Biologiczne znaczenie pierwiastków

Życie, takie jakie istnieje na Ziemi, opiera się na związkach chemicznych, w skład w których wchodzi wiele pierwiastków. Pierwiastki niezbędne do prawidłowego funkcjonowania organizmów żywych są w biologii nazywane biogenami. Najważniejsze biogeny to węgiel, wodór, azot i tlen, wchodzące w skład białek, kwasów nukleinowych i wielu innych związków organicznych.

Kolejnymi kluczowymi pierwiastkami są fosfor, którego związki tworzą system energetyczny komórki oraz wchodzą w skład kwasów nukleinowych, i siarka, m.in. wchodząca w skład dwóch aminokwasów – cysteiny i metioniny. Mostki dwusiarczkowe w białkach, powstające z połączenia pary cystein wchodzących w ich skład, stabilizują przestrzenną konfigurację białek.

Pozostałe pierwiastki nie wchodzą w skład tak kluczowych związków, są jednak ważne dla wielu procesów życiowych. Ich ilość w organizmie człowieka jest niewielka, ale mają istotny wpływ na jego prawidłowy rozwój i funkcjonowanie.

Makroelementy

Mianem makroelementów (makrominerałów) określa się pierwiastki, których dobowe zapotrzebowanie w diecie człowieka przekracza 100 mg na dobę. Niezbędne do prawidłowego rozwoju organizmów.

Zalicza się do nich: fosfor, wapń, magnez, chlor, potas, sód, siarka, azot, wodór, tlen, węgiel.

Mikroelementy

Mikroelementy, mikroskładniki, pierwiastki śladowe – pierwiastki chemiczne występujące w bardzo małych (śladowych) ilościach w organizmach roślinnych i zwierzęcych. U ludzi zapotrzebowanie na te pierwiastki wynosi poniżej 100 mg na dobę.

Niedobór lub nadmiar tych pierwiastków może prowadzić do zaburzeń fizjologicznych. Składniki mineralne są niezbędne w ustroju do celów budulcowych (szczególnie w tkance kostnej), wchodzą w skład: płynów ustrojowych, niektórych enzymów, związków wysokoenergetycznych itp. Wywierają również wpływ na regulację czynności narządowych i ogólnoustrojowych.

Do mikroelementów zalicza się: jod, żelazo, fluor, bor, kobalt, miedź, chrom, cynk, mangan, molibden, selen.

Ultraelementy

Trzecią grupą pierwiastków są ultraelementy, są to pierwiastki występujące w ilościach kilku μg na gram masy ciała. Zaliczamy do nich: rad, srebro, złoto, platyna. Są to aktywatory enzymów procesów metabolicznych.

Ważniejsze mikro- i makroelementy u ludzi i zwierząt

Nazwa pierwiastka	Znaczenie u zwierząt	Ważniejsze skutki przy niedoborze
Tlen, O	Pierwiastki te tworzą cukry, tłuszcze i białka – podstawowe budulce wszystkich żywych organizmów.	Śmierć organizmu (z głodu, odwodnienia lub uduszenia).
Węgiel, C
Wodór, H
Azot, N
Wapń, Ca	Budulec kości i zębów, bierze udział w procesie krzepnięcia krwi (tzw. IV czynnik), przewodnictwo impulsów nerwowych.	Niedostateczna mineralizacja kośćca, próchnica zębów, krzywica (u dzieci), osteoporoza (u dorosłych), zaburzenia krzepnięcia krwi, zaburzenia pracy serca i mięśni szkieletowych, skurcze mięśni, mrowienia i drętwienia kończyn.
Fosfor, P	Jest składnikiem kości; DNA i RNA oraz przenośnikiem energii ATP.	Zaburzenia wzrostu, brak apetytu, utrata masy ciała, nerwowość.
Chlor, Cl	Wraz z jonami sodu i potasu odpowiedzialny jest za równowagę wodnomineralną. Tworzy kwas solny w żołądku. Prawidłowe rozmieszczenie płynów w organizmie.	Gwałtowne wymioty, obrzęk komórek, osłabienie fizyczne i psychiczne, zmniejszenie łaknienia.
Magnez, Mg	Głównie regulacyjna (przewodnictwo nerwowe i in.)	Wzmożona aktywność układu nerwowo-mięśniowego (drżenia mięśniowe, kurcze, fascykulacje, drętwienie, drgawki), rzadziej: osłabienie mięśni, zaburzenia rytmu serca, apatia, biegunka, mdłości, ubytki w zębach, dolegliwości kostne, uczucie mrowienia w kończynach, nerwowość, niepokój, stan zagubienia, stan depresyjny.
Żelazo, Fe	Składnik hemoglobiny i mioglobiny.	Anemia, zmiany w śluzówce.
Fluor, F	Tworzy szkliwo zębów, występuje w kośćcu.	Większa podatność na próchnicę zębów.
Jod, I	Niezbędny do wytwarzania tyroksyny, odpowiada za prawidłowe działanie tarczycy.	Wole tarczycy. U dzieci matołectwo, spadek wydajności fizycznej, znużenie, brak energii życiowej, powolności w myśleniu, uczucie zagubienia, drżenie kończyn, kołatanie serca, suchość i łamliwość włosów, marznięcie.
Lit, Li
Bor, B
Sód, Na	Uczestniczy w utrzymaniu ciśnienia osmotycznego płynów ustrojowych. Bierze udział w przewodzeniu impulsów przez neurony.	Utrata pobudliwości komórek i zanik różnicy potencjałów.
Glin, Al
Krzem, Si
Siarka, S	Składnik niektórych aminokwasów i białek.
Potas, K	Bierze udział w przewodzeniu impulsów nerwowych. Podwyższa stopień uwodnienia koloidów komórkowych.
Arsen, As
Selen, Se	Wchodzi w skład selenocysteiny i peroksydazy glutationowej.
Brom, Br
Rubid, Rb	Może zastępować ubytki wapnia w kościach.
Stront, Sr	Może zastępować wapń w kościach.
Wanad, V
Chrom, Cr	Wpływa na produkcję insuliny, składnik czynnika tolerancji glukozy, obniża poziom cholesterolu we krwi.	Napady nudności, bóle głowy,stany lękowe, silny pociąg do słodyczy i alkoholu, ryzyko cukrzycy i choroby niedokrwiennej serca.
Mangan, Mn	Wpływa na wzrost kości. Składnik arginazy, enzymu uczestniczącego w przemianach aminokwasów.
Kobalt, Co	Składnik witaminy B12.	Zaburzenia procesu krzepnięcia krwi.
Nikiel, Ni
Miedź, Cu	Wchodzi w skład enzymów oddechowych. Ma wpływ na metabolizm żelaza w organizmie.
Cynk, Zn	Odgrywa ważną rolę w procesie gojenia ran.	Zaburzenia erekcji.
Molibden, Mo

Pierwiastki, których nie wypisano prawdopodobnie nie są potrzebne organizmowi ludzkiemu, bądź są trujące. Fluorki są łatwo przyswajalne przez organizm w postaci soli.

Ważniejsze mikro- i makroelementy u roślin

Nazwa pierwiastka	Znaczenie u roślin	Ważniejsze skutki przy niedoborze
Tlen, O	Pierwiastki te tworzą cukry, tłuszcze i białka – podstawowe budulce wszystkich żywych organizmów.	Śmierć organizmu (z głodu, odwodnienia lub uduszenia).
Węgiel, C
Wodór, H
Azot, N
Wapń, Ca
Fosfor, P	Jest składnikiem DNA i RNA oraz przenośnikiem energii ATP.
Chlor, Cl	Wraz z jonami sodu i potasu odpowiedzialny jest za równowagę wodnomineralną.
Magnez, Mg	Składnik chlorofilu.	Chloroza liści, więdnięcie, zahamowanie fotosyntezy.
Żelazo, Fe	Aktywator enzymów biorących udział w fazie jasnej fotosyntezy	Chloroza młodych liści. Zakłócenia w procesach oddychania i fotosyntezy.
Fluor, F		Nie stwierdzono
Jod, I		Nie stwierdzono
Lit, Li
Bor, B	Wpływ na procesy wzrostowe u roślin, w tym także na wzrost łagiewki pyłkowej
Sód, Na	Uczestniczy w utrzymaniu ciśnienia osmotycznego płynów ustrojowych.	Utrata pobudliwości komórek i zanik różnicy potencjałów.
Glin, Al
Krzem, Si	U roślin krzemionka usztywnia ściany komórkowe skrzypów i traw.
Siarka, S	Składnik niektórych aminokwasów i białek.
Potas, K	Podwyższa stopień uwodnienia koloidów komórkowych.	Martwica organów, zahamowanie wzrostu korzenia i pędu, chloroza liści.
Arsen, As
Selen, Se	Wchodzi w skład selenocysteiny i peroksydazy glutationowej.
Brom, Br
Rubid, Rb
Stront, Sr
Wanad, V
Chrom, Cr
Mangan, Mn	Składnik arginazy, enzymu uczestniczącego w przemianach aminokwasów. Aktywator enzymów cyklu kwasu cytrynowego i fazy świetlnej fotosyntezy.
Kobalt, Co	Konieczny dla roślin motylkowych żyjących w symbiozie z bakteriami w procesie wiązania azotu atmosferycznego.	Zahamowanie procesu wiązania azotu przez rośliny motylkowe.
Nikiel, Ni
Miedź, Cu	Składnik enzymów fazy świetlnej fotosyntezy np. plastocyjaniny.	Bielenie i zasychanie młodych liści.
Cynk, Zn	Odpowiada za syntezę związków odpowiedzialnych za wzrost rośliny.	Chloroza oraz karlenie liści.
Molibden, Mo

Zobacz też

• pierwiastek organiczny

Bibliografia

1. Ewa Holak, Waldemar Lewiński, Małgorzata Łaszczyca, Grażyna Skirmuntt, Jolanta Walkiewicz, Biologia 2, Wydawnictwo pedagogiczne OPERON, str. 12–13
2. Barbara Żarnowska, Słownik Biologia, Wydawnictwo Park Sp. zo.o, Bielsko-Biała 2006

Zapoznaj się z zastrzeżeniami dotyczącymi pojęć medycznych i pokrewnych w Wikipedii.