Viața pe planetă este determinată de un set de relații în care există un flux extraordinar de informații și un schimb continuu de materie și energie. Materia este tot ceea ce are masă și ocupă un loc în spațiu, este alcătuită din atomi, care sunt unitățile minime care o constituie. Ființele vii, apa, stelele, tot ceea ce ne înconjoară este format din atomi.
Diversitatea elementelor chimice este dat de varietatea tipurilor de atomi. Fiecare tip de atom constituie un element chimic diferit. În prezent sunt cunoscute 105 elemente chimice, dintre care 84 se găsesc în mod natural, iar restul au fost produse artificial în laboratoare.
După cum am spus deja, natura este alcătuită din materie și, prin urmare, toată materia vie este alcătuită și din materie, care la rândul ei este alcătuită din atomi și aceștia alcătuiesc elemente. Elementele care constituie materia vie sunt cunoscute sub numele de Bioelemente, acestea la rândul lor fiind clasificate în funcție de faptul că sunt sau nu esențiale pentru viață în: Bioelemente primare și bioelemente secundare
Elemente esențiale pentru viață
Bioelementele primare sunt acele elemente chimice esențiale, prezente în materia vie, în celule, țesuturi, organe și sisteme care le alcătuiesc de la cele mai simple la cele mai complexe. După cum am spus mai devreme, orice materie, în general, fie ea vie sau nu, este alcătuită din atomi și tot ceea ce este alcătuit dintr-un singur tip de atomi este cunoscut ca element, elementele, cunoscute până acum, sunt 105.
În constituția materiei vii putem găsi cel puțin 70 de elemente chimice stabile, practic toate elementele care există pe planetă, minus gazele nobile. Aproximativ nouăzeci și nouă la sută (99%) din toată materia vie existentă, cel mai mult, celulele sale sunt alcătuite din aceste șase elemente: carbon (C), hidrogen (H2), oxigen (O2), Azot (N2); Fosfor (P) și sulf (S) care sunt cele mai abundente în materie vii pe care le găsim la suprafața pământului. Ele sunt numite bioelemente, deoarece formează o parte esențială a constituției de bază sau primare a ființelor vii.
Tipuri de bioelemente
În funcție de faptul că fac sau nu parte din constituția esențială a biomoleculelor materiei vii, bioelementele pot fi clasificate în: bioelemente primare și bioelemente secundare.
Bioelemente primare
Acestea sunt toate acele bioelemente care fac parte din constituția esențială a materiei vii, deoarece sunt o parte indispensabilă în formarea biomoleculelor organice: proteine, carbohidrați, lipide și acizi nucleici. Ele constituie materia vie netă și sunt: carbon (C), hidrogen (H2), oxigen (O2), Azot (N2); Fosfor (P) și sulf (S).
Carbon (C)
Es componenta esențială de bază a tuturor moleculelor organice, apare în toate lanțurile ca scheletul care dă formă și funcționează biomoleculelor organice. Toți compușii organici sunt compuși din lanțuri de carbon care formează legături cu alte elemente sau compuși.
Are patru electroni în învelișul său exterior și poate forma legături covalente cu alți atomi de carbon care îi permit să formeze lanțuri lungi de atomi (macromolecule). Aceste legături pot fi simple, duble sau triple. De asemenea, se pot lega de diferiții radicali formați prin elementele (-H, = O, -OH, -NH2, -SH, H2PO4), printre altele, astfel încât să permită formarea unui număr mare de molecule diferite, care vor interveni într-o multitudine de reacții chimice și, astfel, profită de diversitatea prezentă în mediu.
Carbonul este o componentă esențială pentru animale și plante. Este o parte esențială a moleculei de glucoză, un carbohidrat important pentru desfășurarea unor procese precum respirația; intervine și în fotosinteză, sub formă de CO2 (dioxid de carbon).
Carbonul face, de asemenea, parte dintr-o altă macromoleculă esențială pentru viață, cea a ADN-ului, această moleculă conține informații genetice care conferă fiecărui individ caracteristicile pe care nu le deține și care, la rândul lor, sunt folosite de organism pentru a reproduce și transmite acele informații către descendenții lor
Hidrogen
Hidrogenul, împreună cu oxigenul, este o parte esențială a materiei organice. În cazul unor lipide, acestea prezintă numai atomi de carbon și hidrogen în constituția lor. Ionul electron care are atom de hidrogen în ultimul său strat, vă permite să stabiliți cu ușurință legături cu oricare dintre bioelementele primare.
Legătura covalentă care se formează între carbon și hidrogen este suficient de puternică pentru a fi stabilă, dar nu suficient de puternică pentru a împiedica separarea și astfel permite sinteza altor molecule. Moleculele formate, numai de hidrogen și carbon, sunt covalente la polare (insolubile în apă).
Oxigenul
Oxigenul este cel mai electronegativ dintre toate bioelementele primare și, atunci când se unește cu hidrogenul, atrage singurul său electron, originând poli electrici, astfel încât radicalii -OH, -CHO și COOH sunt radicali polari. Când acești radicali înlocuiesc unii hidrogeni ai lanțului de carbon și hidrogeni precum glucoza (C6H12O6) dau naștere la molecule precum apa care sunt solubile în lichide polare.
Oxigenul, datorită electronegativității sale, are capacitatea de a atrage electroni din alți atomi. Acest proces implică în mod necesar ruperea legăturilor și eliberarea unor cantități mari de energie. Compușii de carbon și oxigen reacționează cu ce este cunoscută sub numele de respirație aerobă, și este un mod obișnuit de a obține energie. O altă modalitate de a obține energie este fermentarea, aceasta a fost redusă de când algele și plantele, prin fotosinteză, au început să producă oxigen pentru atmosfera primitivă.
Procesul de oxidare a compușilor biologici se realizează prin scăderea atomilor de hidrogen din atomii de carbon. Oxigenul, fiind mai electronegativ, exercită o forță mai mare asupra electronului de hidrogen decât asupra electronului de carbon, motiv pentru care reușește să-l pornească.
Astfel, se formează apă, cu hidrogen plus oxigen, și se eliberează o cantitate mare de energie de care profită ființele vii. Pe măsură ce atomul de carbon începe să împartă un electron cu hidrogenul, împărtășind mai puțini electroni cu oxigenul, se confruntă cu o pierdere de electroni, adică se oxidează.
Azot
Azotul este un element care reprezintă aproximativ 78% din atmosferă. Este, de asemenea, o componentă esențială a proteinelor acidului dezoxiribonucleic (ADN), responsabil de transmiterea personajelor ereditare de la părinți la copii. ADN-ul este prezent în toate celulele corpului, de unde și importanța azotului pentru ființele vii.
În general, azotul nu poate fi absorbit direct, ci ca parte a altor compuși precum nitrați, nitriți sau compuși de amoniu care îl conțin. Înainte de a fi folosit de ființele vii, azotul trebuie să treacă prin mai multe etape:
- Amonificare, proces prin care azotul este transformat în amoniac.
- Nitrificare care constă în transformarea amoniacului în nitriți și nitrați.
- Procesul de fixare prin care azotul trece prin diferite procese pentru a deveni nitriți sau nitrați, ambele substanțe care pot fi utilizate de ființele vii
Azotul se găsește în aminoacizi, adică în moleculele care alcătuiesc proteinele, formând grupe amino (-NH.)2) și în bazele azotate ale acizilor nucleici. Azotul este cel mai abundent gaz din atmosferăÎn ciuda acestui fapt, foarte puține organisme sunt capabile să profite de el. Aproape tot azotul încorporat în materie vie de alge și plante este absorbit sub formă de ion nitrat (NH3).
Azotul este foarte ușor de format compuși atât cu hidrogen (NH3) ca și în cazul oxigenului (NO-), care îi permite să treacă de la o formă la alta, eliberând astfel energie.
Sulf Ca o componentă a aminoacizilor esențiali ai proteinelor, vitaminelor și hormonilor importanți, sulful este esențial atât pentru oameni, cât și pentru animale.
Sulful reprezintă 0.25% din greutatea corpului nostru, ceea ce înseamnă că un corp adult mediu conține aproximativ 170g de sulf, o mare parte din acesta se găsește în aminoacizi. Sulful face parte din acizii biliari, esențiali pentru digestie și absorbția grăsimilor. Ajută la menținerea sănătății pielii, părului și unghiilor și are un rol fundamental în formarea țesuturilor. Sulful este în general prezent în legume precum ridiche, morcovi, produse lactate, brânză, fructe de mare și carne.
Meci
Cantitatea de fosfor prezentă în atmosferă este neglijabilă. Cea mai mare rezervă de fosfor se găsește în sedimentele marine. Solurile constituie, în ordinea importanței al doilea depozit de fosfor al naturii. De asemenea, îl putem găsi în scoarța terestră ca o componentă a diferitelor minerale datorită efectului intemperiilor chimice, fosfații sunt eliberați din mineral, se dizolvă și sunt transportați de apă.
O parte din fosfat precipită, în principal sub formă de fosfat de calciu, iar o altă parte ajunge în mări, unde se acumulează cantități mari de fosfor, constituind așa-numitele capcane de fosfor.
Fosfor sub formă de fosfat organic, este extrem de important pentru materia vie, deoarece:
- Este una dintre componentele acizilor nucleici (ARN și ADN, care constituie materialul genetic al organismelor
- Se găsește ca o componentă a adenozin trifosfatului, care este o sursă de energie celulară aproape universală în materia vie.
- Este una dintre componentele oaselor.