العناصر الحيوية: التصنيف (الابتدائي والثانوي) - مادة الاحياء - 2026

" Bioelement " مصطلح يستخدم للإشارة إلى العناصر الكيميائية الرئيسية التي تتكون منها الكائنات الحية. في بعض التصنيفات ، يتم تقسيم هذه إلى عناصر أولية وعناصر ثانوية.

من بين 87 عنصرًا كيميائيًا معروفًا ، هناك 34 عنصرًا فقط تشكل مادة عضوية ، ومن المعروف أن 17 من هذه العناصر الـ 34 لا غنى عنها حقًا للحياة. بالإضافة إلى ذلك ، من بين هذه العناصر الأساسية السبعة عشر ، تشكل خمسة أكثر من 90٪ من المادة التي تتكون منها الكائنات الحية.

الجدول الدوري للعناصر ، العناصر الحيوية الأولية والثانوية موضحة أيضًا (المصدر: أليخاندرو بورتو عبر ويكيميديا ​​كومنز)

العناصر الستة الرئيسية في المادة العضوية هي الهيدروجين (H ، 59٪) ، الأكسجين (O ، 24٪) ، الكربون (C ، 11٪) ، النيتروجين (N ، 4٪) ، الفوسفور (P ، 1٪) والكبريت (S، 0.1 إلى 1٪).

تعكس هذه النسب المئوية عدد ذرات كل عنصر فيما يتعلق بالعدد الإجمالي للذرات التي تتكون منها الخلايا الحية وهذه هي ما يعرف باسم "العناصر الحيوية الأولية".

توجد العناصر الحيوية الثانوية بنسب أقل بكثير وهي البوتاسيوم (K) والمغنيسيوم (Mg) والحديد (Fe) والكالسيوم (Ca) والموليبدينوم (Mo) والفلور (F) والكلور (Cl) والصوديوم (Na) واليود (I) والنحاس (Cu) والزنك (Zn).

عادة ما تكون العناصر الثانوية عوامل مساعدة في التفاعلات التحفيزية وتشارك في العديد من العمليات الكيميائية الحيوية والفسيولوجية المتأصلة في خلايا الكائنات الحية.

العناصر الحيوية الأولية

ذرات الكربون والهيدروجين والأكسجين هي القاعدة الهيكلية للجزيئات التي تتكون منها المادة العضوية ، وفي الوقت نفسه يتفاعل النيتروجين والفوسفور والكبريت مع الجزيئات الحيوية المختلفة لإحداث تفاعلات كيميائية.

هيدروجين

الهيدروجين هو عنصر كيميائي موجود بشكل غازي في درجة حرارة الغرفة (25 درجة مئوية) ، ويمكن أن يوجد فقط في حالة صلبة أو سائلة عند درجة حرارة الغرفة عندما يرتبط بجزيئات أخرى.

يعتقد أن ذرات الهيدروجين من بين الذرات الأولى التي شكلت الكون المبكر. تقترح النظريات التي تم تناولها أن البروتونات الموجودة في نواة ذرات الهيدروجين بدأت بالارتباط بإلكترونات عناصر أخرى لتكوين جزيئات أكثر تعقيدًا.

يمكن أن يتحد الهيدروجين كيميائيًا مع أي عنصر آخر تقريبًا لتكوين جزيئات ، من بينها الماء والكربوهيدرات والهيدروكربونات ، إلخ.

هذا العنصر مسؤول عن تكوين الروابط المعروفة باسم "روابط الهيدروجين" ، وهي من أهم التفاعلات الضعيفة للجزيئات الحيوية والقوة الرئيسية المسؤولة عن الحفاظ على الهياكل ثلاثية الأبعاد للبروتينات والأحماض النووية.

كربون

يشكل الكربون نواة العديد من الجزيئات الحيوية. يمكن أن تتحد ذراتها تساهميًا مع أربع ذرات أخرى من عناصر كيميائية مختلفة وأيضًا مع نفسها لتشكيل بنية جزيئات شديدة التعقيد.

يعتبر الكربون مع الهيدروجين أحد العناصر الكيميائية التي يمكن أن تشكل أكبر عدد من المركبات الكيميائية المختلفة. لدرجة أن جميع المواد والمركبات المصنفة على أنها "عضوية" تحتوي على ذرات كربون في هيكلها الرئيسي.

الهيكل العام للحمض الأميني (المصدر: المستخدم: Ppfk عبر ويكيميديا ​​كومنز)

من بين جزيئات الكربون الرئيسية للكائنات الحية الكربوهيدرات (السكريات أو السكريات) والبروتينات والأحماض الأمينية والأحماض النووية (DNA و RNA) والدهون والأحماض الدهنية وغيرها.

الأكسجين

الأكسجين عنصر غازي وهو الأكثر وفرة في قشرة الأرض بأكملها. يوجد في العديد من المكونات العضوية وغير العضوية ويشكل مركبات تحتوي على جميع العناصر الكيميائية تقريبًا.

وهي مسؤولة عن أكسدة المركبات الكيميائية والاحتراق ، وهما أيضًا أشكال مختلفة من الأكسدة. الأكسجين عنصر كهرسلبي للغاية ، وهو جزء من جزيء الماء ويشارك في عملية التنفس لجزء كبير من الكائنات الحية.

أنواع الأكسجين التفاعلية هي المسؤولة عن الإجهاد التأكسدي داخل الخلايا. من الشائع جدًا ملاحظة الضرر الذي تسببه المركبات المؤكسدة للجزيئات الكبيرة داخل الخلية ، لأن هذه تؤدي إلى اختلال التوازن الداخلي المتناقص للخلايا.

نتروجين

كما أن النيتروجين غازي في الغالب ، ويشكل حوالي 78٪ من الغلاف الجوي للأرض. إنه عنصر مهم في تغذية النباتات والحيوانات.

في الحيوانات ، يعتبر النيتروجين جزءًا أساسيًا من الأحماض الأمينية والتي بدورها هي اللبنات الأساسية للبروتينات. تقوم البروتينات ببناء الأنسجة والعديد منها لديه النشاط الأنزيمي اللازم لتسريع العديد من التفاعلات الحيوية للخلايا.

النيتروجين هو جزء أساسي من القواعد النيتروجينية التي تشكل الأحماض النووية مثل DNA و RNA (المصدر: ملف: Difference DNA RNA-DE.svg: Sponk / * translation: Sponk via Wikimedia Commons)

النيتروجين موجود في القواعد النيتروجينية للحمض النووي الريبي والحمض النووي الريبي ، وهي جزيئات أساسية لنقل المعلومات الجينية من الوالدين إلى النسل ولعمل الكائنات الحية بشكل صحيح كنظم خلوية.

مباراة

أكثر أشكال هذا العنصر وفرة في الطبيعة هو الفوسفات الصلب في التربة الخصبة والأنهار والبحيرات. إنه عنصر مهم لعمل الحيوانات والنباتات ، وأيضًا للبكتيريا والفطريات والأوليات وجميع الكائنات الحية.

في الحيوانات ، يوجد الفسفور بكثرة في جميع العظام على شكل فوسفات الكالسيوم.

الفوسفور ضروري للحياة ، لأنه أيضًا عنصر يمثل جزءًا من DNA و RNA و ATP و phospholipids (المكونات الأساسية لأغشية الخلايا).

يشارك هذا العنصر الحيوي دائمًا في تفاعلات نقل الطاقة ، لأنه يشكل مركبات ذات روابط نشطة للغاية ، يستخدم التحلل المائي لتحريك الأنظمة الخلوية المختلفة.

كبريت

يوجد الكبريت عادة على شكل كبريتيدات وكبريتات. وهي متوفرة بكثرة في المناطق البركانية وهي موجودة في بقايا الأحماض الأمينية السيستين والميثيونين.

في البروتينات ، تشكل ذرات الكبريت في السيستين تفاعلًا قويًا جدًا داخل الجزيئات أو بين الجزيئات يُعرف باسم "جسر ثاني كبريتيد" ، وهو ضروري لتكوين البنية الثانوية والثالثية والرباعية للبروتينات الخلوية.

Coenzyme A ، وسيط استقلابي مع مجموعة متنوعة من الوظائف ، يحتوي على ذرة كبريت في بنيته.

هذا العنصر أساسي أيضًا في بنية العديد من العوامل المساعدة للإنزيمات التي تشارك في مسارات التمثيل الغذائي المختلفة المهمة.

العناصر الحيوية الثانوية

كما ذكرنا أعلاه ، فإن العناصر الحيوية الثانوية هي تلك التي توجد بنسب أقل من العناصر الأولية وأهمها البوتاسيوم والمغنيسيوم والحديد والكالسيوم والصوديوم والزنك.

العناصر الحيوية الثانوية أو العناصر النزرة تشارك في العديد من العمليات الفسيولوجية للنباتات ، في التمثيل الضوئي ، في التنفس ، في التوازن الأيوني الخلوي للفجوة والبلاستيدات الخضراء ، في نقل الكربوهيدرات إلى اللحاء ، إلخ.

وينطبق هذا أيضًا على الحيوانات والكائنات الحية الأخرى ، حيث تكون هذه العناصر ، التي يمكن الاستغناء عنها إلى حد ما وأقل وفرة ، جزءًا من العديد من العوامل المساعدة اللازمة لعمل الماكينة الخلوية بأكملها.

حديد

الحديد هو أحد أهم العناصر الحيوية الثانوية لأنه له وظائف في ظواهر طاقة متعددة. من المهم جدًا في تفاعلات تقليل الأكسيد الطبيعي.

في الثدييات ، على سبيل المثال ، يعد الحديد جزءًا أساسيًا من الهيموجلوبين ، وهو البروتين المسؤول عن نقل الأكسجين في الدم داخل كريات الدم الحمراء أو خلايا الدم الحمراء.

في الخلايا النباتية ، يعتبر هذا العنصر أيضًا جزءًا من بعض الأصباغ مثل الكلوروفيل ، وهو ضروري لعمليات التمثيل الضوئي. إنه جزء من جزيئات السيتوكروم ، وهو ضروري أيضًا للتنفس.

الزنك

يعتقد العلماء أن الزنك كان أحد العناصر الأساسية في ظهور الكائنات حقيقية النواة منذ ملايين السنين ، حيث أن العديد من البروتينات المرتبطة بالحمض النووي للنسخ المتماثل التي تشكل "حقيقيات النوى البدائية" تستخدم الزنك كعنصر. الاتحاد.

ومن الأمثلة على هذا النوع من البروتين أصابع الزنك ، التي تشارك في نسخ الجينات ، وترجمة البروتين ، والتمثيل الغذائي وتجميع البروتين ، إلخ.

الكالسيوم

الكالسيوم من أكثر المعادن وفرة على كوكب الأرض. في معظم الحيوانات تتكون الأسنان والعظام على شكل هيدروكسيفوسفات الكالسيوم. هذا العنصر ضروري لتقلص العضلات ونقل النبضات العصبية وتجلط الدم.

المغنيسيوم

توجد أعلى نسبة من المغنيسيوم في الطبيعة في صورة صلبة مقترنة بعناصر أخرى ، ولا توجد فقط في الحالة الحرة. المغنيسيوم عامل مساعد لأكثر من 300 نظام إنزيمي مختلف في الثدييات.

تتراوح التفاعلات التي يشارك فيها من تخليق البروتين ، وحركة العضلات ، ووظيفة الأعصاب ، إلى تنظيم مستويات السكر في الدم وضغط الدم. المغنيسيوم ضروري لإنتاج الطاقة في الكائنات الحية ، من أجل الفسفرة المؤكسدة وتحلل السكر.

كما أنه يساهم في تطوير العظام وهو ضروري لتخليق الحمض النووي ، والحمض النووي الريبي ، والجلوتاثيون ، من بين أمور أخرى.

الصوديوم والبوتاسيوم

وهما نوعان من الأيونات بكثرة داخل الخلية والاختلافات في تركيزاتها الداخلية والخارجية ، وكذلك نقلها ، حاسمة بالنسبة للعديد من العمليات الفسيولوجية.

البوتاسيوم هو الكاتيون الأكثر وفرة داخل الخلايا ، فهو يحافظ على حجم السائل داخل الخلية والتدرجات الكهروكيميائية عبر الغشاء.

يشارك كل من الصوديوم والبوتاسيوم بنشاط في نقل النبضات العصبية ، حيث يتم نقلهما بواسطة مضخة الصوديوم والبوتاسيوم. يشارك الصوديوم أيضًا في تقلص العضلات وفي امتصاص العناصر الغذائية من خلال غشاء الخلية.

بقية العناصر الحيوية الثانوية: الموليبدينوم (Mo) والفلور (F) والكلور (Cl) واليود (I) والنحاس (Cu) تلعب أدوارًا مهمة في العديد من التفاعلات الفسيولوجية. ومع ذلك ، فهي مطلوبة بنسبة أقل بكثير من العناصر الستة الموضحة أعلاه.

المراجع

1. Egami ، F. (1974). العناصر الثانوية والتطور. مجلة التطور الجزيئي، 4 (2) ، 113-120.
2. هاك ، آي دبليو (1919). العناصر الحيوية. العناصر الكيميائية للمادة الحية. مجلة علم وظائف الأعضاء العامة ، 1 (4) ، 429
3. كيم ، و. ، ورال ، ج. (1996). النحاس عنصر حيوي "حديث". Angewandte Chemie International Edition باللغة الإنجليزية ، 35 (1) ، 43-60.
4. المعاهد الوطنية للصحة. (2016). المغنيسيوم: صحيفة وقائع للمهنيين الصحيين. الإصدار الحالي ، 27.
5. بينويلاس ، جيه ، فرنانديز مارتينيز ، إم ، سيياس ، بي ، جو ، دي ، بياو ، إس ، أوبرشتاينر ، إم ،… وساردانز ، جي (2019). العناصر الحيوية ، والعنصر ، والمكانة البيوجيوكيميائية. علم البيئة، 100 (5) ، e02652
6. سكالني ، إيه في (2014). العناصر الحيوية وعلم العناصر الحيوية في علم الأدوية والتغذية: الجوانب الأساسية والعملية. في علم الأدوية والتدخل التغذوي في علاج المرض. IntechOpen.
7. سوليوز ، م. (2018). النحاس عنصر حيوي حديث. في النحاس والبكتيريا (ص 1-9). سبرينغر ، شام.
8. منظمة الصحة العالمية. (2015). صحيفة وقائع: ملح.