Что относится к биоэлементам
Биоэлементы: классификация (первичные и вторичные)
Содержание:
“БиоэлементЭто термин, используемый для обозначения основных химических элементов, из которых состоят живые существа. В некоторых классификациях они делятся на первичные элементы и вторичные элементы.
Из 87 известных химических элементов только 34 составляют органическое вещество, а 17 из этих 34, как известно, действительно необходимы для жизни. Кроме того, из этих 17 основных элементов пять составляют более 90% вещества, из которого состоят живые организмы.
Шесть основных элементов в органическом веществе: водород (H, 59%), кислород (O, 24%), углерод (C, 11%), азот (N, 4%), фосфор (P, 1%) и серы (S от 0,1 до 1%).
Эти проценты отражают количество атомов каждого элемента по отношению к общему количеству атомов, составляющих живые клетки, и это так называемые «первичные биоэлементы».
Вторичные биоэлементы встречаются в гораздо меньшем количестве и включают калий (K), магний (Mg), железо (Fe), кальций (Ca), молибден (Mo), фтор (F), хлор ( Cl), натрий (Na), йод (I), медь (Cu) и цинк (Zn).
Вторичные элементы обычно являются кофакторами в каталитических реакциях и участвуют во многих биохимических и физиологических процессах, присущих клеткам организмов.
Первичные биоэлементы
Атомы углерода, водорода и кислорода являются структурной основой молекул, составляющих органическое вещество, в то время как азот, фосфор и сера взаимодействуют с различными биомолекулами, вызывая химические реакции.
Водород
Считается, что атомы водорода были одними из первых атомов, сформировавших раннюю Вселенную. Теории, которые рассматриваются, предполагают, что протоны, содержащиеся в ядрах атомов водорода, начали связываться с электронами других элементов, чтобы сформировать более сложные молекулы.
Водород может химически соединяться практически с любым другим элементом с образованием молекул, среди которых вода, углеводы, углеводороды и т. Д.
Этот элемент отвечает за образование связей, известных как «водородные связи», одного из наиболее важных слабых взаимодействий для биомолекул и основной силы, ответственной за поддержание трехмерных структур белков и нуклеиновых кислот.
Углерод
Углерод образует ядра многих биомолекул. Их атомы могут ковалентно соединяться с четырьмя другими атомами различных химических элементов, а также сами с собой, образуя структуру очень сложных молекул.
Углерод вместе с водородом является одним из химических элементов, способных образовывать наибольшее количество различных химических соединений. Настолько, что все вещества и соединения, классифицируемые как «органические», содержат атомы углерода в своей основной структуре.
Кислород
Активные формы кислорода ответственны за окислительный стресс внутри клеток. Очень часто наблюдается повреждение макромолекул внутри клетки окислительными соединениями, так как они нарушают баланс восстановительной внутренней части клеток.
Азот
Азот также преимущественно газообразный, составляя около 78% атмосферы Земли. Это важный элемент питания растений и животных.
У животных азот является основной частью аминокислот, которые, в свою очередь, являются строительными блоками для белков. Белки структурируют ткани, и многие из них обладают необходимой ферментативной активностью для ускорения многих жизненно важных реакций клеток.
Азот присутствует в азотистых основаниях ДНК и РНК, необходимых молекулах для передачи генетической информации от родителей к потомству и для правильного функционирования живых организмов как клеточных систем.
Соответствие
У животных фосфор в изобилии содержится во всех костях в форме фосфата кальция.
Фосфор необходим для жизни, поскольку он также является элементом, входящим в состав ДНК, РНК, АТФ и фосфолипидов (основных компонентов клеточных мембран).
Этот биоэлемент всегда участвует в реакциях передачи энергии, поскольку он образует соединения с очень энергетическими связями, гидролиз которых используется для перемещения различных клеточных систем.
Сера
Сера обычно находится в форме сульфидов и сульфатов. Он особенно распространен в вулканических районах и присутствует в аминокислотных остатках цистеина и метионина.
В белках атомы серы цистеина образуют очень сильное внутри- или межмолекулярное взаимодействие, известное как «дисульфидный мостик», которое необходимо для образования вторичной, третичной и четвертичной структуры клеточных белков.
Коэнзим А, промежуточный продукт метаболизма с широким спектром функций, имеет в своей структуре атом серы.
Этот элемент также является фундаментальным в структуре многих ферментативных кофакторов, которые участвуют в различных важных метаболических путях.
Вторичные биоэлементы
Вторичные биоэлементы или микроэлементы участвуют во многих физиологических процессах растений, в фотосинтезе, дыхании, в клеточном ионном балансе вакуоли и хлоропластов, в транспортировке углеводов во флоэму и т. Д.
Это также верно для животных и других организмов, где эти элементы, более или менее незаменимые и менее распространенные, являются частью многих кофакторов, необходимых для функционирования всего клеточного аппарата.
Железо
Железо является одним из важнейших вторичных биоэлементов, поскольку оно участвует во многих энергетических явлениях. Это очень важно в естественных реакциях восстановления оксидов.
Например, у млекопитающих железо является важной частью гемоглобина, белка, который отвечает за перенос кислорода в крови внутри эритроцитов или красных кровяных телец.
В клетках растений этот элемент также входит в состав некоторых пигментов, таких как хлорофилл, необходимых для фотосинтетических процессов. Он входит в состав молекул цитохрома, также необходим для дыхания.
Цинк
Ученые считают, что цинк был одним из ключевых элементов в появлении эукариотических организмов миллионы лет назад, поскольку многие ДНК-связывающие белки для репликации, составляющие «примитивные эукариоты», использовали цинк в качестве мотива. Союза.
Примером этого типа белка являются цинковые пальцы, которые участвуют в транскрипции генов, трансляции белков, метаболизме и сборке белка и т. Д.
Кальций
Магний
Наибольшая доля магния в природе содержится в твердой форме в сочетании с другими элементами, а не только в свободном состоянии. Магний является кофактором более 300 различных ферментных систем у млекопитающих.
Реакции, в которых он участвует, варьируются от синтеза белка, подвижности мышц и функций нервов до регулирования уровня глюкозы в крови и артериального давления. Магний необходим для производства энергии в живых организмах, для окислительного фосфорилирования и гликолиза.
Он также способствует развитию костей и необходим для синтеза ДНК, РНК, глутатиона и других.
Натрий и калий
Это два очень распространенных иона внутри клетки, и вариации их внутренней и внешней концентрации, а также их транспорта являются определяющими факторами для многих физиологических процессов.
Калий является наиболее распространенным внутриклеточным катионом, он поддерживает объем жидкости внутри клетки и трансмембранные электрохимические градиенты.
И натрий, и калий активно участвуют в передаче нервных импульсов, поскольку они транспортируются натриево-калиевым насосом. Натрий также участвует в сокращении мышц и всасывании питательных веществ через клеточную мембрану.
Остальные вторичные биоэлементы: молибден (Mo), фтор (F), хлор (Cl), йод (I) и медь (Cu) играют важную роль во многих физиологических реакциях. Однако они необходимы в гораздо меньшей пропорции, чем шесть элементов, описанных выше.
Классификация биоэлементов (первичных и вторичных)
Существует около 70 таких элементов, которые различаются в разных пропорциях и не все присутствуют во всех живых существах (Bioelements, 2009)..
Вся материя во Вселенной происходит в виде атомов небольшого числа элементов. Во Вселенной 92 природных химических элемента.
С нашей земной точки зрения трудно представить себе формы жизни, в которых элементы водород, углерод, кислород, азот, сера и фосфор не играют доминирующей роли (ХИМИИ БИОГЕННЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ., С.Ф.).
Тот факт, что они действительно играют эту роль во всей вселенной, представляется весьма вероятным, отчасти потому, что (кроме фосфора) они являются наиболее распространенными элементами во всем космосе, а также производятся в значительных количествах между строительными блоками планет земной группы..
Кроме того, его химия особенно хорошо подходит для разработки сложных структур и функций, которые характерны для живых систем.
Поскольку Солнце и планеты образовались всего 4,6 миллиарда лет назад во вселенной, возраст которой, возможно, составляет 15 миллиардов лет, очевидно, что эти «биогенные элементы» пережили долгую и сложную химическую историю, прежде чем войти во вселенную. наземная биохимия.
В настоящее время неизвестно, сыграла ли эта предыдущая история прямую роль в происхождении жизни на Земле..
Классификация биоэлементов
В соответствии с их количеством в составе биомолекул, биоэлементы классифицируются как первичные, вторичные и микроэлементы (Rastogi, 2003).
1- Первичные биоэлементы
Эти элементы характеризуются тем, что они легкие (с низким атомным весом) и в изобилии. Основными биоэлементами являются углерод, водород, кислород, азот, фосфор и сера..
Углерод (С)
Это основной биоэлемент, который составляет биомолекулы. Он обладает способностью собираться с образованием крупных углерод-углеродных цепей с помощью одинарных, двойных или тройных связей, а также циклических структур..
Он может включать множество функциональных групп, таких как кислород, гидроксид, фосфат, амино, нитро и т. Д., Что приводит к огромному разнообразию различных молекул.
Атом углерода, вероятно, является одним из наиболее важных биоэлементов, поскольку все биомолекулы содержат углерод. Можно найти, например, липиды без фосфора или азота (например, холестерин), но нет биомолекул без углерода.
Водород (H)
Это один из компонентов молекулы воды, который необходим для жизни и является частью углеродных скелетов органических молекул..
Чем больше молекул водорода в биомолекуле, тем больше она будет уменьшаться и тем больше способность окисляться, производя больше энергии.
Например, жирные кислоты имеют больше электронов, чем углеводов, поэтому они способны производить больше энергии за счет деградации.
Кислород (O)
Это другой элемент, который составляет молекулу воды. Это очень электроотрицательный элемент, который позволяет большее производство энергии за счет аэробного дыхания.
Кроме того, полярные связи с водородом, в результате чего водорастворимые полярные радикалы.
Азот (N)
Элемент, который присутствует во всех аминокислотах. Благодаря азоту аминокислоты обладают способностью образовывать пептидную связь с образованием белков.
Этот биоэлемент также содержится в азотистых основаниях нуклеиновых кислот. Выводится организмом в виде мочевины.
Одной из первых биомолекул, которая сформировалась, была АТФ, из-за обилия азота в атмосфере Земли. Азот является частью аденозина АТФ.
фосфор (Р)
Группа в основном встречается как фосфат (ПО4 3- ) это часть нуклеотидов. Формируйте энергетически насыщенные ссылки, которые позволяют легко обмениваться (ATP).
Это также важно в структуре ДНК, так как она образует фосфодиэфирную связь с нуклеотидами для образования этой молекулы.
Сера (S)
Биоэлемент, который обнаруживается в основном в виде сульфгидрильной группы (-SH), являющейся частью аминокислот, таких как цистеин, в которых дисульфидные связи необходимы для создания стабильности в третичной и четвертичной структуре белков..
Он также содержится в коэнзиме А, необходимом для различных универсальных метаболических путей, таких как цикл Кребса (Llull, S.F.). Это самый тяжелый первичный биоэлемент, который существует, поскольку его атомный вес составляет 36 г / моль..
2- Вторичные биоэлементы
Эти типы элементов также присутствуют во всех живых существах, но не в тех же количествах, что и первичные элементы..
Они не соответствуют биомолекулам, но используются в градиентах клеточной концентрации, диэлектрической сигнализации нейронов и нейротрансмиттеров, стабилизируют заряженные биомолекулы, такие как АТФ, и образуют часть костной ткани..
Этими биоэлементами являются кальций (Ca), натрий (Na), калий (K), магний (Mg) и хлор (Cl). Наиболее распространенными являются натрий, калий, магний и кальций.
Кальций (Ca)
Кальций необходим для живых организмов, поскольку растениям необходим кальций для создания клеточных стенок..
Он образует часть костной ткани позвоночных в виде гидроксиапатита (Ca3 (PO4) 2) 2, Ca (OH) 2, и его фиксация связана с потреблением витамина D и солнечного света. Кальций, присутствующий в ионной форме, служит важным регулятором процессов в клеточной цитоплазме.
Кальций влияет на нервно-мышечную возбудимость мышц (наряду с ионами K, Na и Mg и участвует в сокращении мышц.) Гипокальциемия приводит к колики-тетании. Он также участвует в регуляции синтеза гликогена в почках, печени и скелетных мышцах..
Кальций уменьшает проницаемость клеточной мембраны и стенки капилляра, что приводит к его противовоспалительным, антиэкссудативным и антиаллергическим эффектам. Это также необходимо для свертывания крови.
Ионы кальция являются важными внутриклеточными мессенджерами, которые влияют на секрецию инсулина в кровообращении и секрецию ферментов пищеварения в тонкой кишке..
На реабсорбцию кальция влияют взаимоотношения кальция и фосфатов в кишечнике и присутствие холекальциферола, который регулирует активную реабсорбцию кальция и фосфора..
Обмен кальция и фосфатов регулируется гормонально паратоидным гормоном и кальцитонином. Паратоидный гормон высвобождает кальций из костей в крови.
Кальцитонин способствует отложению кальция в костях, что снижает уровень крови.
Магний (Mg)
Магний является вторичным биоэлементом, который входит в состав биомолекул, поскольку он является кофактором хлорофилла. Магний является типичным внутриклеточным катионом и является неотъемлемой частью тканей и жидкостей организма..
Он присутствует в скелете (до 70%) и в мышцах животных и в числе его функций заключается в стабилизации отрицательного заряда фосфатов молекулы АТФ.
Натрий (Na)
Это важный внеклеточный катион, он участвует в гомеостазе организма. Защищает организм от чрезмерных потерь воды через натриевые каналы и участвует в распространении нервного возбуждения.
Калий (К)
Участвует в гомеостазе организма и в распространении нервного возбуждения по калиевым каналам. Дефицит калия может привести к остановке сердца.
Хлор (Cl)
Галоген из группы VII периодической таблицы. Он присутствует в организме живых существ в основном в виде хлорид-иона, который стабилизирует положительный заряд ионов металлов (Biogenic elements, S.F.).
3- Элементы в следах
Они присутствуют в некоторых живых существах. Многие из этих микроэлементов действуют как кофакторы в ферментах.
Микроэлементами являются бор (B), бром (Br), медь (Cu), фтор (F), марганец (Mn), кремний (Si), железо (Fe), йод (I) и т. Д..
Доля биоэлементов
Существует разница в пропорции биоэлементов в организмах и в атмосфере, гидросфере или земной коре, что свидетельствует о выборе более подходящих элементов для формирования структур и выполнения специфических функций выше изобилия..
Например, углерод составляет примерно 20% от массы организмов, но его концентрация в атмосфере в виде диоксида углерода низкая. С другой стороны, азот составляет почти 80% атмосферы Земли, но только 3,3% азота составляет организм человека.
В следующей таблице показана доля некоторых биоэлементов в живых организмах по сравнению с остальной частью Земли (Bioelements, s.f.):
Таблица 1: изобилие биоэлементов во вселенной, на земле и в организме человека.
биомолекулы
Биоэлементы соединяются друг с другом и могут образовывать тысячи различных молекул. Биомолекулы участвуют в конституции клеток.
Они могут быть классифицированы на неорганические (вода и минералы) и органические (углеводы, липиды, аминокислоты и нуклеиновые кислоты).
Биомолекулы известны как структурные ашлары жизни, так как они представляют собой кирпичи или основные формы, из которых состоят более сложные молекулы..
Например, аминокислоты являются структурными ашларами белков. Аминокислотная последовательность определяет первичную структуру белка.
Молекулы, такие как липиды, образуют клеточную мембрану, а лобиомолы простые углеводы образуют сложные углеводы, такие как молекула гликогена..
Существует также случай азотистых оснований, которые, когда они связываются с углеводом или дезоксирибозой рибозы, образуют молекулы РНК и ДНК, где их последовательность будет целоваться из генетического кода..
Тест по теме:»Химический состав клетки»
ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ КЛЕТКИ 1 ВАРИАНТ
1. К макроэлементам относятся:
2. Какую роль выполняет в клетке вода:
А) строительную б) двигательную в) транспортную г) наследственную
3. Из перечисленных химических соединений биополимером не является:
а) белок б) глюкоза в) дезоксирибонуклеиновая кислота г) целлюлоза
4. Жиры, как и глюкоза, выполняют в клетке функцию
а) строительную б) информационную в) каталитическую г) ) энергетическую
5. Какую функцию выполняют белки, вырабатываемые в организме при проникновении в него бактерий или вирусов?
а) регуляторную б) сигнальную в) защитную г) ферментативную
6. Нуклеиновые кислоты – это …………….
7. Мономерами белка являются:
а) аминокислоты б) глюкоза в) нуклеотиды г) вода
8. Вторичная структура белка представлена:
а) цепочкой б) глобулой в) спираль г) комплекс.
9. Гемоглобин – белок выполняющий ……… функцию.
а) двигательную б) транспортную в) защитную г) энергетическую.
10. Третичную структуру белка поддерживается …….. связью:
а) пептидной б) водородной в) дисульфидной г) ионной.
11. Какой белок выполняет защитную функцию:
а) миозин б) протромбин в) инсулин г) гемоглобин.
12. Какую функцию выполняют белки, вырабатываемые в организме при проникновении в него бактерий или вирусов:
а) регуляторную б) сигнальную в) защитную г) ферментативную.
13. Один триплет ДНК несет информацию о:
а) последовательности аминокислот в молекуле белка б) признаке организма
в) аминокислоте в молекуле синтезируемого белка г) составе молекулы РНК.
14. Процесс денатурации белковой молекулы обратим, если не разрушены связи
а)водородные б)пептидные в)гидрофобные г) дисульфидные.
15. Молекулы РНК в отличие от ДНК содержат азотистое основание
а)аденин б) гуанин в)урацил г) цитозин.
16. Наследственная информация о признаках организма сосредоточена в молекулах:
а)тРНК б)ДНК в) белков г)полисахаридов.
а)ионная б)пептидная в)водородная г) ковалентная полярная.
18.В молекуле ДНК две полинуклеотидные нити связаны с помощью
а) комплементарных азотистых оснований б) остатков фосфорной кислоты
в) аминокислот г) углеводов.
19.Какой углевод выполняет структурную и защитную функцию:
а) целлюлоза и хитин б) хитин и гликоген в) гликоген и целлюлоза г) глюкоза и хитин.
20. Фосфорная кислота основной компонент синтеза энергетического вещества:
а) ДНК б) АТФ в) РНК г) белка.
ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ КЛЕТКИ 2 ВАРИАНТ
1. К биоэлементам относятся:
2. Вода выполняет в клетке функцию:
а) растворителя б) теплоизолятора в) терморегулятора г) термостабилизатора
3. В клетках человека и животных в качестве строительного материала и источника энергии используются
а) гормоны и витамины б) вода и углекислый газ в) неорганические вещества 4) белки, жиры и углеводы
4. У детей развивается рахит при недостатке:
а) марганца и железа б)кальция и фосфора в)меди и цинка г)серы и азота
5. В клетке липиды выполняют функцию:
а) каталитическую б) транспортную в) информационную г) энергетическую
7. Мономерами нуклеиновых кислот являются:
а) аминокислоты б) глюкоза в) нуклеотиды г) вода
8. Первичную структуру белка представляет:
а) глобула б) спираль в) цепочка г) комплекс
9. Белок актин и миозин выполняют ……… функцию:
а) защитную б) двигательную в) транспортную г) выделительную
10. Первичная структура белка поддерживается ……… связью:
а) водородной б) пептидной в) дисульфидной г) ионной.
11. какой белок входит в состав копыт, рогов, перьев:
а) гемоглобин б) актин в) кератин г) интерферон.
12. Какую функцию выполняют белки, ускоряющие химич. реакции, в клетке:
а) гормональную б)сигнальную в) ферментативную г) информационную
13. Разнообразные функции в клетке выполняют молекулы:
а)ДНК б) белков в) и.РНК г) АТФ.
14. Рибоза, в отличие от дезоксирибозы, входит в состав
а) ДНК б)белков в) иРНК г) полисахаридов.
15.Рибонуклеиновые кислоты в клетках участвуют в
а) хранении наследственной информации б) биосинтезе белков
в) биосинтезе углеводов г) регуляции обмена жиров.
16Молекулы ДНК представляют собой материальную основу наследственности, так как в них закодирована информация о структуре молекул:
а) полисахаридов б) белков в) липидов г) аминокислот.
17. Программа о первичной структуре молекул белка зашифрована в молекулах
а)тРНК б) ДНК в)липидов г) полисахаридов.
18. Какие жироподобные вещества входят в состав клеточных мембран:
а) воски б) липиды в) фосфолипиды г) холестерин.
19. Витамины: А.Д.Е.К, а так же большинство солей и кислот – это вещества в воде …………..
20. Живые организмы нуждаются в азоте, так как он служит:
а) составным компонентом белков и нуклеиновых кислот
б) основным источником энергии
в) основным переносчиком кислорода
г) структурным компонентом жиров и углеводов
Ищем педагогов в команду «Инфоурок»
Номер материала: ДБ-600218
Не нашли то что искали?
Вам будут интересны эти курсы:
Оставьте свой комментарий
Авторизуйтесь, чтобы задавать вопросы.
Учителя о ЕГЭ: секреты успешной подготовки
Время чтения: 11 минут
Рособрнадзор разрешил провести ВПР по некоторым предметам на компьютерах
Время чтения: 0 минут
Учителя о ЕГЭ: секреты успешной подготовки
Время чтения: 11 минут
В Минпросвещения рассказали о формате обучения школьников после праздников
Время чтения: 1 минута
Российские юниоры завоевали 6 медалей на Международной научной олимпиаде
Время чтения: 2 минуты
Путин поручил не считать выплаты за классное руководство в средней зарплате
Время чтения: 1 минута
Рособрнадзор не намерен упрощать ЕГЭ в 2022 году из-за пандемии
Время чтения: 1 минута
Подарочные сертификаты
Ответственность за разрешение любых спорных моментов, касающихся самих материалов и их содержания, берут на себя пользователи, разместившие материал на сайте. Однако администрация сайта готова оказать всяческую поддержку в решении любых вопросов, связанных с работой и содержанием сайта. Если Вы заметили, что на данном сайте незаконно используются материалы, сообщите об этом администрации сайта через форму обратной связи.
Все материалы, размещенные на сайте, созданы авторами сайта либо размещены пользователями сайта и представлены на сайте исключительно для ознакомления. Авторские права на материалы принадлежат их законным авторам. Частичное или полное копирование материалов сайта без письменного разрешения администрации сайта запрещено! Мнение администрации может не совпадать с точкой зрения авторов.