Життя на планеті визначається сукупністю взаємозв’язків, в яких відбувається надзвичайний потік інформації та постійний обмін речовиною та енергією. Матерія - це все, що має масу і займає місце в просторі, воно складається з атомів, які є мінімальними одиницями, що її складають. Живі істоти, вода, зірки, все, що нас оточує, складається з атомів.
Різноманітність хімічних елементів задається різноманітністю типів атомів. Кожен тип атома являє собою різний хімічний елемент. В даний час відомо 105 хімічних елементів, з яких 84 знайдені природним шляхом, а решта штучно виготовлені в лабораторіях.
Як ми вже говорили, природа складається з матерії, а отже вся жива речовина також складається з матерії, яка, в свою чергу, складається з атомів і цих елементів. Елементи, що складають живу речовину, відомі під назвою Біоелементи, вони, в свою чергу, класифікуються залежно від того, чи є вони важливими для життя на:
Важливі елементи для життя
Первинні біоелементи - це ті основні хімічні елементи, присутні в живій речовині, в клітинах, тканинах, органах та системах, які складають їх від найпростіших до найскладніших. Як ми вже говорили раніше, уся матерія, загалом, жива вона чи ні, складається з атомів, і все, що складається лише з одного типу атомів, відоме як елемент, елементів, відомих дотепер, 105.
У конституції живої речовини ми можемо знайти щонайменше 70 стабільних хімічних елементів, практично всіх елементів, що існують на планеті, за винятком благородних газів. Близько дев'яносто дев'яти відсотків (99%) усієї існуючої живої речовини, більшість з яких є клітинами, що складаються з цих шести елементів: вуглецю (С), водню (Н2), кисень (O2), Азот (N2); Фосфор (P) і Сірка (S) які є найбільш поширеними в цьому питанні живими, які ми знаходимо на земній поверхні. Їх називають біоелементами, оскільки вони складають важливу частину основної або первинної конституції живих істот.
Види біоелементів
Залежно від того, входять вони чи ні в основну структуру біомолекул живої речовини, біоелементи можна класифікувати на: первинні біоелементи та вторинні біоелементи.
Первинні біоелементи
Це всі ті біоелементи, які є частиною необхідної конституції живої речовини, оскільки вони є незамінною частиною утворення органічних біомолекул: білків, вуглеводів, ліпідів та нуклеїнових кислот. Вони складають чисту живу речовину, а саме: Вуглець (С), водень (Н2), кисень (O2), Азот (N2); Фосфор (P) і Сірка (S).
Вуглець (C)
Es найважливіший базовий компонент усіх органічних молекул, що з'являється у всіх ланцюгах як скелет, що надає форму та функцію органічним біомолекулам. Всі органічні сполуки складаються з вуглецевих ланцюгів, які утворюють зв’язки з іншими елементами або сполуками.
У своїй зовнішній оболонці він має чотири електрони і може утворювати ковалентні зв’язки з іншими вуглецями, що дозволяє йому утворювати довгі ланцюги атомів (макромолекул). Ці облігації можуть бути одинарними, подвійними або потрійними. Вони також можуть зв’язуватися з різними утвореними радикалами за елементами (-H, = O, -OH, -NH2, -SH, H2PO4), серед інших, так що це дозволяє утворювати велику кількість різних молекул, які будуть втручатися в безліч хімічних реакцій, і таким чином використовувати переваги різноманітності, що присутня в навколишньому середовищі.
Вуглець є важливим компонентом для тварин і рослин. Це незамінна частина молекули глюкози, важливий вуглевод для здійснення таких процесів, як дихання; також втручається у фотосинтез у вигляді CO2 (вуглекислий газ).
Вуглець також є частиною іншої макромолекули, важливої для життя - ДНК, ця молекула містить генетичну інформацію, яка надає кожному індивіду властивості, якими вона не володіє, і яка, в свою чергу, використовується організмом для реплікації та передачі цієї інформації до їх нащадки
Гідроген
Водень разом з киснем є важливою частиною органічної речовини. У випадку деяких ліпідів вони мають лише атоми вуглецю та водню у своїй структурі. Іон електрона, який має атом водню в останньому шарі, дозволяє легко встановити зв’язки з будь-яким з первинних біоелементів.
Ковалентний зв’язок, що утворюється між вуглецем та воднем, досить міцний, щоб бути стабільним, але недостатньо міцним, щоб запобігти його відділенню і тим самим дозволити синтез інших молекул. Молекули, що утворюються лише воднем і вуглецем, ковалентні полярним (не розчиняються у воді).
Кисень
Кисень є найбільш електронегативним з усіх первинних біоелементів, і коли він приєднується до водню, він притягує свій єдиний електрон, що походить з електричних полюсів, тому радикали -ОН, -СНО та СООН є полярними радикалами. Коли ці радикали замінюють деякі водні вуглецевого ланцюга та такі водні, як глюкоза (C6H12O6) утворюють такі молекули, як вода, розчинні в полярних рідинах.
Кисень завдяки своїй електронегативності має здатність притягувати електрони від інших атомів. Цей процес обов'язково включає розрив зв'язків і виділення великої кількості енергії. З чим взаємодіють сполуки вуглецю та кисню відоме як аеробне дихання, і це звичайний спосіб отримання енергії. Іншим способом отримання енергії є бродіння, яке було зменшено з тих пір, як водорості та рослини завдяки фотосинтезу почали виробляти кисень для первісної атмосфери.
Процес окислення біологічних сполук здійснюється шляхом віднімання атомів водню від атомів вуглецю. Кисень, будучи більш електронегативним, надає більшу силу на електрон водню, ніж на електрон вуглецю, саме тому йому вдається його запустити.
Таким чином утворюється вода, з воднем плюс киснем і виділяється велика кількість енергії, якою користуються живі істоти. Коли атом вуглецю починає ділити електрон з воднем, поділяючи меншу кількість електронів з киснем, він відчуває втрату електронів, тобто окислюється.
Азот
Азот - це елемент, який становить близько 78% частини атмосфери. Він також є важливим компонентом білків дезоксирибонуклеїнової кислоти (ДНК), відповідальний за передачу спадкових символів від батьків дітям. ДНК присутня у всіх клітинах тіла, отже, значення азоту для живих істот.
Взагалі, азот не може поглинатися безпосередньо, а як частина інших сполук, таких як нітрати, нітрити або сполуки амонію, що містять його. Перш ніж використовувати живі істоти, азот повинен пройти кілька стадій:
- Амоніфікація - процес, при якому азот перетворюється на аміак.
- Нітрифікація, що полягає у перетворенні аміаку в нітрити та нітрати.
- Процес фіксації, через який азот проходить кілька процесів, перетворюючись на нітрит або нітрат, обидві речовини, які можуть використовуватися живими істотами
Азот міститься в амінокислотах, тобто в молекулах, що утворюють білки, утворюючи аміногрупи (-NH2) та в азотистих основах нуклеїнових кислот. Азот - це найпоширеніший газ в атмосферіНезважаючи на це, дуже мало організмів здатні цим скористатися. Майже весь азот, що входить у живу речовину водоростями та рослинами, поглинається у вигляді нітратно-іонного (NH3).
Азот дуже легко утворює сполуки з обома воднем (NH3) як з киснем (NO-), що дозволяє йому переходити з однієї форми в іншу, виділяючи таким чином енергію.
Сірка Як білковий компонент необхідних амінокислот, вітамінів та важливих гормонів, сірка необхідна як людям, так і тваринам.
Сірка становить 0.25% ваги нашого тіла, це означає, що в середньому дорослому організмі міститься близько 170 г сірки, значна частина якої міститься в амінокислотах. Сірка входить до складу жовчних кислот, необхідних для травлення та засвоєння жиру. Допомагає підтримувати здоровий стан шкіри, волосся та нігтів і він відіграє фундаментальну роль у формуванні тканин. Сірка, як правило, присутня в таких овочах, як редька, морква, молочні продукти, сир, морепродукти та м'ясо.
Матч
Кількість фосфору, присутнього в атмосфері, незначна. Найбільший запас фосфору знаходиться в морських відкладах. Ilsрунти становлять за значенням другий у природі склад фосфору. Ми також можемо знайти його в земній корі як компонент різних мінералів завдяки дії хімічного вивітрювання, з мінералу виділяються фосфати, він розчиняється і транспортується водою.
Частина фосфату випадає в осад, головним чином у формі фосфату кальцію, а інша частина досягає морів, де накопичується велика кількість фосфору, складаючи так звані фосфорні пастки.
Фосфор у формі органічний фосфат, надзвичайно важливий для живої речовини, оскільки:
- Це один із компонентів нуклеїнових кислот (РНК і ДНК, які складають генетичний матеріал організмів
- Він міститься як компонент аденозинтрифосфату, який є майже універсальним клітинним джерелом енергії в живій речовині.
- Це один із компонентів кісток.