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

* 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 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