Bioelementos: Classificação (Primária e Secundária)

Bioelementos ou elementos biogênicos (bio = vida, genética = princípio) são aqueles elementos químicos que compõem a matéria dos seres vivos.

Existem aproximadamente 70 desses elementos, que variam em diferentes proporções e nem todos estão presentes em todos os seres vivos (Bioelements, 2009).

Toda a matéria no Universo ocorre na forma de átomos de um pequeno número de elementos. Existem 92 elementos químicos naturais no Universo.

De nossa perspectiva terrestre, é difícil conceber formas de vida nas quais os elementos hidrogênio, carbono, oxigênio, nitrogênio, enxofre e fósforo não desempenhem um papel predominante (ELEMENTOS BIOGÊNICOS QUÍMICOS, SF).

O fato de que eles realmente desempenham esse papel em todo o universo parece muito provável, em parte porque (além do fósforo), estes são os elementos mais abundantes em todo o cosmos, além de serem produzidos em quantidades significativas entre os blocos de construção dos planetas terrestres. .

Além disso, sua química é particularmente adequada ao desenvolvimento de estruturas e funções complexas que são características dos sistemas vivos.

Como o Sol e os planetas foram formados há apenas 4, 6 bilhões de anos em um universo cuja idade é talvez de 15 bilhões de anos, é evidente que esses "elementos biogênicos" experimentaram uma longa e complexa história química antes de entrar no universo. bioquímica terrestre.

Atualmente, não se sabe se essa história anterior teve um papel direto na origem da vida na Terra.

O que está claro é que a astroquímica é basicamente a química dos elementos biogênicos e que a compreensão da natureza e evolução da complexidade química em todo o universo é crucial para entender tanto o estado químico inicial de nosso próprio sistema solar, quanto a frequência com que existem condições relacionadas em outras partes de nossa galáxia e outras galáxias (National Research Council (US)) Comitê sobre Biologia Planetária e Evolução Química, 1990).

Classificação de bioelementos

De acordo com sua quantidade na constituição das biomoléculas, os bioelementos são classificados como primários, secundários e oligoelementos (Rastogi, 2003).

1- Bioelementos primários

Os bioelementos primários são aqueles que estão em maior quantidade (aproximadamente 96% da matéria viva) e são aqueles que compõem a maioria das biomoléculas orgânicas (carboidratos, lipídios, proteínas e ácidos nucléicos).

Esses elementos são caracterizados por serem leves (baixo peso atômico) e abundantes. Os bioelementos primários são carbono, hidrogênio, oxigênio, nitrogênio, fósforo e enxofre.

Carbono (C)

É o principal bioelemento que constitui biomoléculas. Tem a capacidade de se reunir para formar grandes cadeias de carbono-carbono por meio de ligações simples, duplas ou triplas, bem como estruturas cíclicas.

Pode incorporar uma variedade de grupos funcionais, como oxigênio, hidróxido, fosfato, amino, nitro, etc., resultando em uma enorme variedade de moléculas diferentes.

O átomo de carbono é provavelmente um dos bioelementos mais importantes, já que todas as biomoléculas contêm carbono. Pode-se encontrar, por exemplo, lipídios sem fósforo ou nitrogênio (por exemplo, colesterol), mas não há biomoléculas sem carbono.

Hidrogênio (H)

É um dos componentes da molécula de água, essencial para a vida, e faz parte dos esqueletos de carbono das moléculas orgânicas.

Quanto maior o número de moléculas de hidrogênio em uma biomolécula, mais ela será reduzida e maior a capacidade de oxidação, produzindo mais energia.

Por exemplo, os ácidos graxos têm mais elétrons do que carboidratos, então eles têm a capacidade de produzir mais energia quando degradados.

Oxigênio (O)

É o outro elemento que compõe a molécula de água. É um elemento muito eletronegativo que permite uma maior produção de energia através da respiração aeróbica.

Além disso, as ligações polares com o hidrogênio, resultando em radicais polares solúveis em água.

Nitrogênio (N)

Elemento que está presente em todos os aminoácidos. Através do nitrogênio, os aminoácidos têm a capacidade de formar uma ligação peptídica para produzir proteínas.

Este bioelemento também é encontrado nas bases nitrogenadas dos ácidos nucléicos. É eliminado pelo organismo na forma de ureia.

Uma das primeiras biomoléculas a se formar foi o ATP, devido à abundância de nitrogênio na atmosfera da Terra. O nitrogênio é parte da adenosina do ATP.

Fósforo (P)

O grupo é encontrado principalmente como fosfato (PO ₄ 3-), que faz parte dos nucleotídeos. Forme links ricos em energia que permitam fácil compartilhamento (ATP).

Também é importante na estrutura do DNA, uma vez que forma uma ligação fofodiéster com os nucleotídeos para formar essa molécula.

Enxofre (S)

Bioelemento que é encontrado principalmente como um grupo sulfidrilo (-SH) que faz parte de aminoácidos como a cisteína, em que as ligações dissulfureto são essenciais para criar estabilidade na estrutura terciária e quaternária das proteínas.

Também é encontrado na coenzima A, essencial para várias vias metabólicas universais, como o ciclo de Krebs (Llull, SF). É o bioelemento primário mais pesado que existe desde que seu peso atômico é de 36 g / mol.

2- Bioelementos Secundários

Esses tipos de elementos também estão presentes em todos os seres vivos, mas não nas mesmas quantidades que os elementos primários.

Eles não se conformam a biomoléculas, mas são usados ​​em gradientes de concentração celular, sinalização dielétrica de neurônios e neurotransmissores, estabilizam biomoléculas carregadas, como o ATP, e fazem parte do tecido ósseo.

Esses bioelementos são cálcio (Ca), sódio (Na), potássio (K), magnésio (Mg) e cloro (Cl). Os mais abundantes são sódio, potássio, magnésio e cálcio.

Cálcio (Ca)

O cálcio é essencial para os seres vivos, uma vez que as plantas requerem cálcio para construir as paredes das células.

Faz parte do tecido ósseo dos vertebrados na forma de hidroxiapatita (Ca3 (PO4) 2) 2, Ca (OH) 2 e sua fixação está relacionada ao consumo de vitamina D e luz solar. O cálcio presente na forma iônica, serve como importante regulador de processos no citoplasma celular.

O cálcio afeta a excitabilidade neuromuscular do músculo (juntamente com os íons K, Na e Mg e participa da contração muscular). A hipocalcemia leva à tétano-cólica. Também participa da regulação da síntese de glicogênio no rim, fígado e músculo esquelético.

O cálcio diminui a permeabilidade da membrana celular e da parede capilar, resultando em seus efeitos antiinflamatórios, antiexudativos e antialérgicos. Também é necessário que o sangue coagule.

Os íons cálcio são importantes mensageiros intracelulares, que influenciam a secreção de insulina na circulação e a secreção de enzimas digestivas no intestino delgado.

A reabsorção de cálcio é afetada pela relação mútua de cálcio com fosfato no conteúdo intestinal e pela presença de colecalciferol, que regula a reabsorção ativa de cálcio e fósforo.

A troca de cálcio e fosfatos é regulada hormonalmente com o hormônio paratóide e a calcitonina. O hormônio da paratireóide libera cálcio dos ossos no sangue.

A calcitonina promove a deposição de cálcio nos ossos, o que reduz sua concentração no sangue.

Magnésio (Mg)

O magnésio é um bioelemento secundário que faz parte das biomoléculas, pois é um cofator da clorofila. O magnésio é um cátion intracelular típico e é uma parte essencial dos tecidos e fluidos corporais.

Está presente no esqueleto (70%) e nos músculos dos animais e entre suas funções está estabilizar a carga negativa dos fosfatos da molécula de ATP.

Sódio (Na)

É um importante cátion extracelular, participa da homeostase do organismo. Protege o organismo das perdas excessivas de água através dos canais de sódio e participa na propagação da excitação nervosa.

Potássio (K)

Participa da homeostase do organismo e da propagação da excitação nervosa pelos canais de potássio. A deficiência de potássio pode levar a parada cardíaca.

Cloro (Cl)

Um halogênio do grupo VII da tabela periódica. Está presente no organismo dos seres vivos principalmente como íon cloreto, que estabiliza a carga positiva de íons metálicos (elementos biogênicos, SF).

3- Elementos em traços

Eles estão presentes em alguns seres vivos. Muitos desses oligoelementos atuam como cofatores nas enzimas.

Os oligoelementos são Boro (B), Bromo (Br), Cobre (Cu), Flúor (F), Manganês (Mn), Silício (Si), Ferro (Fe), Iodo (I), etc.

Proporção de bioelementos

Há uma diferença na proporção dos bioelementos nos organismos e na atmosfera, na hidrosfera ou na crosta terrestre, o que é indicativo de uma seleção de elementos mais adequados para formar estruturas e executar funções específicas acima da abundância.

Por exemplo, o carbono é aproximadamente 20% do peso dos organismos, mas sua concentração na atmosfera na forma de dióxido de carbono é baixa. Por outro lado, o nitrogênio representa quase 80% da atmosfera da Terra, mas apenas 3, 3% do nitrogênio compõe o corpo humano.

A tabela a seguir mostra a proporção de alguns bioelementos em organismos vivos em comparação com o resto da Terra (Bioelements, nd):

Tabela 1: abundância dos bioelementos no universo, na terra e no corpo humano.

Biomoléculas

Os bioelementos combinam entre si e podem formar milhares de moléculas diferentes. Biomoléculas estão envolvidas na constituição das células.

Estes podem ser classificados em inorgânicos (água e minerais) e orgânicos (carboidratos, lipídios, aminoácidos e ácidos nucléicos).

As biomoléculas são conhecidas como silhares estruturais da vida, uma vez que são os tijolos ou moldes básicos em que as moléculas mais complexas são compostas.

Por exemplo, os aminoácidos são os alicerces estruturais das proteínas. A sequência de aminoácidos determina a estrutura primária de uma proteína.

Moléculas como lipídios formam a membrana celular e lobiomoles carboidratos simples formam carboidratos complexos como é o caso da molécula de glicogênio.

Há também o caso das bases nitrogenadas, que, quando se ligam ao carboidrato ribose ou à desoxirribose, formam as moléculas de RNA e DNA, onde sua sequência será um beijo do código genético.