Sono chiamati elementi biogenetici quegli atomi che compongono la materia vivente. Etimologicamente, il termine deriva da bio, che in greco significa "vita"; Y genesi, che significa "origine". Di tutti gli elementi conosciuti, solo una trentina sono indispensabili..
Al suo livello più basso di organizzazione, la materia è composta da minuscole particelle chiamate atomi. Ogni atomo è costituito da protoni e neutroni nel nucleo e da un numero di elettroni attorno ad esso. Questi costituenti definiscono le proprietà degli elementi.
Hanno funzioni strutturali, essendo i costituenti fondamentali nelle molecole biologiche (proteine, carboidrati, lipidi e acidi nucleici) o presenti nella loro forma ionica e agiscono come elettroliti. Hanno anche funzioni specifiche, come promuovere la contrazione muscolare o essere presenti nel sito attivo di un enzima.
Tutti gli elementi biogenetici sono essenziali e, se mancassero, il fenomeno della vita non potrebbe verificarsi. I principali elementi biogenetici più abbondanti nella materia vivente sono il carbonio, l'idrogeno, l'azoto, l'ossigeno, il fosforo e lo zolfo..
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Gli elementi biogenetici hanno una serie di caratteristiche chimiche che li rendono adatti a far parte di sistemi viventi:
Sono in grado di formare legami covalenti, dove i due atomi si uniscono condividendo gli elettroni dal loro guscio di valenza. Quando si forma questo legame, gli elettroni condivisi si trovano nello spazio internucleare.
Questi legami sono abbastanza forti e stabili, una condizione che deve essere presente nelle molecole degli organismi viventi. Allo stesso modo, questi legami non sono estremamente difficili da rompere, il che consente di stabilire un certo grado di dinamica molecolare..
Un numero significativo di molecole con pochi elementi può essere formato grazie alla capacità di formare legami singoli, doppi e tripli.
Oltre a fornire una significativa varietà molecolare, questa caratteristica consente la formazione di strutture con varie disposizioni (lineari, ad anello, tra le altre)..
Gli elementi biogenetici sono classificati in primari, secondari e oligoelementi. Questa disposizione si basa sulle diverse proporzioni degli elementi negli esseri viventi.
Nella maggior parte degli organismi queste proporzioni vengono mantenute, sebbene possano esserci alcune variazioni specifiche. Ad esempio, nei vertebrati lo iodio è un elemento cruciale, mentre negli altri taxa non sembra essere il caso.
Il peso secco della materia vivente è costituito dal 95 al 99% di questi elementi chimici. In questo gruppo troviamo gli elementi più abbondanti: idrogeno, ossigeno, azoto e carbonio..
Questi elementi hanno un'eccellente capacità di combinarsi con gli altri. Inoltre, hanno la caratteristica di formare più collegamenti. Il carbonio può formare fino a tripli legami e generare una varietà di molecole organiche.
Gli elementi di questo gruppo costituiscono dallo 0,7% al 4,5% della materia vivente. Sono sodio, potassio, calcio, magnesio, cloro, zolfo e fosforo.
Negli organismi, gli elementi secondari si trovano nella loro forma ionica; quindi sono chiamati elettroliti. A seconda della loro carica, possono essere classificati come cationi (+) o anioni (-)
In generale, gli elettroliti partecipano alla regolazione osmotica, all'impulso nervoso e al trasporto di biomolecole.
I fenomeni osmotici si riferiscono all'adeguato equilibrio dell'acqua all'interno dell'ambiente cellulare e al di fuori di esso. Allo stesso modo, hanno un ruolo nel mantenere il pH negli ambienti cellulari; sono note come soluzioni buffer o buffer.
Si trovano in proporzioni minuscole o in tracce, valori approssimativamente inferiori allo 0,5%. Tuttavia, la sua presenza in quantità ridotte non indica che il suo ruolo non sia importante. Infatti, sono altrettanto essenziali dei gruppi precedenti per un corretto funzionamento dell'organismo vivente..
Questo gruppo è composto da ferro, magnesio, cobalto, rame, zinco, molibdeno, iodio e fluoro. Come il gruppo di elementi secondari, gli oligoelementi possono essere nella loro forma ionica ed essere elettroliti.
Una delle sue proprietà più rilevanti è quella di rimanere come ione stabile nei suoi diversi stati di ossidazione. Si trovano nei centri attivi degli enzimi (spazio fisico di detta proteina dove avviene la reazione) o agiscono su molecole che trasferiscono elettroni.
Altri autori tendono a classificare i bioelementi come essenziali e non essenziali. Tuttavia, la classificazione in base alla sua abbondanza è la più utilizzata.
Ciascuno degli elementi biognetici svolge una funzione essenziale e specifica nell'organismo. Tra le funzioni più rilevanti possiamo citare le seguenti:
Il carbonio è il principale "elemento costitutivo" delle molecole organiche.
L'ossigeno ha un ruolo nei processi respiratori ed è anche un componente primario nelle diverse molecole organiche.
Si trova nell'acqua e fa parte delle molecole organiche. È molto versatile, poiché può essere collegato a qualsiasi altro elemento.
Si trova in proteine, acidi nucleici e alcune vitamine.
Il fosforo si trova nell'ATP (adenosina trifosfato), una molecola energetica ampiamente utilizzata nel metabolismo. È la valuta energetica delle cellule.
Allo stesso modo, il fosforo fa parte del materiale genetico (DNA) e di alcune vitamine. Si trova nei fosfolipidi, elementi cruciali per la formazione delle membrane biologiche.
Lo zolfo si trova in alcuni amminoacidi, in particolare cisteina e metionina. È presente nel coenzima A, una molecola intermedia che rende possibile un gran numero di reazioni metaboliche.
Il calcio è essenziale per le ossa. I processi di contrazione muscolare richiedono questo elemento. Anche la contrazione muscolare e la coagulazione del sangue sono mediati da questo ione.
Il magnesio è particolarmente importante nelle piante, poiché si trova nella molecola della clorofilla. Come ione, partecipa come cofattore a diversi percorsi enzimatici.
Sono ioni abbondanti rispettivamente nel mezzo extracellulare e intracellulare. Questi elettroliti sono i protagonisti dell'impulso nervoso, poiché determinano il potenziale di membrana. Questi ioni sono noti per la pompa sodio-potassio.
È contenuto nell'emoglobina, una proteina presente negli eritrociti del sangue la cui funzione è il trasporto dell'ossigeno.
Il fluoro è presente nei denti e nelle ossa.
Il litio ha funzioni neurologiche.
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