Classification des bioéléments (primaire et secondaire)

Le bioéléments ou des éléments biogènes (bio = vie, génétique = début) sont les éléments chimiques qui constituent la matière des êtres vivants.

Il y a environ 70 de ces éléments, qui varient dans des proportions différentes et tous ne sont pas présents chez tous les êtres vivants (Bioelements, 2009).

Toute la matière de l'Univers se présente sous la forme d'atomes d'un petit nombre d'éléments. Il y a 92 éléments chimiques naturels dans l'univers.

Il est difficile de concevoir des formes de vie dans lesquelles les éléments hydrogène, carbone, oxygène, azote, soufre et phosphore ne jouent pas un rôle prédominant (ELEMENTS CHIMIQUES BIOGENIQUES., S.F.).

Le fait qu'ils jouent réellement ce rôle dans tout l'univers semble très probable, en partie parce que (hormis le phosphore), ils sont les éléments les plus abondants dans le cosmos tout entier et qu'ils sont produits en quantité importante parmi les blocs de construction des planètes terrestres. .

De plus, sa chimie est particulièrement bien adaptée au développement de structures et de fonctions complexes caractéristiques des systèmes vivants.

Comme le Soleil et les planètes se sont formées il y a seulement 4,6 milliards d'années dans un univers vieux de 15 milliards d'années, il est évident que ces "éléments biogènes" ont connu une histoire chimique longue et complexe avant de rejoindre le monde. biochimie terrestre.

À l'heure actuelle, on ne sait pas si cette histoire précédente a joué un rôle direct dans l'origine de la vie sur Terre.

Ce qui est clair, c'est que l'astrochimie est en grande partie la chimie des éléments biogènes et que la compréhension de la nature et de l'évolution de la complexité chimique dans l'univers est cruciale pour comprendre à la fois l'état chimique précoce de notre système solaire et la fréquence avec laquelle des conditions connexes existent dans d'autres parties de notre galaxie et d'autres galaxies (National Research Council (US), Comité sur la biologie planétaire et l'évolution chimique, 1990).

Classification des bioéléments

Selon leur quantité dans la constitution des biomolécules, les bioéléments sont classés en éléments primaires, secondaires et en traces (Rastogi, 2003).

1- Bioéléments primaires

Les bioéléments primaires sont ceux qui se trouvent en plus grande quantité (environ 96% de la matière vivante) et qui constituent la plupart des biomolécules organiques (glucides, lipides, protéines et acides nucléiques).

Ces éléments se caractérisent par leur légèreté (faible poids atomique) et leur abondance. Les principaux bioéléments sont le carbone, l’hydrogène, l’oxygène, l’azote, le phosphore et le soufre.

Carbone (c)

C'est le principal bioélément qui constitue les biomolécules. Il a la capacité de s'assembler pour former de grandes chaînes carbone-carbone au moyen de liaisons simples, doubles ou triples, ainsi que de structures cycliques.

Il peut incorporer une variété de groupes fonctionnels tels que l'oxygène, l'hydroxyde, le phosphate, l'amino, le nitro, etc. résultant en une grande variété de molécules différentes.

L'atome de carbone est probablement l'un des bioéléments les plus importants puisque toutes les biomolécules contiennent du carbone. On peut trouver, par exemple, des lipides sans phosphore ni azote (par exemple le cholestérol) mais il n'y a pas de biomolécules sans carbone.

Hydrogène (H)

C'est l'un des composants de la molécule d'eau, indispensable à la vie, et fait partie des squelettes carbonés des molécules organiques.

Plus une biomolécule possède de molécules d'hydrogène, plus elle sera réduite et plus la capacité d'oxydation produira plus d'énergie.

Par exemple, les acides gras ont plus d'électrons que de glucides, ils ont donc la capacité de produire plus d'énergie lorsqu'ils sont dégradés.

Oxygène (o)

C'est l'autre élément qui constitue la molécule d'eau. C'est un élément très électronégatif qui permet une plus grande production d'énergie grâce à la respiration aérobie.

En outre, les liaisons polaires avec l'hydrogène, entraînant des radicaux polaires solubles dans l'eau.

Azote (n)

Élément présent dans tous les acides aminés. Grâce à l'azote, les acides aminés ont la capacité de former une liaison peptidique pour produire des protéines.

Ce bioélément se retrouve également dans les bases azotées des acides nucléiques. Il est éliminé par l'organisme sous forme d'urée.

L'une des premières biomolécules à être formées était l'ATP, en raison de l'abondance de l'azote dans l'atmosphère terrestre. L'azote fait partie de l'adénosine de l'ATP.

Phosphore (P)

Le groupe se trouve principalement sous forme de phosphate (PO₄^3-) qui fait partie des nucléotides. Formez des liens riches en énergie qui permettent un partage facile (ATP).

Elle joue également un rôle important dans la structure de l’ADN, car elle forme une liaison fofodiester avec les nucléotides pour former cette molécule.

Soufre (S)

Bioélément qui se trouve principalement sous la forme d'un groupe sulfhydryle (-SH) qui fait partie des acides aminés tels que la cystéine, dans lequel les liaisons disulfure sont essentielles pour créer la stabilité dans la structure tertiaire et quaternaire des protéines.

On le trouve également dans la coenzyme A, essentielle pour diverses voies métaboliques universelles, telles que le cycle de Krebs (Llull, S.F.). C'est le bioélément primaire le plus lourd qui existe puisque son poids atomique est de 36 g / mol.

2- Bioéléments secondaires

Ces types d'éléments sont également présents chez tous les êtres vivants, mais pas dans les mêmes quantités que les éléments primaires.

Ils ne correspondent pas aux biomolécules mais sont utilisés dans les gradients de concentration cellulaire, la signalisation diélectrique des neurones et des neurotransmetteurs, stabilisent les biomolécules chargées telles que l'ATP et font partie du tissu osseux.

Ces bioéléments sont le calcium (Ca), le sodium (Na), le potassium (K), le magnésium (Mg) et le chlore (Cl). Les plus abondants sont le sodium, le potassium, le magnésium et le calcium.

Calcium (Ca)

Le calcium est essentiel pour les êtres vivants, car les plantes ont besoin de calcium pour construire des parois cellulaires.

Elle fait partie du tissu osseux des vertébrés sous forme d'hydroxyapatite (Ca3 (PO4) 2) 2, Ca (OH) 2 et sa fixation est liée à la consommation de vitamine D et à la lumière solaire. Le calcium présent sous forme ionique sert de régulateur important des processus dans le cytoplasme cellulaire.

Le calcium affecte l'excitabilité neuromusculaire du muscle (ainsi que les ions K, Na et Mg et participe à la contraction musculaire). L'hypocalcémie conduit à la colique-tétanie. Il participe également à la régulation de la synthèse du glycogène dans les reins, le foie et les muscles squelettiques.

Le calcium diminue la perméabilité de la membrane cellulaire et de la paroi capillaire, entraînant des effets anti-inflammatoires, anti-exsudatifs et anti-allergiques. Il est également nécessaire que le sang coagule.

Les ions calcium sont des messagers intracellulaires importants qui influencent la sécrétion d'insuline dans la circulation et la sécrétion d'enzymes de digestion dans l'intestin grêle.

La réabsorption du calcium est affectée par la relation mutuelle entre le calcium et les phosphates dans le contenu intestinal et par la présence de cholécalciférol, qui régule la réabsorption active du calcium et du phosphore.

L'échange de calcium et de phosphates est régulé de manière hormonale avec l'hormone paratoïde et la calcitonine. L'hormone parathyroïdienne libère le calcium des os du sang.

La calcitonine favorise le dépôt de calcium dans les os, ce qui réduit sa concentration sanguine.

Magnésium (Mg)

Le magnésium est un bioélément secondaire qui fait partie des biomolécules, car il est un cofacteur de la chlorophylle. Le magnésium est un cation intracellulaire typique et constitue une partie essentielle des tissus et des fluides corporels.

Il est présent dans le squelette (70%) et dans les muscles des animaux et a notamment pour fonction de stabiliser la charge négative des phosphates de la molécule d'ATP.

Sodium (Na)

C'est un cation extracellulaire important, il participe à l'homéostasie de l'organisme. Il protège le corps contre les pertes excessives d'eau par les canaux sodiques et participe à la propagation de l'excitation nerveuse.

Potassium (K)

Elle participe à l'homéostasie de l'organisme et à la propagation de l'excitation nerveuse par les canaux potassiques. Une carence en potassium peut entraîner un arrêt cardiaque.

Chlore (Cl)

Un halogène du groupe VII du tableau périodique. Il est présent dans l'organisme des êtres vivants principalement sous forme d'ion chlorure qui stabilise la charge positive des ions métalliques (éléments biogènes, S.F.).

3- Eléments en traces

Ils sont présents chez certains êtres vivants. Beaucoup de ces oligo-éléments agissent comme cofacteurs dans les enzymes.

Les oligo-éléments sont le bore (B), le brome (Br), le cuivre (Cu), le fluor (F), le manganèse (Mn), le silicium (Si), le fer (Fe), l'iode (I), etc.

Proportion de bioéléments

Il existe une différence dans la proportion des bioéléments dans les organismes et dans l'atmosphère, dans l'hydrosphère ou dans la croûte terrestre, ce qui indique une sélection d'éléments plus appropriés pour former des structures et remplir des fonctions spécifiques au-dessus de l'abondance.

Par exemple, le carbone représente environ 20% du poids des organismes, mais sa concentration dans l'atmosphère sous forme de dioxyde de carbone est faible. D'autre part, l'azote représente près de 80% de l'atmosphère terrestre, mais seulement 3,3% de l'azote constitue le corps humain.

Le tableau suivant montre la proportion de certains bioéléments dans les organismes vivants par rapport au reste de la Terre (Bioelements, s.f.):

Tableau 1: abondance des bioéléments dans l’univers, dans la terre et dans le corps humain.

Biomolécules

Les bioéléments se combinent entre eux et peuvent former des milliers de molécules différentes. Les biomolécules sont impliquées dans la constitution des cellules.

Ceux-ci peuvent être classés comme inorganiques (eau et minéraux) et organiques (glucides, lipides, acides aminés et acides nucléiques).

Les biomolécules sont connues comme les pierres de taille structurelles de la vie car ce sont les briques ou les moules de base dans lesquels sont composées des molécules plus complexes.

Par exemple, les acides aminés sont les pierres de taille structurelles des protéines. La séquence d'acides aminés détermine la structure primaire d'une protéine.

Les molécules telles que les lipides forment la membrane cellulaire et les lobiomoles de glucides simples forment des glucides complexes, comme c'est le cas de la molécule de glycogène.

Il y a aussi le cas des bases azotées qui, lorsqu'elles se lient au glucose ribose ou au désoxyribose, forment les molécules d'ARN et d'ADN où leur séquence sera un baiser du code génétique.

Références

1. Bioéléments. (2009, 14 décembre). De wikiteka: wikiteka.co.uk.
2. Bioéléments. (s.f.) Tiré de cronodon: cronodon.com.
3. Éléments biogènes. (S.F.). Tiré de chemlaba: chemlaba.wordpress.com.
4. ÉLÉMENTS BIOGÉNIQUES DE CHIMIE. (S.F.). Tiré de intranet.tdmu.edu.ua: intranet.tdmu.edu.ua.
5. Llull, R. (S.F.). Les composants de la matière vivante. Tiré de bioluliaes: bioluliaes.wordpress.com.
6. Comité sur la biologie planétaire et l'évolution chimique du Conseil national de recherches (États-Unis). (1990). L'histoire cosmique des éléments et composés biogéniques. Dans La recherche des origines de la vie: progrès et orientations futures en biologie planétaire et en évolution chimique. Washington DC: National Academies Press (États-Unis).
7. Rastogi, V. B. (2003) Biologie Moderne. New Dehli: publication de pitanbar.