องค์ประกอบทางชีวภาพ: การจำแนกประเภท (ประถมศึกษาและมัธยมศึกษา)

องค์ประกอบทางชีวภาพหรือองค์ประกอบทางชีวภาพ (ชีวภาพ = ชีวิตพันธุศาสตร์ = จุดเริ่มต้น) เป็นองค์ประกอบทางเคมีที่ประกอบขึ้นเป็นสิ่งมีชีวิต

มีองค์ประกอบเหล่านี้ประมาณ 70 ซึ่งแตกต่างกันในสัดส่วนที่แตกต่างกันและไม่ทั้งหมดมีอยู่ในสิ่งมีชีวิตทั้งหมด (Bioelements, 2009)

สสารทั้งหมดในจักรวาลเกิดขึ้นในรูปของอะตอมที่มีองค์ประกอบจำนวนน้อย มีองค์ประกอบทางเคมีธรรมชาติ 92 ชนิดในจักรวาล

จากมุมมองของโลกเรายากที่จะเข้าใจรูปแบบชีวิตที่องค์ประกอบไฮโดรเจนคาร์บอนออกซิเจนไนโตรเจนซัลเฟอร์และฟอสฟอรัสไม่ได้มีบทบาทเด่น (องค์ประกอบทางเคมีชีวภาพ, SF)

ความจริงที่ว่าพวกเขาเล่นบทบาทนี้ทั่วทั้งจักรวาลดูเหมือนจะเป็นไปได้มากส่วนหนึ่งเป็นเพราะ (นอกเหนือจากฟอสฟอรัส) สิ่งเหล่านี้เป็นองค์ประกอบที่มีมากที่สุดในจักรวาลทั้งหมดรวมถึงการผลิตในปริมาณที่มากระหว่างหน่วยการสร้างของดาวเคราะห์โลก .

นอกจากนี้เคมีของมันยังเหมาะอย่างยิ่งกับการพัฒนาโครงสร้างและฟังก์ชั่นที่ซับซ้อนซึ่งเป็นลักษณะของระบบชีวิต

เนื่องจากดวงอาทิตย์และดาวเคราะห์ก่อตัวเพียง 4.6 พันล้านปีก่อนในเอกภพซึ่งอาจมีอายุ 15 พันล้านปีมันเห็นได้ชัดว่า "องค์ประกอบทางชีวภาพ" เหล่านี้มีประสบการณ์ทางเคมีที่ยาวนานและซับซ้อนก่อนเข้าสู่จักรวาล ชีวเคมีภาคพื้นดิน

ในปัจจุบันยังไม่ทราบว่าประวัติศาสตร์ก่อนหน้านี้มีบทบาทโดยตรงในที่มาของสิ่งมีชีวิตบนโลกหรือไม่

สิ่งที่ชัดเจนคือ astrochemistry เป็นส่วนใหญ่ของเคมีขององค์ประกอบ biogenic และการทำความเข้าใจธรรมชาติและวิวัฒนาการของความซับซ้อนทางเคมีทั่วจักรวาลนั้นมีความสำคัญต่อการทำความเข้าใจทั้งสถานะทางเคมีเริ่มแรกของระบบสุริยะของเราเองและ ความถี่ที่มีเงื่อนไขที่เกี่ยวข้องอยู่ในส่วนอื่นของกาแลคซีของเราและกาแลคซีอื่น ๆ (คณะกรรมการวิจัยแห่งชาติ (US) คณะกรรมการเกี่ยวกับชีววิทยาดาวเคราะห์และวิวัฒนาการทางเคมี, 1990)

การจำแนกองค์ประกอบทางชีวภาพ

ตามปริมาณของพวกเขาในรัฐธรรมนูญของชีวโมเลกุล, องค์ประกอบทางชีวภาพถูกจัดประเภทเป็นองค์ประกอบหลัก, รองและติดตาม (Rastogi, 2003)

1- องค์ประกอบทางชีวภาพระดับประถมศึกษา

องค์ประกอบทางชีวภาพหลักคือสิ่งมีชีวิตที่มีปริมาณมากขึ้น (ประมาณ 96% ของสิ่งมีชีวิต) และเป็นสารชีวโมเลกุลอินทรีย์ส่วนใหญ่ที่ประกอบด้วยคาร์โบไฮเดรตคาร์โบไฮเดรตไขมันโปรตีนและกรดนิวคลีอิก

องค์ประกอบเหล่านี้มีลักษณะเป็นแสง (น้ำหนักอะตอมต่ำ) และอุดมสมบูรณ์ องค์ประกอบทางชีวภาพหลักคือคาร์บอนไฮโดรเจนออกซิเจนไนโตรเจนฟอสฟอรัสและกำมะถัน

คาร์บอน (C)

มันเป็นองค์ประกอบทางชีวภาพหลักที่ประกอบด้วยโมเลกุลชีวภาพ มันมีความสามารถในการรวมตัวกันเพื่อสร้างโซ่คาร์บอน - คาร์บอนขนาดใหญ่โดยใช้พันธะเดี่ยวสองหรือสามรวมทั้งโครงสร้างวงจร

มันสามารถรวมกลุ่มการทำงานที่หลากหลายเช่นออกซิเจนไฮดรอกไซด์ฟอสเฟตอะมิโนไนโตรเป็นต้นส่งผลให้โมเลกุลต่าง ๆ มีความหลากหลาย

อะตอมของคาร์บอนน่าจะเป็นองค์ประกอบทางชีวภาพที่สำคัญที่สุดชิ้นหนึ่งเนื่องจากสารชีวโมเลกุลทั้งหมดมีคาร์บอน ตัวอย่างเช่นสามารถค้นหาไขมันที่ไม่มีฟอสฟอรัสหรือไนโตรเจน (เช่นคอเลสเตอรอล) แต่ไม่มีชีวโมเลกุลที่ไม่มีคาร์บอน

ไฮโดรเจน (H)

มันเป็นหนึ่งในองค์ประกอบของโมเลกุลน้ำซึ่งจำเป็นสำหรับชีวิตและเป็นส่วนหนึ่งของโครงร่างคาร์บอนของโมเลกุลอินทรีย์

ยิ่งจำนวนโมเลกุลไฮโดรเจนมากขึ้นในโมเลกุลชีวโมเลกุลก็จะยิ่งลดลงและความสามารถในการออกซิไดซ์ก็จะยิ่งเพิ่มพลังงานมากขึ้นเท่านั้น

ตัวอย่างเช่นกรดไขมันมีอิเล็กตรอนมากกว่าคาร์โบไฮเดรตดังนั้นพวกมันจึงมีความสามารถในการผลิตพลังงานมากกว่าเมื่อสลายตัว

ออกซิเจน (O)

มันเป็นองค์ประกอบอื่น ๆ ที่ประกอบขึ้นเป็นโมเลกุลของน้ำ เป็นองค์ประกอบที่มีอิเลคโตรเนกาติตีมากทำให้สามารถผลิตพลังงานได้มากขึ้นผ่านการหายใจแบบใช้ออกซิเจน

นอกจากนี้พันธะขั้วที่มีไฮโดรเจนส่งผลให้น้ำขั้วอนุมูลที่ละลายน้ำได้

ไนโตรเจน (N)

องค์ประกอบที่มีอยู่ในกรดอะมิโนทั้งหมด กรดอะมิโนมีความสามารถในการสร้างพันธะเปปไทด์เพื่อผลิตโปรตีน

องค์ประกอบทางชีวภาพนี้ยังพบในฐานไนโตรเจนของกรดนิวคลีอิก มันถูกกำจัดโดยสิ่งมีชีวิตในรูปแบบของยูเรีย

หนึ่งในโมเลกุลชีวโมเลกุลแรกที่เกิดขึ้นคือ ATP เนื่องจากมีไนโตรเจนมากมายในชั้นบรรยากาศของโลก ไนโตรเจนเป็นส่วนหนึ่งของอะดีโนซีนของเอทีพี

ฟอสฟอรัส (P)

กลุ่มส่วนใหญ่พบว่าเป็นฟอสเฟต (PO ₄ 3-) ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของนิวคลีโอไทด์ การเชื่อมโยงรูปแบบที่อุดมไปด้วยพลังงานที่ช่วยให้การแบ่งปันง่าย (ATP)

นอกจากนี้ยังเป็นสิ่งสำคัญในโครงสร้างของ DNA เนื่องจากมันสร้างพันธะ fofodiester กับนิวคลีโอไทด์เพื่อสร้างโมเลกุลนี้

ซัลเฟอร์ (S)

องค์ประกอบทางชีวภาพที่พบส่วนใหญ่เป็นกลุ่ม sulfhydryl (-SH) ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของกรดอะมิโนเช่น cysteine ​​ซึ่งพันธะซัลไฟด์เป็นสิ่งจำเป็นในการสร้างความมั่นคงในโครงสร้างตติยภูมิและสี่ quaternary ของโปรตีน

นอกจากนี้ยังพบในโคเอนไซม์ที่จำเป็นสำหรับเส้นทางการเผาผลาญสากลเช่นวงจร Krebs (Llull, SF) มันเป็นองค์ประกอบหลักทางชีวภาพที่หนักที่สุดที่มีอยู่เนื่องจากน้ำหนักอะตอมของมันคือ 36 g / mol

2- องค์ประกอบทางชีวภาพรอง

องค์ประกอบประเภทนี้ยังมีอยู่ในสิ่งมีชีวิตทั้งหมด แต่ไม่ได้อยู่ในปริมาณเดียวกันกับองค์ประกอบหลัก

พวกมันไม่สอดคล้องกับชีวโมเลกุล แต่ถูกใช้ในการไล่ระดับสีของความเข้มข้นของเซลล์สัญญาณอิเล็กทริกของเซลล์ประสาทและสารสื่อประสาทการรักษาเสถียรภาพของโมเลกุลชีวภาพที่มีประจุเช่น ATP และเป็นส่วนหนึ่งของเนื้อเยื่อกระดูก

องค์ประกอบทางชีวภาพเหล่านี้ ได้แก่ แคลเซียม (Ca) โซเดียม (Na) โพแทสเซียม (K) แมกนีเซียม (Mg) และคลอรีน (Cl) ที่อุดมสมบูรณ์ที่สุดคือโซเดียมโพแทสเซียมแมกนีเซียมและแคลเซียม

แคลเซียม (Ca)

แคลเซียมเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับสิ่งมีชีวิตเนื่องจากพืชต้องการแคลเซียมเพื่อสร้างผนังเซลล์

มันเป็นส่วนหนึ่งของเนื้อเยื่อกระดูกสัตว์มีกระดูกสันหลังในรูปแบบของไฮดรอกซีอะพาไทต์ (Ca3 (PO4) 2) 2, Ca (OH) 2 และการตรึงของมันเกี่ยวข้องกับการบริโภควิตามินดีและแสงแดด แคลเซียมที่อยู่ในรูปไอออนิกทำหน้าที่เป็นตัวควบคุมสำคัญของกระบวนการในพลาสซึมของเซลล์

แคลเซียมมีผลต่อความตื่นเต้นง่ายของกล้ามเนื้อประสาท (รวมถึง K, Na และ Mg ไอออนและมีส่วนร่วมในการหดตัวของกล้ามเนื้อ) ภาวะน้ำตาลในเลือดนำไปสู่อาการจุกเสียด นอกจากนี้ยังมีส่วนร่วมในการควบคุมการสังเคราะห์ไกลโคเจนในไตตับและกล้ามเนื้อโครงร่าง

แคลเซียมลดการซึมผ่านของเยื่อหุ้มเซลล์และผนังเส้นเลือดฝอยส่งผลให้เกิดผลในการต้านการอักเสบการต่อต้านและการแพ้ นอกจากนี้ยังจำเป็นสำหรับเลือดที่จะจับตัวเป็นก้อน

แคลเซียมไอออนเป็นสารสำคัญในเซลล์ซึ่งมีผลต่อการหลั่งอินซูลินในการไหลเวียนและการหลั่งของเอนไซม์ย่อยอาหารในลำไส้เล็ก

การดูดซึมของแคลเซียมจะได้รับผลกระทบจากความสัมพันธ์ซึ่งกันและกันของแคลเซียมกับฟอสเฟตในลำไส้และจากการมีอยู่ของ cholecalciferol ซึ่งควบคุมการดูดซึมของแคลเซียมและฟอสฟอรัส

การแลกเปลี่ยนแคลเซียมและฟอสเฟตถูกควบคุมโดยฮอร์โมนกับพาราพาราอยด์และแคลเซียม ฮอร์โมนพาราไธรอยด์ปลดปล่อยแคลเซียมจากกระดูกในเลือด

Calcitonin ส่งเสริมการสะสมของแคลเซียมในกระดูกซึ่งช่วยลดความเข้มข้นของเลือด

แมกนีเซียม (Mg)

แมกนีเซียมเป็นองค์ประกอบทางชีวภาพที่สองซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของชีวโมเลกุลเนื่องจากเป็นโคแฟคเตอร์ของคลอโรฟิลล์ แมกนีเซียมเป็นไอออนบวกภายในเซลล์ทั่วไปและเป็นส่วนสำคัญของเนื้อเยื่อและของเหลวในร่างกาย

มันมีอยู่ในโครงกระดูก (70%) และในกล้ามเนื้อของสัตว์และในหน้าที่ของมันคือการรักษาประจุลบของฟอสเฟตของโมเลกุล ATP

โซเดียม (นา)

มันเป็นไอออนบวกที่สำคัญของเซลล์นอกร่างกายมันมีส่วนร่วมในสภาวะสมดุลของสิ่งมีชีวิต ช่วยปกป้องร่างกายจากการสูญเสียน้ำมากเกินไปผ่านช่องโซเดียมและมีส่วนร่วมในการแพร่กระจายของความตื่นเต้นประสาท

โพแทสเซียม (K)

มันมีส่วนร่วมในสภาวะสมดุลของสิ่งมีชีวิตและในการแพร่กระจายของความตื่นเต้นประสาทผ่านช่องทางโพแทสเซียม การขาดโพแทสเซียมสามารถนำไปสู่ภาวะหัวใจหยุดเต้น

คลอรีน (Cl)

ฮาโลเจนจากกลุ่ม VII ของตารางธาตุ มันมีอยู่ในสิ่งมีชีวิตของสิ่งมีชีวิตส่วนใหญ่เป็นคลอไรด์ไอออนซึ่งมีความเสถียรประจุบวกของไอออนโลหะ (องค์ประกอบ biogenic, SF)

3- องค์ประกอบในการติดตาม

พวกเขามีอยู่ในสิ่งมีชีวิตบางอย่าง องค์ประกอบติดตามจำนวนมากเหล่านี้ทำหน้าที่เป็นปัจจัยร่วมในเอนไซม์

ธาตุติดตามคือโบรอน (B), โบรมีน (Br), ทองแดง (Cu), ฟลูออรีน (F), แมงกานีส (Mn), ซิลิกอน (Si), เหล็ก (Fe), ไอโอดีน (I), ฯลฯ

สัดส่วนขององค์ประกอบทางชีวภาพ

มีความแตกต่างในสัดส่วนขององค์ประกอบทางชีวภาพในสิ่งมีชีวิตและในชั้นบรรยากาศไฮโดรสเฟียร์หรือเปลือกโลกซึ่งเป็นตัวบ่งชี้ถึงการเลือกองค์ประกอบที่เพียงพอมากขึ้นในการสร้างโครงสร้าง

ตัวอย่างเช่นคาร์บอนมีน้ำหนักประมาณ 20% ของสิ่งมีชีวิต แต่ความเข้มข้นในบรรยากาศในรูปของคาร์บอนไดออกไซด์ต่ำ ในทางตรงกันข้ามไนโตรเจนคิดเป็นเกือบ 80% ของชั้นบรรยากาศโลก แต่มีไนโตรเจนเพียง 3.3% เท่านั้นที่สร้างขึ้นในร่างกายมนุษย์

ตารางต่อไปนี้แสดงสัดส่วนขององค์ประกอบทางชีวภาพบางอย่างในสิ่งมีชีวิตเปรียบเทียบกับส่วนอื่น ๆ ของโลก (Bioelements, nd):

ตารางที่ 1: ความอุดมสมบูรณ์ขององค์ประกอบทางชีวภาพในจักรวาลในโลกและในร่างกายมนุษย์

สารชีวโมเลกุล

องค์ประกอบทางชีวภาพรวมเข้าด้วยกันและสามารถสร้างโมเลกุลที่แตกต่างกันหลายพัน ชีวโมเลกุลมีส่วนร่วมในรัฐธรรมนูญของเซลล์

เหล่านี้สามารถแบ่งออกเป็นอนินทรี (น้ำและแร่ธาตุ) และอินทรีย์ (คาร์โบไฮเดรต, ไขมัน, กรดอะมิโนและกรดนิวคลีอิก)

ชีวโมเลกุลนั้นเป็นที่รู้จักกันดีในนามของโครงสร้างชีวิตของสิ่งมีชีวิตเนื่องจากเป็นอิฐหรือแม่พิมพ์พื้นฐานที่ประกอบไปด้วยโมเลกุลที่ซับซ้อนมากขึ้น

ยกตัวอย่างเช่นกรดอะมิโนเป็นโครงสร้างของโปรตีน ลำดับกรดอะมิโนเป็นตัวกำหนดโครงสร้างหลักของโปรตีน

โมเลกุลเช่นไขมันในรูปแบบเซลล์เยื่อหุ้มเซลล์และ lobiomoles คาร์โบไฮเดรตที่เรียบง่ายในรูปแบบคาร์โบไฮเดรตที่ซับซ้อนเช่นในกรณีของโมเลกุลไกลโคเจน

นอกจากนี้ยังมีกรณีของฐานไนโตรเจนซึ่งเมื่อพวกเขาผูกกับคาร์โบไฮเดรต ribose หรือ deoxyribose รูปแบบ RNA และ DNA โมเลกุลที่ลำดับของพวกเขาจะจูบจากรหัสพันธุกรรม