ศึกษาเพิ่มเติมเล็กน้อยเกี่ยวกับองค์ประกอบทางชีวภาพหลัก

สิ่งมีชีวิตบนโลกถูกกำหนดโดยชุดของความสัมพันธ์ซึ่งมีการไหลเวียนของข้อมูลที่ไม่ธรรมดาและมีการแลกเปลี่ยนสสารและพลังงานอย่างต่อเนื่อง สสารคือทุกสิ่งทุกอย่างที่มีมวลและครอบครองสถานที่ในอวกาศประกอบด้วยอะตอมซึ่งเป็นหน่วยขั้นต่ำที่ประกอบกัน สิ่งมีชีวิตน้ำดวงดาวทุกสิ่งที่อยู่รอบตัวเราประกอบด้วยอะตอม

ความหลากหลายขององค์ประกอบทางเคมี ได้รับจากความหลากหลายของอะตอม. อะตอมแต่ละประเภทประกอบด้วยองค์ประกอบทางเคมีที่แตกต่างกัน ปัจจุบันทราบองค์ประกอบทางเคมี 105 องค์ประกอบซึ่ง 84 ชนิดพบได้ตามธรรมชาติและส่วนที่เหลือได้รับการผลิตขึ้นโดยเทียมในห้องปฏิบัติการ

ดังที่เราได้กล่าวไปแล้วว่าธรรมชาติประกอบด้วยสสารดังนั้นสิ่งมีชีวิตทั้งหมดจึงถูกสร้างขึ้นจากสสารด้วยซึ่งในทางกลับกันก็ประกอบด้วยอะตอมและองค์ประกอบเหล่านี้ประกอบขึ้นเป็นองค์ประกอบ องค์ประกอบที่ประกอบขึ้นเป็นสิ่งมีชีวิตเป็นที่รู้จักกันในชื่อของ Bioelements ซึ่งในทางกลับกันจะถูกจำแนกตามว่ามีความจำเป็นต่อชีวิตหรือไม่: องค์ประกอบทางชีวภาพขั้นต้นและองค์ประกอบทางชีวภาพทุติยภูมิ

องค์ประกอบที่จำเป็นสำหรับชีวิต

องค์ประกอบทางชีวภาพขั้นต้นเป็นองค์ประกอบทางเคมีที่จำเป็นซึ่งมีอยู่ในสิ่งมีชีวิตในเซลล์เนื้อเยื่ออวัยวะและระบบที่ประกอบขึ้นจากสิ่งที่ง่ายที่สุดไปจนถึงซับซ้อนที่สุด ดังที่เราได้กล่าวไว้ก่อนหน้านี้โดยทั่วไปแล้วสสารทั้งหมดไม่ว่าจะมีชีวิตหรือไม่ประกอบด้วยอะตอมและทุกสิ่งที่ประกอบด้วยอะตอมเพียงชนิดเดียวเรียกว่าธาตุองค์ประกอบซึ่งเป็นที่รู้จักจนถึงปัจจุบันคือ 105

ในรัฐธรรมนูญของสิ่งมีชีวิตเราสามารถพบองค์ประกอบทางเคมีที่เสถียรได้อย่างน้อย 70 องค์ประกอบซึ่งในทางปฏิบัติจริงแล้วองค์ประกอบทั้งหมดที่มีอยู่บนโลกลบด้วยก๊าซมีตระกูล ประมาณเก้าสิบเก้าเปอร์เซ็นต์ (99%) ของสิ่งมีชีวิตที่มีอยู่ทั้งหมดโดยส่วนใหญ่เซลล์ของมันประกอบด้วยองค์ประกอบทั้งหกนี้: คาร์บอน (C), ไฮโดรเจน (H2), ออกซิเจน (O2), ไนโตรเจน (N2); ฟอสฟอรัส (P) และซัลเฟอร์ (S) ซึ่ง มีมากที่สุดในเรื่องนี้ มีชีวิตที่เราพบบนพื้นผิวโลก พวกเขาถูกเรียกว่าองค์ประกอบทางชีวภาพเนื่องจากเป็นส่วนสำคัญของรัฐธรรมนูญพื้นฐานหรือหลักของสิ่งมีชีวิต

ประเภทขององค์ประกอบทางชีวภาพ

ตามที่ว่าพวกมันเป็นส่วนหนึ่งของรัฐธรรมนูญที่สำคัญของสารชีวโมเลกุลของสิ่งมีชีวิตหรือไม่นั้นองค์ประกอบทางชีวภาพสามารถแบ่งออกได้เป็นองค์ประกอบทางชีวภาพขั้นต้นและองค์ประกอบทางชีวภาพทุติยภูมิ

องค์ประกอบทางชีวภาพหลัก

พวกเขาทั้งหมดเป็นองค์ประกอบทางชีวภาพที่เป็นส่วนหนึ่งของรัฐธรรมนูญที่สำคัญของสิ่งมีชีวิตเนื่องจากเป็นส่วนที่ขาดไม่ได้ในการสร้างสารชีวโมเลกุลอินทรีย์: โปรตีนคาร์โบไฮเดรตไขมันและกรดนิวคลีอิก พวกมันประกอบด้วยสิ่งมีชีวิตสุทธิและ ได้แก่ คาร์บอน (C) ไฮโดรเจน (H2), ออกซิเจน (O2), ไนโตรเจน (N2); ฟอสฟอรัส (P) และซัลเฟอร์ (S)

คาร์บอน (C)

Es  องค์ประกอบพื้นฐานที่สำคัญของโมเลกุลอินทรีย์ทั้งหมดปรากฏในโซ่ทั้งหมดเป็นโครงกระดูกที่ให้รูปแบบและการทำงานของสารชีวโมเลกุลอินทรีย์ สารประกอบอินทรีย์ทั้งหมดประกอบด้วยโซ่คาร์บอนที่สร้างพันธะกับธาตุหรือสารประกอบอื่น ๆ

มีอิเล็กตรอน XNUMX ตัวอยู่ในเปลือกนอกสุดและสามารถสร้างพันธะโควาเลนต์กับคาร์บอนอื่น ๆ ที่ทำให้อะตอมเป็นโซ่ยาว (macromolecules) พันธะเหล่านี้สามารถเป็นแบบเดี่ยวสองหรือสาม นอกจากนี้ยังสามารถจับกับอนุมูลต่าง ๆ ที่เกิดขึ้นได้ โดยองค์ประกอบ (-H, = O, -OH, -NH2, -SH, H2PO4) ในหมู่คนอื่น ๆ เพื่อให้สามารถสร้างโมเลกุลที่แตกต่างกันจำนวนมากซึ่งจะเข้าแทรกแซงในปฏิกิริยาเคมีหลายหลากและใช้ประโยชน์จากความหลากหลายที่มีอยู่ในสิ่งแวดล้อม

คาร์บอนเป็นส่วนประกอบที่จำเป็นสำหรับสัตว์และพืช เป็นส่วนสำคัญของโมเลกุลกลูโคสซึ่งเป็นคาร์โบไฮเดรตที่สำคัญในการดำเนินกระบวนการต่างๆเช่นการหายใจ ยังแทรกแซงการสังเคราะห์ด้วยแสงในรูปแบบของ CO2  (คาร์บอนไดออกไซด์).

คาร์บอนยังเป็นส่วนหนึ่งของโมเลกุลโมเลกุลอื่นที่จำเป็นต่อชีวิตนั่นคือของ DNA โมเลกุลนี้มีข้อมูลทางพันธุกรรมที่บ่งบอกถึงลักษณะที่แต่ละคนไม่ได้เป็นเจ้าของและร่างกายจะใช้เพื่อทำซ้ำและส่งข้อมูลนั้นไปยัง ลูกหลานของพวกเขา

ไฮโดรเจน

ไฮโดรเจนร่วมกับออกซิเจนเป็นส่วนสำคัญของสารอินทรีย์ ในกรณีของไขมันบางชนิดจะแสดงเฉพาะอะตอมของคาร์บอนและไฮโดรเจนเท่านั้น อิเล็กตรอนอิออนที่มี อะตอมของไฮโดรเจนในชั้นสุดท้ายช่วยให้คุณสร้างพันธะกับองค์ประกอบทางชีวภาพหลักได้อย่างง่ายดาย

พันธะโควาเลนต์ที่ก่อตัวระหว่างคาร์บอนและไฮโดรเจนมีความแข็งแรงเพียงพอที่จะเสถียร แต่ไม่แข็งแรงพอที่จะป้องกันไม่ให้แยกออกจากกันและทำให้สามารถสังเคราะห์โมเลกุลอื่น ๆ ได้ โมเลกุลที่เกิดขึ้นโดยไฮโดรเจนและคาร์บอนเท่านั้นที่เป็นโควาเลนต์ที่มีขั้ว (ไม่ละลายในน้ำ)

Oxigen

ออกซิเจนเป็นอิเล็กโทรเนกาติวิตีมากที่สุดในบรรดา Bioelements หลักทั้งหมดและเมื่อรวมเข้ากับไฮโดรเจนจะดึงดูดอิเล็กตรอนเพียงตัวเดียวที่กำเนิดขั้วไฟฟ้าดังนั้นอนุมูล -OH, -CHO และ COOH จึงเป็นอนุมูลเชิงขั้ว เมื่ออนุมูลเหล่านี้แทนที่ไฮโดรเจนบางส่วนของโซ่คาร์บอนและไฮโดรเจนเช่นกลูโคส (C6H12O6) ก่อให้เกิดโมเลกุลเหมือนน้ำที่ละลายได้ในของเหลวที่มีขั้ว

ออกซิเจนเนื่องจากอิเล็กโทรเนกาติวิตีมีความสามารถในการดึงดูดอิเล็กตรอนจากอะตอมอื่น กระบวนการนี้จำเป็นต้องเกี่ยวข้องกับการทำลายพันธะและการปลดปล่อยพลังงานจำนวนมาก สารประกอบคาร์บอนและออกซิเจนทำปฏิกิริยากับอะไร เรียกว่าการหายใจแบบแอโรบิค และเป็นวิธีทั่วไปในการได้รับพลังงาน อีกวิธีหนึ่งในการได้รับพลังงานคือการหมักซึ่งจะลดลงเนื่องจากสาหร่ายและพืชผ่านการสังเคราะห์แสงเริ่มผลิตออกซิเจนสำหรับบรรยากาศดั้งเดิม

กระบวนการออกซิเดชั่นของสารประกอบทางชีวภาพดำเนินการโดยการลบอะตอมของไฮโดรเจนออกจากอะตอมของคาร์บอน ออกซิเจนซึ่งเป็นอิเล็กโทรเนกาติวิตีมากขึ้นจะทำให้อิเล็กตรอนไฮโดรเจนมีแรงมากกว่าอิเล็กตรอนของคาร์บอนซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมจึงสามารถเริ่มต้นได้

ดังนั้นน้ำจึงถูกสร้างขึ้นโดยมีไฮโดรเจนบวกออกซิเจนและพลังงานจำนวนมากจะถูกปล่อยออกมาเพื่อให้สิ่งมีชีวิตใช้ประโยชน์ได้ ในขณะที่อะตอมของคาร์บอนเริ่มแบ่งปันอิเล็กตรอนกับไฮโดรเจนโดยการแบ่งปันอิเล็กตรอนให้น้อยลงกับออกซิเจนมันจะสูญเสียอิเล็กตรอนนั่นคือมันออกซิไดซ์

ไนโตรเจน

ไนโตรเจนเป็นองค์ประกอบที่เป็นส่วนหนึ่งของบรรยากาศประมาณ 78% นอกจากนี้ยังเป็นส่วนประกอบสำคัญของโปรตีนกรดดีออกซีไรโบนิวคลีอิก (DNA) รับผิดชอบในการถ่ายทอดลักษณะทางพันธุกรรมจากพ่อแม่ไปสู่ลูก ดีเอ็นเอมีอยู่ในทุกเซลล์ของร่างกายดังนั้นความสำคัญของไนโตรเจนสำหรับสิ่งมีชีวิต

โดยทั่วไปไนโตรเจนไม่สามารถดูดซึมได้โดยตรง แต่เป็นส่วนหนึ่งของสารประกอบอื่น ๆ เช่นไนเตรตไนไตรต์หรือสารประกอบแอมโมเนียมที่มีอยู่ ก่อนที่สิ่งมีชีวิตจะใช้ไนโตรเจนจำเป็นต้องผ่านหลายขั้นตอน:

• Ammonification คือกระบวนการที่ไนโตรเจนเปลี่ยนเป็นแอมโมเนีย
• ไนตริฟิเคชันที่ประกอบด้วยการเปลี่ยนแอมโมเนียเป็นไนไตรต์และไนเตรต
• กระบวนการตรึงไนโตรเจนผ่านกระบวนการต่างๆเพื่อให้กลายเป็นไนไตรต์หรือไนเตรตสารทั้งสองที่สิ่งมีชีวิตสามารถนำไปใช้ได้

ไนโตรเจนพบในกรดอะมิโนนั่นคือในโมเลกุลที่ประกอบเป็นโปรตีนสร้างกลุ่มอะมิโน (-NH2) และในฐานไนโตรเจนของกรดนิวคลีอิก ไนโตรเจนเป็นก๊าซที่มีอยู่มากที่สุดในบรรยากาศอย่างไรก็ตามสิ่งนี้มีสิ่งมีชีวิตน้อยมากที่สามารถใช้ประโยชน์จากมันได้ ไนโตรเจนเกือบทั้งหมดที่รวมอยู่ในสิ่งมีชีวิตโดยสาหร่ายและพืชถูกดูดซึมในรูปของไนเตรตไอออน (NH3).

ไนโตรเจนสร้างสารประกอบได้ง่ายมากโดยมีทั้งไฮโดรเจน (NH3) เช่นเดียวกับออกซิเจน (NO-) ซึ่งทำให้สามารถส่งผ่านจากรูปแบบหนึ่งไปยังอีกรูปแบบหนึ่งได้จึงปล่อยพลังงานออกมา

กำมะถัน ในฐานะที่เป็นส่วนประกอบของกรดอะมิโนที่จำเป็นของโปรตีนวิตามินและฮอร์โมนที่สำคัญกำมะถันจึงจำเป็นสำหรับทั้งมนุษย์และสัตว์

กำมะถันคิดเป็น 0.25% ของน้ำหนักร่างกายของเราซึ่งหมายความว่าร่างกายของผู้ใหญ่โดยเฉลี่ยมีกำมะถันประมาณ 170 กรัมซึ่งส่วนใหญ่พบในกรดอะมิโน กำมะถันเป็นส่วนหนึ่งของกรดน้ำดีซึ่งจำเป็นสำหรับการย่อยอาหารและการดูดซึมไขมัน ช่วยบำรุงผิวผมและเล็บให้แข็งแรง และมีบทบาทพื้นฐานในการสร้างเนื้อเยื่อ โดยทั่วไปกำมะถันมีอยู่ในผักเช่นหัวไชเท้าแครอทผลิตภัณฑ์จากนมชีสอาหารทะเลและเนื้อสัตว์

การจับคู่

ปริมาณฟอสฟอรัสที่มีอยู่ในบรรยากาศมีค่าเล็กน้อย ฟอสฟอรัสสำรองที่ใหญ่ที่สุดพบในตะกอนทะเล ดินประกอบขึ้นตามลำดับความสำคัญ คลังเก็บฟอสฟอรัสแห่งที่สองของธรรมชาติ. นอกจากนี้เรายังสามารถพบได้ในเปลือกโลกซึ่งเป็นส่วนประกอบของแร่ธาตุต่างๆเนื่องจากผลของการผุกร่อนทางเคมีฟอสเฟตจะถูกปล่อยออกจากแร่ละลายและเคลื่อนย้ายโดยน้ำ

ส่วนหนึ่งของฟอสเฟตตกตะกอนส่วนใหญ่อยู่ในรูปของแคลเซียมฟอสเฟตและอีกส่วนหนึ่งไปถึงทะเลซึ่งมีฟอสฟอรัสสะสมอยู่จำนวนมากซึ่งก่อให้เกิดกับดักฟอสฟอรัสที่เรียกว่า

ฟอสฟอรัสในรูปของ ฟอสเฟตอินทรีย์มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการดำรงชีวิตเนื่องจาก:

• เป็นส่วนประกอบหนึ่งของกรดนิวคลีอิก (RNA และ DNA ซึ่งเป็นสารพันธุกรรมของสิ่งมีชีวิต
• พบว่าเป็นส่วนประกอบของอะดีโนซีนไตรฟอสเฟตซึ่งเป็นแหล่งพลังงานระดับเซลล์เกือบสากลในสิ่งมีชีวิต
• มันเป็นหนึ่งในส่วนประกอบของกระดูก