العناصر الحيوية: الخصائص والتصنيف والوظائف

وتسمى تلك الذرات التي تشكل المادة الحية العناصر الحيوية . أصليا ، المصطلح يأتي من الحيوية ، والتي تعني في اليونانية "الحياة". والتكوين ، وهو ما يعني "الأصل". من بين جميع العناصر المعروفة ، فقط حوالي ثلاثين لا غنى عنها.

في أدنى مستويات التنظيم ، تتكون المادة من جزيئات صغيرة تسمى الذرات. تتكون كل ذرة من بروتونات ونيوترونات في النواة وعدد معين من الإلكترونات المحيطة بها. تحدد هذه المكونات خصائص العناصر.

لديهم وظائف هيكلية ، كونها المكونات الأساسية في الجزيئات البيولوجية (البروتينات والكربوهيدرات والدهون والأحماض النووية) أو تقدم نفسها في شكلها الأيوني وتعمل كالكهرباء. لديهم أيضا وظائف محددة ، مثل تفضيل تقلص العضلات أو التواجد في موقع نشط من الانزيم.

جميع العناصر الحيوية لا غنى عنها ، وإذا كان لأحد أن يغيب عن ظاهرة الحياة ، فإنه لا يمكن أن يحدث. العناصر الحيوية الرئيسية الأكثر وفرة في المادة الحية هي الكربون والهيدروجين والنيتروجين والأكسجين والفوسفور والكبريت.

ملامح

تحتوي العناصر الحيوية على سلسلة من الخصائص الكيميائية تجعلها مناسبة لتكون جزءًا من النظم الحية:

روابط تساهمية

إنهم قادرون على تكوين روابط تساهمية ، حيث تلتحق الذرتان بمشاركة الإلكترونات من غلاف التكافؤ. عند تكوين هذا الرابط ، توجد الإلكترونات المشتركة في الفضاء النووي.

هذه الروابط قوية ومستقرة للغاية ، وهي حالة يجب أن تكون موجودة في جزيئات الكائنات الحية. وبالمثل ، ليس من الصعب للغاية كسر هذه الروابط ، مما يسمح بتحديد درجة معينة من الديناميات الجزيئية.

القدرة على تكوين روابط بسيطة ومزدوجة وثلاثية

يمكن تكوين عدد كبير من الجزيئات بعناصر قليلة بفضل القدرة على تكوين روابط مفردة ومزدوجة وثلاثية.

بالإضافة إلى توفير مجموعة متنوعة الجزيئية ، هذه الميزة تسمح بتكوين هياكل مع ترتيبات متنوعة (الخطية ، على شكل حلقة ، من بين أمور أخرى).

تصنيف

تُصنَّف العناصر الأحيائية كعناصر أولية وثانوية وعناصر ضئيلة. يعتمد هذا الترتيب على النسب المختلفة للعناصر الموجودة في الكائنات الحية.

يتم الحفاظ على هذه النسب في معظم الكائنات ، على الرغم من وجود بعض الاختلافات المحددة. على سبيل المثال ، في الفقاريات ، يعتبر اليود عنصرًا حاسمًا ، في حين أنه في الأصناف الأخرى ، لا يبدو الأمر كذلك.

العناصر الأساسية

يتكون الوزن الجاف للمواد الحية من 95 إلى 99 ٪ من هذه العناصر الكيميائية. في هذه المجموعة ، نجد العناصر الأكثر وفرة: الهيدروجين ، الأكسجين ، النيتروجين والكربون.

هذه العناصر لديها قدرة ممتازة على الاندماج مع الآخرين. بالإضافة إلى ذلك ، لديهم ميزة تشكيل روابط متعددة. يمكن أن يتكون الكربون من روابط ثلاثية وتولد مجموعة متنوعة من الجزيئات العضوية.

العناصر الثانوية

تشكل عناصر هذه المجموعة من 0.7٪ إلى 4.5٪ من المادة الحية. هم الصوديوم والبوتاسيوم والكالسيوم والمغنيسيوم والكلور والكبريت والفوسفور.

في الكائنات ، تكون العناصر الثانوية في شكلها الأيوني ؛ لذلك يطلق عليهم الشوارد. حسب حمولتها ، يمكن فهرستها كاتيونات (+) أو أنيونات (-)

بشكل عام ، تشارك الإلكتروليت في التنظيم التناضحي ، وفي النبض العصبي وفي نقل الجزيئات الحيوية.

تشير الظواهر التناضحية إلى التوازن الكافي للمياه داخل البيئة الخلوية وخارجها. وبالمثل ، لديهم دور في الحفاظ على درجة الحموضة في البيئات الخلوية ؛ تُعرف باسم المخازن المؤقتة أو حلول المخزن المؤقت.

تتبع العناصر

فهي بنسب دقيقة أو آثار ، تقريبًا بقيم أقل من 0.5٪. ومع ذلك ، فإن وجودها بكميات منخفضة لا يشير إلى أن دورها غير مهم. في الواقع ، فهي لا غنى عنها على قدم المساواة من المجموعات السابقة من أجل أداء مناسب للكائن الحي.

تتكون هذه المجموعة من الحديد والمغنيسيوم والكوبالت والنحاس والزنك والموليبدينوم واليود والفلور. مثل مجموعة العناصر الثانوية ، يمكن أن تكون العناصر النزرة في شكلها الأيوني وتكون بالكهرباء.

واحدة من أكثر خصائصها ذات الصلة هي الحفاظ على نفسها كأيون مستقر في حالات الأكسدة المختلفة. يمكن العثور عليها في المراكز النشطة للإنزيمات (المساحة الفيزيائية للبروتين المذكور حيث يحدث التفاعل) أو تعمل على الجزيئات التي تنقل الإلكترونات.

يصنف مؤلفون آخرون عادة العناصر الحيوية على أنها ضرورية وغير ضرورية. ومع ذلك ، فإن التصنيف حسب وفرة هو الأكثر استخداما.

وظائف

كل عنصر من العناصر الجينية الحيوية يفي بوظيفة لا غنى عنها ومحددة في الكائن الحي. من بين الوظائف الأكثر صلة يمكننا ذكر ما يلي:

كربون

الكربون هو "الكتلة" الرئيسية للجزيئات العضوية.

أكسجين

للأكسجين دور في عمليات التنفس وهو أيضًا مكون أساسي في الجزيئات العضوية المختلفة.

هيدروجين

وجدت في الماء وجزء من الجزيئات العضوية. إنه متعدد الاستخدامات للغاية ، حيث يمكن ربطه بأي عنصر آخر.

نتروجين

يوجد في البروتينات والأحماض النووية وفيتامينات معينة.

الفوسفور

تم العثور على الفوسفور في ATP (أدينوسين ثلاثي الفوسفات) ، وهو جزيء طاقة يستخدم على نطاق واسع في عملية التمثيل الغذائي. إنها عملة الطاقة للخلايا.

وبالمثل ، يعد الفسفور جزءًا من المادة الوراثية (DNA) وبعض الفيتامينات. تم العثور عليها في الفسفوليبيد ، وهي عناصر مهمة لتشكيل الأغشية البيولوجية.

كبريت

يوجد الكبريت في بعض الأحماض الأمينية ، وخاصة في السيستين والميثيونين. وهو موجود في أنزيم A ، وهو جزيء وسيط يجعل عددًا كبيرًا من التفاعلات الأيضية ممكنًا.

الكلسيوم

الكالسيوم ضروري للعظام. عمليات تقلص العضلات تتطلب هذا العنصر. كما يتوسط هذا تقلص العضلات وتخثر الدم.

المغنيسيوم

المغنيسيوم مهم بشكل خاص في النباتات ، لأنه موجود في جزيء الكلوروفيل. كأيون ، فإنه يشارك كعامل مساعد في طرق إنزيم مختلفة.

الصوديوم والبوتاسيوم

هم أيونات وفيرة في وسط الخلية وخارج الخلايا ، على التوالي. هذه الشوارد هي أبطال الدافع العصبي ، لأنها تحدد إمكانات الغشاء. هذه الأيونات معروفة بمضخة البوتاسيوم الصوديوم.

حديد

وهو موجود في الهيموغلوبين ، وهو بروتين موجود في كريات الدم الحمراء وظيفته هي نقل الأكسجين.

فلور

الفلور موجود في الأسنان والعظام.

الليثيوم

الليثيوم له وظائف عصبية.