w żywej materii przez glony i rośliny jest wchłaniany w postaci jonu azotanowego (NH3).
Azot bardzo łatwo tworzy związki z wodorem (NH3) jak w przypadku tlenu (NO-), który pozwala mu przejść z jednej postaci do drugiej, uwalniając w ten sposób energię.
Siarka Jako składnik niezbędnych aminokwasów białek, witamin i ważnych hormonów, siarka jest niezbędna zarówno dla ludzi, jak i zwierząt.
Siarka stanowi 0.25% wagi naszego ciała, co oznacza, że przeciętny dorosły organizm zawiera około 170g siarki, z czego większość znajduje się w aminokwasach. Siarka jest składnikiem kwasów żółciowych, niezbędnych do trawienia i wchłaniania tłuszczu. Pomaga w utrzymaniu zdrowej skóry, włosów i paznokci i odgrywa podstawową rolę w tworzeniu tkanki. Siarka jest na ogół obecna w warzywach, takich jak rzodkiewka, marchew, przetwory mleczne, sery, owoce morza i mięso.
Mecz
Ilość fosforu obecnego w atmosferze jest znikoma. Największe rezerwy fosforu znajdują się w osadach morskich. Gleby stanowią, w kolejności ważności drugi magazyn fosforu w naturze. Możemy go również znaleźć w skorupie ziemskiej jako składnik różnych minerałów w wyniku wietrzenia chemicznego, z minerału uwalniane są fosforany, rozpuszcza się i jest transportowany przez wodę.
Część fosforanu wytrąca się głównie w postaci fosforanu wapnia, a część trafia do mórz, gdzie gromadzą się duże ilości fosforu, tworząc tzw. Pułapki fosforowe.
Fosfor w postaci organiczny fosforan, jest niezwykle ważne dla żywej materii, ponieważ:
- Jest jednym ze składników kwasów nukleinowych (RNA i DNA, które stanowią materiał genetyczny organizmów)
- Występuje jako składnik trifosforanu adenozyny, który jest prawie uniwersalnym źródłem energii komórkowej w żywej materii.
- Jest jednym ze składników kości.