องค์ประกอบทางชีวภาพ: การจำแนกประเภท (ประถมศึกษาและมัธยมศึกษา) - ชีววิทยา - 2025

" Bioelement " เป็นคำที่ใช้เรียกองค์ประกอบทางเคมีหลักที่ประกอบกันเป็นสิ่งมีชีวิต ในการจำแนกประเภทบางประเภทจะแบ่งออกเป็นองค์ประกอบหลักและองค์ประกอบรอง

จากองค์ประกอบทางเคมีที่รู้จัก 87 ชนิดมีเพียง 34 องค์ประกอบของสารอินทรีย์และ 17 ใน 34 ชนิดนี้เป็นที่รู้กันว่าขาดไม่ได้สำหรับชีวิต นอกจากนี้จากองค์ประกอบที่จำเป็น 17 ประการทั้ง 5 องค์ประกอบเป็นมากกว่า 90% ของสสารที่ประกอบขึ้นเป็นสิ่งมีชีวิต

นอกจากนี้ยังมีการระบุตารางธาตุธาตุชีวธาตุหลักและรอง (ที่มา: Alejandro Porto ผ่าน Wikimedia Commons)

องค์ประกอบหลัก 6 ประการในสารอินทรีย์ ได้แก่ ไฮโดรเจน (H, 59%), ออกซิเจน (O, 24%), คาร์บอน (C, 11%), ไนโตรเจน (N, 4%), ฟอสฟอรัส (P, 1%) และกำมะถัน (S, 0.1 ถึง 1%)

เปอร์เซ็นต์เหล่านี้แสดงถึงจำนวนอะตอมของแต่ละองค์ประกอบที่เกี่ยวกับจำนวนอะตอมทั้งหมดที่ประกอบเป็นเซลล์ที่มีชีวิตและสิ่งเหล่านี้เรียกว่า "องค์ประกอบทางชีวภาพหลัก"

ธาตุชีวภาพทุติยภูมิพบในสัดส่วนที่น้อยกว่ามากและ ได้แก่ โพแทสเซียม (K) แมกนีเซียม (Mg) เหล็ก (Fe) แคลเซียม (Ca) โมลิบดีนัม (Mo) ฟลูออรีน (F) คลอรีน ( Cl) โซเดียม (Na) ไอโอดีน (I) ทองแดง (Cu) และสังกะสี (Zn)

องค์ประกอบรองมักเป็นปัจจัยร่วมในปฏิกิริยาเร่งปฏิกิริยาและมีส่วนร่วมในกระบวนการทางชีวเคมีและสรีรวิทยาหลายอย่างที่มีอยู่ในเซลล์ของสิ่งมีชีวิต

องค์ประกอบทางชีวภาพหลัก

อะตอมของคาร์บอนไฮโดรเจนและออกซิเจนเป็นฐานโครงสร้างของโมเลกุลที่ประกอบเป็นสารอินทรีย์ในขณะที่ไนโตรเจนฟอสฟอรัสและกำมะถันทำปฏิกิริยากับสารชีวโมเลกุลที่แตกต่างกันเพื่อทำให้เกิดปฏิกิริยาทางเคมี

ไฮโดรเจน

ไฮโดรเจนเป็นองค์ประกอบทางเคมีที่มีอยู่ในรูปของก๊าซที่อุณหภูมิห้อง (25ºC) ซึ่งจะมีอยู่ในสถานะของแข็งหรือของเหลวที่อุณหภูมิห้องเมื่อเชื่อมโยงกับโมเลกุลอื่นเท่านั้น

อะตอมของไฮโดรเจนเป็นหนึ่งในอะตอมแรกที่ประกอบขึ้นเป็นเอกภพในยุคแรก ทฤษฎีที่ได้รับการจัดการเสนอว่าโปรตอนที่มีอยู่ในนิวเคลียสของอะตอมของไฮโดรเจนเริ่มเชื่อมโยงกับอิเล็กตรอนของธาตุอื่น ๆ เพื่อสร้างโมเลกุลที่ซับซ้อนขึ้น

ไฮโดรเจนสามารถรวมทางเคมีกับองค์ประกอบอื่น ๆ เกือบทั้งหมดเพื่อสร้างโมเลกุลซึ่ง ได้แก่ น้ำคาร์โบไฮเดรตไฮโดรคาร์บอน ฯลฯ

องค์ประกอบนี้มีหน้าที่สร้างพันธะที่เรียกว่า“ พันธะไฮโดรเจน” ซึ่งเป็นหนึ่งในปฏิสัมพันธ์ที่อ่อนแอที่สำคัญที่สุดสำหรับสารชีวโมเลกุลและเป็นกำลังหลักที่รับผิดชอบในการรักษาโครงสร้างสามมิติของโปรตีนและกรดนิวคลีอิก

คาร์บอน

คาร์บอนเป็นนิวเคลียสของสารชีวโมเลกุลหลายชนิด อะตอมของมันสามารถรวมโควาเลนต์เข้ากับอะตอมอื่น ๆ อีกสี่อะตอมขององค์ประกอบทางเคมีที่แตกต่างกันและยังรวมตัวกันเพื่อสร้างโครงสร้างของโมเลกุลที่ซับซ้อนสูง

คาร์บอนพร้อมกับไฮโดรเจนเป็นองค์ประกอบทางเคมีชนิดหนึ่งที่สามารถสร้างสารประกอบทางเคมีต่างๆได้มากที่สุด มากจนสารและสารประกอบทั้งหมดที่จัดอยู่ในประเภท "อินทรีย์" มีอะตอมของคาร์บอนในโครงสร้างหลัก

โครงสร้างทั่วไปของกรดอะมิโน (ที่มา: ผู้ใช้: Ppfk ผ่าน Wikimedia Commons)

ในบรรดาโมเลกุลคาร์บอนหลักของสิ่งมีชีวิต ได้แก่ คาร์โบไฮเดรต (น้ำตาลหรือแซคคาไรด์) โปรตีนและกรดอะมิโนกรดนิวคลีอิก (DNA และ RNA) ไขมันและกรดไขมันและอื่น ๆ

ออกซิเจน

ออกซิเจนเป็นองค์ประกอบที่เป็นก๊าซและมีมากที่สุดในเปลือกโลกทั้งหมด มีอยู่ในส่วนประกอบอินทรีย์และอนินทรีย์หลายชนิดและเป็นสารประกอบที่มีองค์ประกอบทางเคมีเกือบทั้งหมด

มีหน้าที่ในการเกิดออกซิเดชันของสารประกอบทางเคมีและการเผาไหม้ซึ่งเป็นรูปแบบของการเกิดออกซิเดชันที่แตกต่างกัน ออกซิเจนเป็นองค์ประกอบที่มีอิเล็กโทรเนกาติวิตีมากเป็นส่วนหนึ่งของโมเลกุลของน้ำและมีส่วนร่วมในกระบวนการหายใจของสิ่งมีชีวิตส่วนใหญ่

สายพันธุ์ออกซิเจนที่ทำปฏิกิริยามีส่วนทำให้เกิดความเครียดออกซิเดชันภายในเซลล์ เป็นเรื่องปกติมากที่จะสังเกตเห็นความเสียหายที่เกิดจากสารประกอบออกซิเดชั่นต่อโมเลกุลขนาดใหญ่ภายในเซลล์เนื่องจากสิ่งเหล่านี้ทำให้ภายในเซลล์ที่ลดลงไม่สมดุล

ก๊าซไนโตรเจน

ไนโตรเจนเป็นก๊าซส่วนใหญ่ซึ่งคิดเป็นประมาณ 78% ของชั้นบรรยากาศของโลก เป็นองค์ประกอบสำคัญในโภชนาการของพืชและสัตว์

ในสัตว์ไนโตรเจนเป็นส่วนพื้นฐานของกรดอะมิโนซึ่งจะเป็นส่วนประกอบของโปรตีน เนื้อเยื่อโครงสร้างโปรตีนและเนื้อเยื่อส่วนใหญ่มีกิจกรรมของเอนไซม์ที่จำเป็นในการเร่งปฏิกิริยาที่สำคัญหลายอย่างสำหรับเซลล์

ไนโตรเจนเป็นส่วนพื้นฐานของฐานไนโตรเจนที่ประกอบเป็นกรดนิวคลีอิกเช่น DNA และ RNA (ที่มา: File: Difference DNA RNA-DE.svg: Sponk / * translation: Sponk via Wikimedia Commons)

ไนโตรเจนมีอยู่ในฐานไนโตรเจนของ DNA และ RNA ซึ่งเป็นโมเลกุลที่จำเป็นสำหรับการถ่ายโอนข้อมูลทางพันธุกรรมจากพ่อแม่ไปยังลูกหลานและเพื่อการทำงานที่เหมาะสมของสิ่งมีชีวิตในฐานะระบบเซลล์

การจับคู่

รูปแบบที่อุดมสมบูรณ์ที่สุดขององค์ประกอบนี้ในธรรมชาติคือฟอสเฟตที่เป็นของแข็งในดินแม่น้ำและทะเลสาบที่อุดมสมบูรณ์ มันเป็นองค์ประกอบที่สำคัญสำหรับการทำงานของสัตว์และพืช แต่ยังรวมถึงแบคทีเรียเชื้อราโปรโตซัวและสิ่งมีชีวิตทั้งหมดด้วย

ในสัตว์ฟอสฟอรัสพบมากในกระดูกทุกชนิดในรูปของแคลเซียมฟอสเฟต

ฟอสฟอรัสเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับชีวิตเนื่องจากเป็นองค์ประกอบที่เป็นส่วนหนึ่งของ DNA, RNA, ATP และ phospholipids (ส่วนประกอบพื้นฐานของเยื่อหุ้มเซลล์)

องค์ประกอบทางชีวภาพนี้เกี่ยวข้องกับปฏิกิริยาการถ่ายโอนพลังงานเสมอเนื่องจากมันสร้างสารประกอบที่มีพันธะที่มีพลังมากไฮโดรไลซิสซึ่งใช้ในการเคลื่อนย้ายระบบเซลล์ต่างๆ

กำมะถัน

โดยทั่วไปมักพบซัลเฟอร์ในรูปของซัลไฟด์และซัลเฟต โดยเฉพาะอย่างยิ่งในพื้นที่ภูเขาไฟและมีอยู่ในกรดอะมิโนตกค้าง cysteine ​​และ methionine

ในโปรตีนอะตอมของกำมะถันของซีสเทอีนก่อให้เกิดปฏิสัมพันธ์ภายในหรือระหว่างโมเลกุลที่รุนแรงมากเรียกว่า "สะพานไดซัลไฟด์" ซึ่งจำเป็นสำหรับการสร้างโครงสร้างทุติยภูมิระดับตติยภูมิและควอเทอร์นารีของโปรตีนในเซลล์

Coenzyme A ซึ่งเป็นสารตัวกลางในการเผาผลาญที่มีฟังก์ชันหลากหลายมีอะตอมของกำมะถันอยู่ในโครงสร้าง

องค์ประกอบนี้ยังเป็นพื้นฐานในโครงสร้างของปัจจัยร่วมของเอนไซม์หลายชนิดที่มีส่วนร่วมในเส้นทางการเผาผลาญที่สำคัญต่างๆ

องค์ประกอบทางชีวภาพทุติยภูมิ

ดังที่ได้กล่าวมาแล้วธาตุชีวภาพทุติยภูมิคือธาตุที่พบในสัดส่วนที่ต่ำกว่าธาตุหลักและที่สำคัญที่สุด ได้แก่ โพแทสเซียมแมกนีเซียมเหล็กแคลเซียมโซเดียมและสังกะสี

ธาตุชีวภาพทุติยภูมิหรือธาตุอาหารมีส่วนเกี่ยวข้องกับกระบวนการทางสรีรวิทยาหลายอย่างของพืชในการสังเคราะห์ด้วยแสงในการหายใจในสมดุลไอออนิกของเซลล์ของแวคิวโอลและคลอโรพลาสต์ในการขนส่งคาร์โบไฮเดรตไปยังฟลอก ฯลฯ

นอกจากนี้ยังเป็นจริงสำหรับสัตว์และสิ่งมีชีวิตอื่น ๆ โดยที่องค์ประกอบเหล่านี้ไม่มากก็น้อยที่จ่ายได้และมีอยู่น้อยเป็นส่วนหนึ่งของปัจจัยร่วมจำนวนมากที่จำเป็นสำหรับการทำงานของเครื่องจักรเซลล์ทั้งหมด

เหล็ก

เหล็กเป็นหนึ่งในองค์ประกอบทางชีวภาพทุติยภูมิที่สำคัญที่สุดเนื่องจากมีหน้าที่ในปรากฏการณ์พลังงานหลายอย่าง มีความสำคัญมากในปฏิกิริยาการลดออกไซด์ตามธรรมชาติ

ตัวอย่างเช่นในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมธาตุเหล็กเป็นส่วนสำคัญของฮีโมโกลบินซึ่งเป็นโปรตีนที่มีหน้าที่ในการขนส่งออกซิเจนในเลือดภายในเม็ดเลือดแดงหรือเซลล์เม็ดเลือดแดง

ในเซลล์พืชองค์ประกอบนี้เป็นส่วนหนึ่งของรงควัตถุบางชนิดเช่นคลอโรฟิลล์ซึ่งจำเป็นสำหรับกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง มันเป็นส่วนหนึ่งของโมเลกุลของไซโตโครมซึ่งจำเป็นต่อการหายใจ

สังกะสี

นักวิทยาศาสตร์คิดว่าสังกะสีเป็นองค์ประกอบสำคัญอย่างหนึ่งในการปรากฏตัวของสิ่งมีชีวิตยูคาริโอตเมื่อหลายล้านปีก่อนเนื่องจากโปรตีนที่จับกับดีเอ็นเอจำนวนมากสำหรับการจำลองแบบซึ่งประกอบขึ้นเป็น "ยูคาริโอตดั้งเดิม" ที่ใช้สังกะสีเป็นแรงจูงใจ ของ Union

ตัวอย่างของโปรตีนประเภทนี้คือสังกะสีนิ้วซึ่งเกี่ยวข้องกับการถอดความของยีนการแปลโปรตีนการเผาผลาญและการประกอบโปรตีนเป็นต้น

แคลเซียม

แคลเซียมเป็นหนึ่งในแร่ธาตุที่อุดมสมบูรณ์ที่สุดในโลก ในสัตว์ส่วนใหญ่จะประกอบเป็นฟันและกระดูกในรูปของแคลเซียมไฮดรอกซีฟอสเฟต องค์ประกอบนี้จำเป็นสำหรับการหดตัวของกล้ามเนื้อการส่งกระแสประสาทและการแข็งตัวของเลือด

แมกนีเซียม

แมกนีเซียมในธรรมชาติมีสัดส่วนสูงสุดอยู่ในรูปของแข็งรวมกับองค์ประกอบอื่น ๆ ไม่เพียง แต่พบในสถานะอิสระเท่านั้น แมกนีเซียมเป็นปัจจัยร่วมสำหรับระบบเอนไซม์ต่างๆมากกว่า 300 ระบบในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม

ปฏิกิริยาที่มีส่วนร่วมมีตั้งแต่การสังเคราะห์โปรตีนการเคลื่อนไหวของกล้ามเนื้อและการทำงานของเส้นประสาทไปจนถึงการควบคุมระดับน้ำตาลในเลือดและความดันโลหิต แมกนีเซียมจำเป็นสำหรับการผลิตพลังงานในสิ่งมีชีวิตสำหรับฟอสโฟรีเลชันออกซิเดชั่นและไกลโคไลซิส

นอกจากนี้ยังมีส่วนช่วยในการพัฒนากระดูกและจำเป็นสำหรับการสังเคราะห์ DNA, RNA, กลูตาไธโอนและอื่น ๆ

โซเดียมและโพแทสเซียม

พวกมันเป็นไอออนที่มีอยู่มากมายภายในเซลล์และการแปรผันของความเข้มข้นภายในและภายนอกรวมถึงการขนส่งของพวกมันนั้นเป็นปัจจัยชี้ขาดในกระบวนการทางสรีรวิทยาหลายอย่าง

โพแทสเซียมเป็นไอออนบวกภายในเซลล์ที่มีอยู่มากที่สุดโดยจะรักษาปริมาตรของเหลวภายในเซลล์และการไล่ระดับสีเคมีไฟฟ้าของทรานส์เมมเบรน

ทั้งโซเดียมและโพแทสเซียมมีส่วนเกี่ยวข้องอย่างมากในการส่งกระแสประสาทเนื่องจากถูกลำเลียงโดยปั๊มโซเดียมโพแทสเซียม โซเดียมยังมีส่วนร่วมในการหดตัวของกล้ามเนื้อและในการดูดซึมสารอาหารผ่านเยื่อหุ้มเซลล์

ส่วนที่เหลือขององค์ประกอบทางชีวภาพรอง ได้แก่ โมลิบดีนัม (Mo) ฟลูออรีน (F) คลอรีน (Cl) ไอโอดีน (I) และทองแดง (Cu) มีบทบาทสำคัญในปฏิกิริยาทางสรีรวิทยาหลายอย่าง อย่างไรก็ตามจำเป็นต้องมีในสัดส่วนที่น้อยกว่าองค์ประกอบทั้งหกที่อธิบายไว้ข้างต้น

อ้างอิง

1. Egami, F. (1974). องค์ประกอบและวิวัฒนาการเล็กน้อย วารสารวิวัฒนาการระดับโมเลกุล, 4 (2), 113-120.
2. แฮค, ไอดับเบิลยู (1919). Bioelements; องค์ประกอบทางเคมีของสิ่งมีชีวิต วารสารสรีรวิทยาทั่วไป, 1 (4), 429
3. Kaim, W. , & Rall, J. (1996). องค์ประกอบทางชีวภาพที่ "ทันสมัย" ของทองแดง Angewandte Chemie International Edition เป็นภาษาอังกฤษ, 35 (1), 43-60
4. สถาบันสุขภาพแห่งชาติ (2016) แมกนีเซียม: เอกสารข้อมูลสำหรับผู้เชี่ยวชาญด้านสุขภาพ เวอร์ชันปัจจุบัน 27.
5. Peñuelas, J. , Fernández-Martínez, M. , Ciais, P. , Jou, D. , Piao, S. , Obersteiner, M. , … & Sardans, J. (2019). องค์ประกอบทางชีวภาพธาตุและช่องทางชีวเคมี นิเวศวิทยา, 100 (5), e02652
6. สกัลนี, AV (2014). Bioelements และ Bioelementology ในเภสัชวิทยาและโภชนาการ: ด้านพื้นฐานและการปฏิบัติ เภสัชวิทยาและการแทรกแซงทางโภชนาการในการรักษาโรค. IntechOpen
7. Solioz, M. (2018). องค์ประกอบทางชีวภาพที่ทันสมัยของ Copper-A ในทองแดงและแบคทีเรีย (หน้า 1-9) สปริงเกอร์จาม.
8. องค์การอนามัยโลก. (2015) เอกสารข้อเท็จจริง: เกลือ