אלמנטים ביוגנטיים: מאפיינים, סוגים ותפקודים - ביולוגיה - 2025

הם נקראים אטומי אלמנטים ביוגנזיקיים המרכיבים חומר חי. מבחינה אטימולוגית המונח בא מהביו, שפירושו ביוונית "חיים"; ובראשן, שמשמעותו "מקור". מכל האלמנטים הידועים, רק כשלושים הם הכרחיים.

ברמת הארגון הנמוכה ביותר, החומר מורכב מחלקיקים זעירים הנקראים אטומים. כל אטום מורכב מפרוטונים ונויטרונים בגרעין ומספר אלקטרונים סביבו. מרכיבים אלה מגדירים את תכונות האלמנטים.

יש להם פונקציות מבניות, בהיותם המרכיבים הבסיסיים במולקולות ביולוגיות (חלבונים, פחמימות, ליפידים וחומצות גרעין) או שהם נמצאים בצורתם היונית ומשמשים כאלקטרוליט. יש להם גם פונקציות ספציפיות, כמו קידום התכווצות שרירים או הימצאות באתר הפעיל של האנזים.

כל היסודות הביוגניים הם חיוניים, ואם היו חסרים, תופעת החיים לא הייתה יכולה להתרחש. היסודות הביוגניים העיקריים הנמצאים בשפע בחיים הם פחמן, מימן, חנקן, חמצן, זרחן וגופרית.

מאפיינים

לאלמנטים ביוגנטיים יש סדרה של מאפיינים כימיים ההופכים אותם מתאימים להיות חלק ממערכות חיות:

קשרים קוולנטיים

הם מסוגלים ליצור קשרים קוולנטיים, אליהם מחברים שני האטומים על ידי שיתוף אלקטרונים ממעטפת הערכיות שלהם. כאשר נוצר קשר זה האלקטרונים המשותפים ממוקמים במרחב הפנים-גרעיני.

קשרים אלה הם די חזקים ויציבים, מצב שחייב להיות קיים במולקולות של יצורים חיים. באופן דומה, קשרים אלה אינם קשים במיוחד לשבירה, המאפשרים ליצור מידה מסוימת של דינמיקה מולקולרית.

יכולת ליצור קשרים יחידים, כפולים ומשולשים

ניתן ליצור מספר משמעותי של מולקולות עם מעט אלמנטים הודות ליכולת ליצור קשרים יחידים, כפולים ומשולשים.

בנוסף למתן מגוון מולקולרי משמעותי, מאפיין זה מאפשר היווצרות של מבנים עם סידורים מגוונים (לינאריים, בצורת טבעת, בין היתר).

מִיוּן

יסודות ביוגנטיים מסווגים ליסודות ראשוניים, משניים ועקבות. סידור זה מבוסס על הפרופורציות השונות של האלמנטים ביצורים חיים.

ברוב האורגניזמים הפרופורציות הללו נשמרות, למרות שיכולות להיות שונות מסוימות. לדוגמה, בחוליות חוליות יוד הוא גורם מכריע, בעוד שבמיסות אחרות נראה שזה לא המקרה.

יסודות ראשוניים

המשקל היבש של חומר חי מורכב מ- 95 עד 99% מהיסודות הכימיים הללו. בקבוצה זו אנו מוצאים את היסודות הנפוצים ביותר: מימן, חמצן, חנקן ופחמן.

לאלמנטים אלה יכולת מצוינת להשתלב עם אחרים. בנוסף, יש להם את המאפיין של יצירת קישורים מרובים. פחמן יכול ליצור קשרים משולשים וליצור מגוון מולקולות אורגניות.

אלמנטים משניים

היסודות בקבוצה זו מהווים 0.7% ל- 4.5% מחומר החיים. הם נתרן, אשלגן, סידן, מגנזיום, כלור, גופרית וזרחן.

באורגניזמים, יסודות משניים הם בצורתם היונית; לכן הם נקראים אלקטרוליטים. בהתאם למטען שלהם, ניתן לסווג אותם כקטיונים (+) או כאיונים (-)

ככלל, אלקטרוליטים משתתפים בוויסות אוסמוטי, בדחף העצבים ובהובלת ביומולקולות.

תופעות אוסמוטיות מתייחסות לאיזון נאות של מים בסביבה התאית ומחוצה לה. כמו כן, יש להם תפקיד בשמירה על רמת החומציות בסביבות התאיות; הם ידועים כמאגר או מאגרים.

יסודות קורט

הם נמצאים בפרופורציות קטנות או עקבות, בערך פחות מ- 0.5%. עם זאת, נוכחותה בכמויות נמוכות אינה מצביעה על כך שתפקידו אינו חשוב. למעשה הם חיוניים לא פחות מהקבוצות הקודמות לתפקוד תקין של האורגניזם החי.

קבוצה זו מורכבת מברזל, מגנזיום, קובלט, נחושת, אבץ, מוליבדן, יוד ופלואור. בדומה לקבוצת היסודות המשניים, יסודות קורט יכולים להיות בצורתם היונית ולהיות אלקטרוליטים.

אחד המאפיינים הרלוונטיים ביותר שלו הוא להישאר כיון יציב במצבי החמצון השונים שלו. ניתן למצוא אותם במרכזים הפעילים של אנזימים (מרחב פיזי של חלבון כאמור בו התרחשות התגובה) או לפעול על מולקולות המעבירות אלקטרונים.

מחברים אחרים מסווגים לעיתים קרובות אלמנטים ביולוגיים כחיוניים ושאינם חיוניים. עם זאת, הסיווג לפי שפע הוא הנפוץ ביותר.

מאפיינים

כל אחד מהיסודות הביוגניים ממלא תפקיד חיוני וספציפי בגוף. בין הפונקציות הרלוונטיות ביותר אנו יכולים להזכיר את הדברים הבאים:

פַּחמָן

פחמן הוא "אבן הבניין" העיקרית של מולקולות אורגניות.

חַמצָן

לחמצן יש תפקיד בתהליכי הנשימה וזה גם מרכיב בסיסי במולקולות האורגניות השונות.

מֵימָן

הוא נמצא במים והוא חלק ממולקולות אורגניות. זה מאוד תכליתי, מכיוון שניתן לקשור אותו לכל מרכיב אחר.

חַנקָן

הוא נמצא בחלבונים, חומצות גרעין וויטמינים מסוימים.

התאמה

זרחן נמצא ב- ATP (אדנוזין טריפוספט), מולקולת אנרגיה הנמצאת בשימוש נרחב במטבוליזם. זהו מטבע האנרגיה של תאים.

באופן דומה, זרחן הוא חלק מהחומר הגנטי (DNA) ובויטמינים מסוימים. הוא נמצא בזרחן, אלמנטים מכריעים להיווצרות קרומים ביולוגיים.

גוֹפרִית

גופרית נמצאת בכמה חומצות אמינו, במיוחד ציסטאין ומתיונין. זה קיים בקואנזים A, מולקולת ביניים המאפשרת מספר רב של תגובות מטבוליות.

סִידָן

סידן חיוני לעצמות. תהליכי התכווצות שרירים דורשים מרכיב זה. התכווצות שרירים וקרישת דם מתווכים גם הם על ידי יון זה.

מגנזיום

המגנזיום חשוב במיוחד בצמחים, שכן הוא נמצא במולקולת הכלורופיל. כיון הוא משתתף כקופקטור בנתיבים אנזימטיים שונים.

נתרן ואשלגן

הם יונים בשפע במדיום החוץ תאי, בהתאמה. אלקטרוליטים אלה הם גיבורי דחף העצבים, מכיוון שהם קובעים את פוטנציאל הממברנה. יוני אלה ידועים במשאבת הנתרן אשלגן.

בַּרזֶל

זה בהמוגלובין, חלבון שנמצא באריתרוציטים בדם שתפקידו הובלת חמצן.

פלוּאוֹר

פלואוריד קיים בשיניים ובעצמות.

לִיתִיוּם

לליתיום יש פונקציות נוירולוגיות.

הפניות

1. Cerezo García, M. (2013). יסודות הביולוגיה הבסיסית. פרסומי אוניברסיטת ג'ומא הראשון.
2. גלאן, ר., וטורונטרס, ש '(2015). ביולוגיה בסיסית ובריאותית. אלזביאר
3. Gama, M. (2007). ביולוגיה: גישה קונסטרוקטיביסטית. פירסון חינוך.
4. Macarulla, JM, & Goñi, FM (1994). ביוכימיה אנושית: קורס בסיסי. התהפכתי.
5. Teijón, JM (2006). יסודות הביוכימיה המבנית. טבר עורך.
6. Urdiales, BAV, del Pilar Granillo, M., & Dominguez, MDSV (2000). ביולוגיה כללית: מערכות חי. גרפו פטריה עורך.
7. Vallespí, RMC, Ramírez, PC, Santos, SE, Morales, AF, Torralba, MP, & Del Castillo, DS (2013). תרכובות כימיות עיקריות. עריכה UNED.