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) Występowanie pierwiastków w skorupie Występowanie pierwiastków w żywych ziemskiej
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
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 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
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 Pierwiastek
Forma
Niektóre funkcje biologiczne
Przykładowe objawy
Przykładowe objawy
występowania
niedoboru u zwierząt i
niedoboru
człowieka
u roślin
Wapń (Ca)
Ca2+
* szkieletotwórczy (kości,
* krzywica
* rozkład błon
muszle, pancerzyki)
* łamliwość kości
plazmatycznych
* obniża stopień uwodnienia
* choroby zębów
* nieprawidłowy wzrost
koloidów komórkowych
* zaburzenia w
i martwica organów
* reguluje funkcje błon
procesie krzepnięcia
roślinnych
komórkowych
krwi
* składnik płynów
* tężyczka (drgawki i
ustrojowych
silne skurcze mięśni
* czynnik krzepnięcia krwi
szkieletowych)
Magnez (Mg)
Mg2+
* składnik kości
* zwiększenie
* więdnięcie
* obniża stopień uwodnienia
pobudliwości nerwowo-
* chloroza liści
koloidów komórkowych
mięśniowej
(wynikająca z braku
* składnik chlorofilu
* osłabienie
chlorofilu)
* utrzymuje właściwą
* nieprawidłowość
* zahamowanie
strukturę rybosomów
pracy serca
fotosyntezy
* aktywator wielu enzymów
Sód (Na)
Na+
* bierze udział w
* zanik różnicy
* podobnie jak u
przewodzeniu impulsów
potencjałów
zwierząt
nerwowych
* utrata pobudliwości
* podwyższa stopień
komórek
uwodnienia koloidów
komórkowych
* wpływa na ciśnienie
osmotyczne płynów
ustrojowych
Potas (K)
K+
* bierze udział w
* osłabienie organizmu
* chloroza liści
przewodzeniu impulsów
* zmniejszenie
* zwiędły pokrój rośliny
nerwowych
kurczliwości mięśnia
* zahamowanie
* podwyższa stopień
sercowego
wzrostu korzenia i pędu
uwodnienia koloidów
* osłabienie mięśni
* martwica organów
komórkowych
szkieletowych i
* aktywator wielu enzymów
gładkich
- 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 Pierwiastek
Forma
Niektóre funkcje biologiczne
Przykładowe objawy
Przykładowe objawy
występowania
niedoboru u zwierząt i
niedoboru
człowieka
u roślin
Żelazo (Fe)
Fe2+
* składnik białek złożonych
* anemia
* zakłócenia przebiegu
(hemoglobiny, mioglobiny),
* osłabienie
oddychania i fotosyntezy
transportujących tlen
* bóle głowy
* chloroza młodych liści
* składnik wielu enzymów (np.
* arytmia serca
cytochromów)
* zakłócenia procesu
* katalizator syntezy chlorofilu oddychania
Kobalt (Co)
Co2+
* składnik witaminy B12
* zaburzenia procesu
* zahamowanie procesu
* konieczny dla roślin
krzepnięcia krwi
wiązania azotu przez rośliny
motylkowych żyjących w symbiozie motylkowe
z bakteriami brodawkowymi
Miedź (Cu)
Cu2+
* składnik enzymów
* zaburzenia procesu
* bielenie i zasychanie
oksydoredukcyjnych
oddychania komórkowego
wierzchołków młodych liści
* ważna w syntezie hemoglobiny i chlorofilu
Mangan (Mn)
Mn2+
* aktywator enzymów cyklu kwasu
* zaburzenia procesu
* chloroza liści
cytrynowego
oddychania
* usychanie liści
* aktywator enzymów fazy jasnej fotosyntezy
Cynk (Zn)
Zn2+
* składnik insuliny (hormonu
* powolne gojenie się ran
* chloroza
obniżającego poziom cukru we krwi)
* choroby skóry
* karlenie liści
* składnik wielu enzymów
* łamliwość włosów i
uczestniczących w przemianach
paznokci
białek i węglowodanów
* zaburzenia rozwoju i
* odpowiada za syntezę związków
czynności gonad
regulujących wzrost i rozwój roślin Jod (J)
J-
* składnik hormonów tarczycy
* obrzęki skóry
* nie stwierdzono
* wole
* kretynizm
Fluor (F)
F
* wchodzi w skład kości i szkliwa
* podatność zębów na
* nie stwierdzono
zębów
próchnicę
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+, Mg2+, Ca2+,)
* 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