1) Jedynie część spośród 90 naturalnych pierwiastków - składników Ziemi, występuje w żywych organizmach

* z 60 pierwiastków, których obecność stwierdza się w materiale biologicznym, 20 występuje w prawie każdym organizmie

* pierwiastki biogenne - 6 pierwiastków stanowiących podstawę do budowy związków organicznych wszystkich istot żywych

- węgiel, wodór, tlen, azot, fosfor, siarka

* skład pierwiastkowy istot żywych nie jest wiernym odbiciem składu chemicznego ich środowiska, wskazuje natomiast na zdolność akumulowania pierwiastków, które stosunkowo rzadko występują w otoczeniu (z wyjątkiem tlenu)

2) Występuje duże podobieństwo składu pierwiastkowego płynów zawartych w ciele bezkręgowców, ryb morskich i innych zwierząt do wody oceanicznej

* potwierdza to powszechną hipotezę, że istoty żywe powstały w morzach oraz że wszystkie organizmy są spokrewnione

3) Podział pierwiastków ze względu na ich stężenie w organizmie

* makroelementy

- stanowią łącznie około 99% masy organizmu (każdy co najmniej 0,01% suchej masy organizmu, sucha masa - masa wszystkich składników komórki, tkanki czy organizmu, oprócz wody, jest lepszym wskaźnikiem od masy całkowitej, gdyż zawartość wody w żywych układach jest zmienna)

- Węgiel, Wodór, Tlen, Azot, Siarka, Fosfor, Wapń, Magnez, Sód, Potas, Chlor

* mikroelementy

- ich udział w składzie suchej masy organizmu waha się od 0,01% do 0,00001%

- metale: Żelazo, Kobalt, Miedź, Mangan, Cynk, Molibden

- niemetale: Bor, Jod, Fluor, Krzem

4) Niektórzy biochemicy wyróżniają także ultraelementy, występujące w organizmach w ilościach nieprzekraczających bilionowej części suchej masy

* są to m.in. Rad, Złoto, Srebro, Platyna, Selen

WIĄZANIA I ODDZIAŁYWANIA CHEMICZNE

WIĄZANIA

1) wiązania kowalencyjne (silne)

* np. między dwoma atomami C, H lub O

* połączone atomy mają wspólne elektrony i każdy z tych elektronów przyciągany jest przez protony obu pierwiastków

* wspólne pary elektronowe mogą tworzyć też różne pierwiastki, np. węgiel i atomy wodoru w cząsteczce metanu (CH₄), atomy azotu i atomy wodoru w cząsteczce amoniaku (NH₃) lub tlen i atomy wodoru w cząsteczce wody (H₂O)

* wiązanie pojedyncze - wiązanie kowalencyjne wytworzone między dwoma atomami przez wspólną parę elektronów

* wiązanie podwójne - wiązanie kowalencyjne wytworzone między dwoma atomami przez dwie wspólne pary elektronów

* wiązanie obojętne - atomy w cząsteczce wykazują podobną elektroujemność (miarę siły przyciągania przez atom elektronów tworzących wiązanie chemiczne)

* wiązanie spolaryzowane - atomy w cząsteczce wykazują różną elektroujemność (np. cząsteczka wody)

2) wiązania jonowe (silne)

* powstają między naładowanymi różnoimiennie jonami (kationami i anionami) albo grupami chemicznymi

* elektrony zostają przeniesione z jednego atomu do drugiego, dlatego charakter wiązania jest polarny

* kation - atom, który stracił elektron, dodatnio naładowany (Na⁺, K⁺, Mg^2+, Ca^2+,)

* anion - atom, który zyskał elektron, ujemnie naładowany (Cl^-)

* dzięki przeciwnym ładunkom elektrycznym kationy i aniony przyciągają się wzajemnie, tworząc związek jonowy

* związki z wiązaniami jonowymi, np. NaCl, mają tendencję do dysocjacji w środowisku wodnym na jony, które następnie podlegają hydratacji

ODDZIAŁYWANIA

3) wiązania wodorowe (słabe)

* powstaje między wodorem związanym kowalencyjnie z elektroujemnym pierwiastkiem a innym pierwiastkiem elektroujemnym

* mogą zapewniać silne połączenia między cząsteczkami (np. wody, białek, kwasów nukleinowych), pod warunkiem że jest ich bardzo dużo

4) wiązania van der Waalsa (bardzo słabe)

* zachodzą między grupami chemicznymi, znajdującymi się w małej odległości od siebie

* grupy te różnią się niewielkimi, przeciwstawnymi co do znaku ładunkami elektrycznymi

* mimo niewielkiej energii, siły van der Waalsa przyczyniają się do stabilizacji rozmaitych związków (np. białek, kwasów nukleinowych), szczególnie gdy występują w większej liczbie

5) oddziaływania hydrofobowe

* powstają między fragmentami cząsteczek niepolarnych

* fragmenty te są nierozpuszczalne w wodzie i mają tendencję do skupiania się razem, jak np. w warstwie lipidowej błon komórkowych

Występowanie pierwiastków w skorupie ziemskiej		Występowanie pierwiastków w żywych organizmach
Pierwiastek	% wagowo	Pierwiastek	% wagowo
Tlen (O)	49,50	Tlen (O)	65
Krzem (Si)	25,50	Węgiel (C)	18
Glin (Al)	7,50	Wodór (H)	10
Żelazo (Fe)	5,08	Azot (N)	3
Wapń (Ca)	3,39	Wapń (Ca)	2
Sód (Na)	2,63	Fosfor (P)	1
Wodór (H)	0,87	Potas (K)	0,9
Tytan (Ti)	0,63	Siarka (S)	0,9
Chlor (Cl)	0,19	Chlor (Cl)	0,9
Fosfor (P)	0,12	Sód (Na)	0,9
		Magnez (Mg)	0,9
		Żelazo (Fe)	0,9

Ciecz	Sód (Na)	Potas (K)	Wapń (Ca)	Magnez (Mg)	Chlor (Cl)
Woda oceaniczna	100	3,6	3,9	12,1	181
Morskie bezkręgowce	100	5,6	4,1	11,2	187
Ryby chrzęstnoszkieletowe	100	4,6	2,7	2,5	166
Ryby kostnoszkieletowe	100	9,5	3,9	1,4	150
Osocze krwi człowieka	100	6,7	3,1	0,7	129

Pierwiastek	Forma występowania	Niektóre funkcje biologiczne	Przykładowe objawy niedoboru u zwierząt i człowieka	Przykładowe objawy niedoboru u roślin
Wapń (Ca)	Ca^2+	* szkieletotwórczy (kości, muszle, pancerzyki) * obniża stopień uwodnienia koloidów komórkowych * reguluje funkcje błon komórkowych * składnik płynów ustrojowych * czynnik krzepnięcia krwi	* krzywica * łamliwość kości * choroby zębów * zaburzenia w procesie krzepnięcia krwi * tężyczka (drgawki i silne skurcze mięśni szkieletowych)	* rozkład błon plazmatycznych * nieprawidłowy wzrost i martwica organów roślinnych
Magnez (Mg)	Mg^2+	* składnik kości * obniża stopień uwodnienia koloidów komórkowych * składnik chlorofilu * utrzymuje właściwą strukturę rybosomów * aktywator wielu enzymów	* zwiększenie pobudliwości nerwowo-mięśniowej * osłabienie * nieprawidłowość pracy serca	* więdnięcie * chloroza liści (wynikająca z braku chlorofilu) * zahamowanie fotosyntezy
Sód (Na)	Na^+	* bierze udział w przewodzeniu impulsów nerwowych * podwyższa stopień uwodnienia koloidów komórkowych * wpływa na ciśnienie osmotyczne płynów ustrojowych	* zanik różnicy potencjałów * utrata pobudliwości komórek	* podobnie jak u zwierząt
Potas (K)	K^+	* bierze udział w przewodzeniu impulsów nerwowych * podwyższa stopień uwodnienia koloidów komórkowych * aktywator wielu enzymów	* osłabienie organizmu * zmniejszenie kurczliwości mięśnia sercowego * osłabienie mięśni szkieletowych i gładkich	* chloroza liści * zwiędły pokrój rośliny * zahamowanie wzrostu korzenia i pędu * martwica organów

Pierwiastek	Forma występowania	Niektóre funkcje biologiczne	Przykładowe objawy niedoboru u zwierząt i człowieka	Przykładowe objawy niedoboru u roślin
Żelazo (Fe)	Fe^2+	* składnik białek złożonych (hemoglobiny, mioglobiny), transportujących tlen * składnik wielu enzymów (np. cytochromów) * katalizator syntezy chlorofilu	* anemia * osłabienie * bóle głowy * arytmia serca * zakłócenia procesu oddychania	* zakłócenia przebiegu oddychania i fotosyntezy * chloroza młodych liści
Kobalt (Co)	Co^2+	* składnik witaminy B12 * konieczny dla roślin motylkowych żyjących w symbiozie z bakteriami brodawkowymi	* zaburzenia procesu krzepnięcia krwi	* zahamowanie procesu wiązania azotu przez rośliny motylkowe
Miedź (Cu)	Cu^2+	* składnik enzymów oksydoredukcyjnych * ważna w syntezie hemoglobiny i chlorofilu	* zaburzenia procesu oddychania komórkowego	* bielenie i zasychanie wierzchołków młodych liści
Mangan (Mn)	Mn^2+	* aktywator enzymów cyklu kwasu cytrynowego * aktywator enzymów fazy jasnej fotosyntezy	* zaburzenia procesu oddychania	* chloroza liści * usychanie liści
Cynk (Zn)	Zn^2+	* składnik insuliny (hormonu obniżającego poziom cukru we krwi) * składnik wielu enzymów uczestniczących w przemianach białek i węglowodanów * odpowiada za syntezę związków regulujących wzrost i rozwój roślin	* powolne gojenie się ran * choroby skóry * łamliwość włosów i paznokci * zaburzenia rozwoju i czynności gonad	* chloroza * karlenie liści
Jod (J)	J-	* składnik hormonów tarczycy	* obrzęki skóry * wole * kretynizm	* nie stwierdzono
Fluor (F)	F	* wchodzi w skład kości i szkliwa zębów	* podatność zębów na próchnicę	* nie stwierdzono

---