Biogén elem

A Wikipédiából, a szabad lexikonból.

Ezt a szócikket át kellene olvasni, ellenőrizni a szövegét, tartalmát. További részleteket a cikk vitalapján találhatsz.
Az ezen a lapon látható jelölés 2007 januárjából származik.

Ha a földkéregből és különböző élő anyagokból vett minták kémiai összetételét összehasonlítjuk, szembetűnő, hogy mennyire különböznek egymástól. Ez a megállapítás nemcsak a felépítő vegyületekre, hanem már a kémiai elemekre nézve is igaz. A földkéregben oxigén és szilícium, valamint különböző fémek – főleg vas és alumínium – fordulnak elő a legnagyobb mennyiségben. Az élő sejtekben viszont az oxigén mellett a szén, a nitrogén és a hidrogén a meghatározó. Az élő sejtek felépítésében részt vevő kémiai elemeket soroljuk a biogén vagy más néven organogén elemek csoportjába. A Földünket felépítő természetes kémiai elemek száma száz körül van. Közülük mintegy nyolcvan az élő szervezetekből kimutatható. Biogén elemeknek azonban csak azok tekinthetők, amelyek esszenciálisak, azaz más elemekkel nem helyettesíthető módon vesznek részt a sejtek felépítésében, illetve a sejtek működését megvalósító vegyületek anyagai. Ha egy szervezetben megvizsgáljuk a biogén elemek mennyiségi megoszlását, akkor azt tapasztaljuk, hogy a sejt anyagainak mintegy 97-98%-át mindössze négy elem építi fel, amelyek a szerves alapvegyületek építőelemei, a szén (C), a hidrogén (H), az oxigén (O) és a nitrogén (N). Ezek a kiemelkedő fontosságú, elsődleges biogén elemek. Mintegy 1.5–2%-os mennyiségben képezik az élő szervezetek anyagait a másodlagos biogén elemek. Ezek a foszfor (P), a kén (S), a nátrium (Na), a kálium (K), a kalcium (Ca), a magnézium (Mg), a klór (Cl) és a vas (Fe). Az elsődleges és a másodlagos biogén elemeket együtt az élő anyag makroelemeinek is szokták nevezni. Mindössze néhány ezrelékben fordulnak elő az élő szervezetekben a mikroelemek vagy nyomelemek. Ennek ellenére nélkülözhetetlenek, hiszen legtöbbjük az életfolyamatokhoz szükséges makromolekulák egy-egy alkotója. Hiányuk esetén a sejtek képtelenek felépíteni egy sor fontos vegyületet. A legfontosabb mikroelemek a következők: szilícium (Si), mangán (Mn), réz (Cu), cink (Zn), kobalt (Co), jód (I), vanádium (V), bór (B), fluor (F), króm (Cr), szelén (Se), molibdén (Mo). közülük egyesek minden élőlény számára pótolhatatlanok (például a Fe, Mg, Cu, Zn stb.), míg mások csak az élőlények egy-egy csoportjának fontosak (Mo, Co, B, Si, F stb.).

[szerkesztés] Elsődleges biogén elemek

Ezek 96-98%-ban alkotják az élő szervezetet, négy erős kovalens kötés kialakítására képesek, ezáltal stabil a molekulaszerkezetük. Ezeken kívül fontos tudnivaló róluk, hogy végtelen számban képesek egymáshoz kapcsolódni az energiatermelő folyamatokban. Ilyen elemek:

Szén (C) – 4 vegyértékű, a szerves vegyületek fő alkotója, kovalens kötéseket alakít, így lánccá, és gyűrűvé záródhat. Az élőlény CO₂ és HCO₃^– (hidrokarbonátion) formájában veszi fel.

Hidrogén (H) – Valamennyi élőlény számára nélkülözhetetlen, atomszám-arányát tekintve a legnagyobb mennyiségben előforduló elsődleges biogén elem. A víz alkotójaként jelen van a sejtek alapállományában, valamennyi alapvető szerves molekula építőelemeként a strukturális anyagokban és a legkülönbözőbb működéseket végző és irányító molekulákban egyaránt. Szabad ionként (H+ ) a sejteken belül és a sejteken kívüli terekben egyaránt jelen van. Fontos szerepet tölt be a transzport- és energiaforgalom folyamataiban és a megfelelő belső környezet biztosításában.

Oxigén (O) – Minden élőlény számára alapvető elsődleges biogén elem. Az életfontosságú szerves molekulák, valamint az élet minden megjelenési formája számára nélkülözhetetlen víz is oxigéntartalmú. A lebontó folyamatok legfontosabb elektronakceptora. Az oxigénmolekulát kis méreténél fogva a sejtek környezetükből közvetlenül, szabad diffúzióval veszik fel. Az oxigénen és a nitrogénen kívül más elem molekuláris felvétele nem ismeretes.

Nitrogén (N) – Valamennyi élőlény számára alapvető fontosságú elsődleges biogén elem. A biológiailag jelentős makromolekulák közül építőelemként nitrogént tartalmaznak a fehérjék és a nukleinsavak, a lipidek közül a foszfatidok, valamint nitrogéntartalmú szénhidrátszármazékokat is ismerünk, ilyen például a kitin. A nitrogénmolekula kis mérete miatt szabad diffúzióval jut be a sejtekbe, felhasználni azonban csak egyes nitrogénkötő baktériumok, például a pillangósvirágúak gyökerében élő szimbionta Rhizobium-fajok képesek.

[szerkesztés] Másodlagos biogén elemek

Kisebb mennyiségben vannak jelen, mint az elsődlegesek (2–4%), főként az idegrendszer működésében van szerepük. A jelentősebbek:

Nátrium (Na), Kálium (K) – testnedvekben találhatóak szabad kationként. Ezáltal főként bioelektromos jelenségekben vesznek részt, valamint az ozmotikus sejtnyomás (magas nyomás felé a kisebből félig áteresztő hártyán át) fenntartásában is szerepet vállalnak.

Kalcium (Ca) – A csontok növekedéséhez, erősödéséhez, az izmok ingerlékenységéhez (hiányában izomgörcsök lépnek fel), a véralvadáshoz, valamint a sejtek egymáshoz tapadásához nélkülözhetetlen, részt vesz a bioelektromos jelenségekben is.

Vas (Fe) – A hemoglobin legfontosabb alkotórésze, az oxigénmolekulák laza kötéséhez elengedhetetlen.

Magnézium (Mg) – A klorofillok fő alkotója, valamint fontos szerepe van az enzimek működésében.

[szerkesztés] Harmadlagos biogén elemek, nyomelemek

Csupán mikrogrammnyi mennyiségben vannak jelen a szervezetben, ám létfontosságúak.

Jód (I) – Az élővilág egyes csoportjai számára fontos nyomelem. Az alacsonyabb rendű növények közül a barnamoszatok légzését fokozza, a magasabb rendű növények számára növekedést stimuláló hatású. Az emlősök és az ember pajzsmirigye által termelt hormonok egyik csoportja (tiroxin, trijód-tironin) is tartalmaz jódot, ezért számukra nélkülözhetetlen.

Említésre méltó, hogy egyes vörös- és kovamoszatok (diatómák), főképpen azonban a barnamoszatok nagy mennyiségben vonnak ki jódot a tengervízből. Általában hipojódsav (HIO) formájában veszik fel, és jodidok, valamint jodoaminosavak (mono-, di-, és trijodo-tirozin), továbbá különböző jodoproteidek formájában épül be a szervezetükbe. A sejtekben ilyen formában lévő jód előbb-utóbb a jodidoxidáz nevű enzim hatására elemi jóddá oxidálódik, és a sejtek felületén, a sejtfalon rakódik le.