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

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

* 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 (CH

4

), atomy azotu i

atomy wodoru w cząsteczce amoniaku (NH

3

) lub tlen i atomy wodoru w cząsteczce wody (H

2

O)

* 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

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 B

12

* 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