Wersja z 2019-08-27
Pierwiastki chemiczne w żywych organizmach
MAKROELEMENTY
Pierwiastki biogenne (C, H, O, N, P, S)
C
- składnik konstytutywny wszystkich związków organicznych
- tworzy łańcuchy będące szkieletem związków organicznych
- w postaci węglanów uczestniczy w utrzymywaniu równowagi kwasowo-zasadowej: w buforowaniu płynów ustrojowych
- (u roślin) pobierany w formie CO2
H
- składnik konstytutywny wszystkich związków organicznych
- składnik wody, uniwersalnego rozpuszczalnika i środowiska procesów życiowych
- bierze udział w przemianach energetycznych (oderwanie wodoru jest równoznaczne z utlenieniem, przyłączenie wodoru to redukcja)
- uzupełnia wszystkie wolne wartościowości węgla, azotu, siarki
- uczestniczy w tworzeniu wiązań wodorowych i innych oddziaływań międzycząsteczkowych, stabilizujących strukturę cząsteczek (białek, kwasów nukleinowych)
O
- niezbędny do oddychania komórkowego
- składnik konstytutywny niemal wszystkich związków organicznych mających znaczenie dla żywych organizmów (wyjątkiem jest np. metan CH4)
- składnik wody, uniwersalnego rozpuszczalnika i środowiska procesów życiowych
- uczestniczy w tworzeniu wiązań wodorowych i innych oddziaływań międzycząsteczkowych, stabilizujących strukturę cząsteczek (białek, kwasów nukleinowych)
- składnik ważnych grup funkcyjnych: hydroksylowej –OH (w alkoholach, fenolach, sacharydach), aldehydowej –CHO (w aldozach), ketonowej –CO– (w ketozach), karboksylowej –COOH (w kwasach)
- tworzy mostki tlenowe łączące cząsteczki i ich części (wiązania glikozydowe, wiązania w estrach i eterach)
- (u roślin) w połączeniu z węglem jako CO2 jest substratem fotosyntezy
N
- składnik konstytutywny wszystkich białek
- składnik konstytutywny kwasów nukleinowych RNA i DNA
- składnik konstytutywny wielu witamin i koenzymów
- składnik konstytutywny zasad azotowych (purynowych: adeniny, guaniny, i pirymidynowych: cytozyny, uracylu, tyminy)
- składnik kwasu moczowego (puryny), produktu metabolizmu puryn, a u zwierząt urikotelicznych głównego produktu przemiany związków azotowych
- składnik mocznika czyli diamidu kwasu węglowego CO(NH2)2, u zwierząt ureotelicznych głównego produktu przemiany związków azotowych
- składnik amoniaku NH3, u zwierząt amoniotelicznych głównego produktu przemiany związków azotowych
- składnik chityny, budującego oskórek stawonogów i nicieni oraz ściany komórkowe grzybów
- składnik ważnych grup funkcyjnych: aminowej –NH2 (–NH–, >N–), występującej w aminach i aminokwasach, iminowej =NH (=N–), amidowej –CONH2
- tworzy wiązanie peptydowe –CO-NH– wiążące aminokwasy w peptydy (białka)
- tworzy wiązanie N-glikozydowe (np. w kwasach nukleinowych)
- będąc składnikiem grup aminowej lub iminowej nadaje związkom organicznym charakter zasadowy
- wolny azot N2 jest na ogół niedostępny dla żywych organizmów, jest wiązany przez niektóre bakterie (w tym cyjanobakterie)
- (u roślin) składnik chlorofilu i innych barwników fotosyntetycznych
- (u roślin) składnik fitohormonów
- (u roślin) składnik alkaloidów (kofeiny, nikotyny, chininy, morfiny, opium, kokainy)
- (u roślin) składnik związków amonowych i azotanów, koniecznych w mineralnym żywieniu roślin (NPK)
P
- składnik konstytutywny kwasów nukleinowych RNA i DNA
- występuje w nukleotydach będących podjednostkami kwasów nukleinowych
- występuje w nukleotydach występujących samodzielnie, jak ATP, cAMP czy GTP
- występuje w fosforanie dwunukleotydu nikotynoamidoadeninowego (NADP), który uczestniczy w anabolizmie, tj. w syntezach związków organicznych (m.in. tłuszczów)
- występuje w innych związkach: przenośnikach i akumulatorach energii, jak fosfokreatyna, fosfoarginina
- występuje w fosfolipidach, konstytutywnych składników błon biologicznych, w tym błony komórkowej, oddzielającej żywy organizm od środowiska
- występuje w kilku enzymach i innych fosfoproteinach (w białkach modyfikowanych potranslacyjnie)
- występuje (w postaci fosforanów) w wielu przemianach biochemicznych (aktywuje substraty)
- składnik fosforanu wapnia (apatytu), nieorganicznego składnika kości i zębów (szkliwa, zębiny i cementu)
- uczestniczy w utrzymywaniu równowagi kwasowo-zasadowej: w buforowaniu płynów ustrojowych (H2PO4− : HPO42−)
- uczestniczy w czynnościach nerwowych, w tym mózgu
- odgrywa rolę przy skurczach mięśni
- (u roślin) uczestniczy w fotosyntezie (NADP, ATP)
- (u roślin) zwiększa odporność na choroby
- (u roślin) gromadzony w nasionach w postaci fityny
- (u roślin) składnik fosforanów, koniecznych w mineralnym żywieniu roślin (NPK)
S
- występuje w dwóch aminokwasach strukturalnych białek: cysteinie (tiol = tioalkohol) i metioninie (tioeter)
- tworzy mostki dwusiarczkowe (między dwiema cząsteczkami cysteiny; takie dwie połączone cząsteczki to cystyna) będące elementem budowy trzeciorzędowej białek
- występuje w taurynie, ważnym aminokwasie uczestniczącym w produkcji żółci i funkcjonowaniu ośrodkowego układu nerwowego
- duża zawartość siarki w białkach nadaje im odporność mechaniczną (np. keratyna, białko naskórka i jego wytworów: rogów, paznokci, pazurów, kopyt)
- jest składnikiem niektórych koenzymów, w tym CoA
- wchodzi w skład niektórych wielocukrów
- wpływa na nawilżenie i natłuszczenie skóry
- (u roślin) uczestniczy w syntezie chlorofilu
Pozostałe makroelementy (wielka czwórka: Na, Mg, K, Ca oraz chlor Cl)
Na (jako Na+)
- wraz z potasem uczestniczy w wytwarzaniu potencjału czynnościowego neuronów (jest niezbędny przy przewodnictwie impulsów nerwowych)
- wraz z potasem powoduje wzrost przepuszczalności błony komórkowej, zwłaszcza komórek nerwowych i mięśniowych
- uczestniczy w czynnościach mięśni (w tym w przewodnictwie bodźców nerwowych na błonę włókien mięśniowych)
- zwiększa stopień uwodnienia płynu zewnątrzkomórkowego (antagonista magnezu i wapnia), w mniejszym stopniu cytozolu, ważny szczególnie u zwierząt
- u zwierząt jest podstawowym kationem płynów pozakomórkowych
- reguluje ciśnienie osmotyczne, przede wszystkim płynów pozakomórkowych
- reguluje zawartość wody w organizmie
- uczestniczy w utrzymywaniu równowagi kwasowo-zasadowej
- odpowiada za jelitowy transport aminokwasów i węglowodanów
- jest składnikiem soku żołądkowego
- (u roślin) jest niezbędny do fotosyntezy
- (u roślin) zwykle występuje niewiele sodu, stąd roślinożercy uzupełniają zapotrzebowanie na sód, spożywając NaCl
K (jako K+)
- wraz z sodem uczestniczy w wytwarzaniu potencjału czynnościowego neuronów (jest niezbędny przy przewodnictwie impulsów nerwowych)
- wraz z sodem powoduje wzrost przepuszczalności błony komórkowej, zwłaszcza komórek nerwowych i mięśniowych
- wpływa na przewodnictwo i wydajność skurczów włókien mięśniowych, w tym mięśnia sercowego
- zwiększa stopień uwodnienia płynu wewnątrzkomórkowego (cytozolu) (antagonista wapnia i magnezu)
- zwiększa wydalanie wody z organizmu
- reguluje ciśnienie osmotyczne, przede wszystkim płynów komórkowych
- wpływa na jędrność skóry
- wraz z magnezem reguluje rytm pracy serca
- jego wysokie stężenie występuje w jądrze komórkowym, w komórkach mięśnia sercowego
- uczestniczy w utrzymywaniu równowagi kwasowo-zasadowej
- (szczególnie u roślin) jest aktywatorem wielu enzymów (stąd duża zawartość związków potasu w popiele roślinnym)
- (u roślin) bierze udział w syntezie białek
- (u roślin) bierze udział w transporcie asymilatów
- (u roślin) bierze udział w działaniu szparek
- (u roślin) zwiększa przepuszczalność błon uczestniczących w fotofosforylacji
- (u roślin) bierze udział w osmoregulacji i transporcie wody z korzeni do liści
- (u roślin) bierze udział w tworzeniu nasion, kiełkowaniu i wzroście, duże stężenie potasu występuje w tkance twórczej
- (u roślin) zwiększa odporność na stres
- (u roślin) składnik konieczny w mineralnym żywieniu roślin (NPK)
Mg (jako Mg2+)
- składnik kości (w postaci węglanów i fosforanów)
- aktywator licznych enzymów, w tym związanych z oddychaniem komórkowym
- stabilizator rybosomów, uczestniczy w translacji, tworząc z dużą podjednostką rybosomu kompleks inicjujący
- reguluje pobudliwość (osłabia napięcie) neuronów i mięśni
- zwiększa koncentrację umysłową
- wraz z potasem reguluje rytm pracy serca
- uczestniczy w przemianach energetycznych z udziałem ATP, w tym w trawieniu cukrów i tłuszczów
- odpowiada za biosyntezę i utrzymanie struktury kwasów nukleinowych
- uczestniczy w powstawaniu mocznika
- uczestniczy w transporcie fosforanów
- ułatwia przyswajanie witaminy C i wapnia
- uczestniczy w termoregulacji
- wraz z wapniem zmniejsza stopień uwodnienia cytozolu (zagęszcza cytoplazmę, zwiększa jej lepkość) i płynu zewnątrzkomórkowego (antagonista sodu i potasu)
- (u roślin) konstytutywny składnik chlorofilu (jego brak powoduje chlorozę)
- (u roślin) kofaktor licznych enzymów związanych z fotosyntezą i oddychaniem komórkowym
- uwaga! u roślin magnez jest makroelementem (z uwagi na jego zawartość w chlorofilu, w suchej masie roślin jest go więcej niż siarki)
Ca (jako Ca2+)
- składnik kości i zębów
- składnik szkieletu wielu zwierząt (kręgowców, mięczaków, ramienionogów, koralowców, niektórych gąbek), nie tylko w kościach, ale i w chrząstkach zwapniałych, w muszlach, pancerzach skorupiaków itd.
- uczestniczy w funkcjonowaniu komórek nerwowych (w odpowiedzi na bodźce – dotyczy to także innych komórek)
- konieczny w procesie skurczu mięśni, w tym mięśnia sercowego, utrzymuje odpowiednią pracę serca, zabezpiecza przed wystąpieniem nadpobudliwości mięśni i tężyczki
- przyczynia się do utrzymania odpowiednio wysokiego ciśnienia krwi
- konieczny w procesie krzepnięcia krwi (IV czynnik)
- jest czynnikiem przeciwzapalnym i przeciwalergicznym
- uczestniczy w biosyntezie hormonów
- wiąże się z kolagenem
- stabilizator struktury błony komórkowej, zmniejsza jej przepuszczalność
- jest aktywatorem niektórych enzymów
- jest wewnątrzkomórkowym przekaźnikiem informacji
- wraz z magnezem zmniejsza stopień uwodnienia cytozolu (zagęszcza cytoplazmę) i płynu zewnątrzkomórkowego (antagonista sodu i potasu)
- (u roślin) niezbędny do formowania ścian komórkowych (CaCO3 jest składnikiem pektyn w blaszce środkowej) i utrzymywania ich stabilności
Cl (jako Cl−)
- aktywator enzymów: amylazy, pepsynogenu, karboksypeptydazy
- uczestniczy w przewodnictwie nerwowym i innym (obok kationów sodu i potasu)
- uczestniczy w osmoregulacji
- uczestniczy w utrzymywaniu równowagi kwasowo-zasadowej
- uczestniczy w transporcie CO2 we krwi
- ułatwia uwalnianie tlenu z erytrocytów
- niezbędny w produkcji soku żołądkowego (zawierającego kwas solny HCl)
- (u roślin) niezbędny w reakcji uwalniania tlenu w czasie fotolizy wody (w fazie jasnej fotosyntezy)
- (u roślin) pomaga w transporcie asymilatów
MIKROELEMENTY
Fe (jako Fe2+, rzadziej Fe3+)
- składnik konstytutywny białek transportujących i magazynujących tlen:
- w postaci hemu: hemoglobiny i mioglobiny (stąd brak żelaza powoduje anemię)
- w postaci hemu: chlorokruoryny (zielonkawoczerwony barwnik transportujący tlen u niektórych wieloszczetów, żelazo związane w hemie)
- niezwiązane w hemie: hemoerytryny (czerwony barwnik krwi u niektórych wieloszczetów, sikwiaków, niezmogowców, ramienionogów)
- składnik lub aktywator niektórych enzymów, np. katalazy, peroksydazy, enzymów uczestniczących w syntezie ATP
- składnik przenośników elektronów w oddychaniu wewnątrzkomórkowym i fotosyntezie, np. cytochromów
- (u bakterii) składnik enzymów uczestniczących w wiązaniu azotu atmosferycznego
- (u roślin) składnik lub aktywator enzymów niezbędnych do wytwarzania chlorofilu (stąd brak żelaza powoduje chlorozę)
- uwaga! w niektórych ujęciach żelazo u zwierząt uznawane bywa za makroelement
F (jako F−)
- składnik kości i szkliwa zębów, niezbędny dla utrzymania jego struktury i zabezpieczenia zębów przed próchnicą (jako CaF2)
- inaktywator fosfataz
Zn (jako Zn2+)
- aktywator pewnych enzymów trawiennych
- aktywator anhydrazy węglanowej
- aktywator niektórych innych enzymów, w tym uczestniczących w przemianach metabolicznych
- bierze udział w różnych etapach biosyntezy białka
- bierze udział w mineralizacji kości
- stymuluje wzrost i naprawę tkanek
- bierze udział w gojeniu się ran
- wpływa na pracę układu odpornościowego
- uczestniczy w percepcji smaku, węchu i słuchu
- składnik insuliny
- reguluje magazynowanie i wydzielanie insuliny przez trzustkę
- reguluje stężenie witaminy A i cholesterolu, nie dopuszczając do kurzej ślepoty i miażdżycy tętnic
- zwiększa produkcję plemników
- (u roślin) uczestniczy w syntezie chlorofilu
- (u roślin) uczestniczy w syntezie auksyn
Si
- składnik ścian komórkowych niektórych organizmów, w tym okrzemek i skrzypów
- składnik szkieletu gąbek szklanych
- składnik tkanki łącznej, występuje m.in. w ścianach naczyń krwionośnych, w osoczu, w układzie kostno-stawowym, w skórze i w sierści
- usuwa podrażnienia i stany zapalne skóry
- zapobiega wiotczeniu skóry
- ogranicza wypadanie włosów
- przyśpiesza wzrost włosów i paznokci
- uszczelnia naczynia krwionośne
- zwiększa wytrzymałość tkanki kostnej
- wzmacnia siły obronne organizmu przeciwko zakażeniom
- usuwa z komórek substancje toksyczne
- zapobiega przedwczesnemu starzeniu się
- (u roślin) zwiększa odporność na drobnoustroje
- (u roślin) korzystnie wpływa na wzrost traw
I (jako I−)
- składnik hormonów tarczycy: tyroksyny (T4) i trójjodotyroniny (T3), regulujących tempo przemiany materii i pracy serca oraz pobudliwość nerwową i termoregulację (u płazów przeobrażenie)
- decyduje o poprawnym rozwoju umysłowym (niedobór jodu powoduje kretynizm)
- stymuluje funkcje rozrodcze i utrzymanie ciąży
- (u roślin) zwiększa aktywność pewnych enzymów, w tym inwertaz i peroksydaz
Cu (jako Cu2+, rzadziej Cu+)
- składnik konstytutywny hemocyjaniny, niebieskiego barwnika transportującego tlen u niektórych mięczaków i skorupiaków
- poprawia wchłanianie żelaza (i przez to przyczynia się do wzrostu liczby erytrocytów)
- kofaktor enzymów uczestniczących w metabolizmie żelaza, w tym tworzenia się hemu (potrzebnych m.in. do tworzenia erytrocytów)
- składnik ceruloplazminy, białka osocza utleniającego Fe2+ do Fe3+
- kofaktor enzymów niezbędnych w syntezie adrenaliny, melaniny, kolagenu, elastyny i keratyny
- reguluje procesy redoks
- kofaktor dysmutazy ponadtlenkowej, usuwającej z organizmu anionorodnik ponadtlenkowy O2−.
- wchodzi w skład enzymów oddechowych: oksydazy cytochromowej i oksydazy askorbinowej, uczestniczy w transporcie elektronów w procesach oddychania komórkowego
- wpływa na błonę komórkową, chroniąc ją przed wolnymi rodnikami i biorąc udział w przesyłaniu impulsów (nerwowych)
- bierze udział w tworzeniu tkanki łącznej
- bierze udział w syntezie prostaglandyn, które wpływają na czynności serca i ciśnienie tętnicze krwi
- (u bakterii) potrzebny w reakcji denitryfikacji
- (u roślin) kofaktor enzymów uczestniczących w syntezie ligniny
- (u roślin) składnik enzymów fotosyntetycznych
- (u roślin) kofaktor enzymów uczestniczących w biosyntezie chlorofilu
- (u roślin) ma wpływ na metabolizm lipidów
Mn (jako Mn2+)
- uczestniczy w biosyntezie aminokwasów i cyklu mocznikowym
- uczestniczy w biosyntezie mukopolisacharydów i hormonów tarczycy
- aktywator i składnik grup prostetycznych niektórych enzymów, np. dehydrogenazy izocytrynianowej i karboksylazy pirogronianowej
- jest konieczny do rozwoju tkanki kostnej i funkcjonowania ośrodkowego układu nerwowego
- zwiększa przyswajanie miedzi
- jest potrzebny do rozmnażania i laktacji
- (u roślin) jest niezbędny w fotolizie wody
- (u roślin) składnik enzymów uczestniczących w metabolizmie azotowym
Cr
- uczestniczy w metabolizmie glukozy i metabolizmie energetycznym
- ułatwia przenikanie glukozy z krwi do komórek
- zmniejsza zapotrzebowanie na insulinę i wzmaga jej działanie
- współdziała z insuliną w syntezie białek
- obniża stężenie całkowitego cholesterolu i jego frakcji LDL, zwiększa stężenie HDL
Se (jako Se2−)
- kofaktor enzymów
- przeciwutleniacz działający razem z witaminą E
- wchodzi w skład peroksydazy glutationowej, przeciwutleniacza chroniącego hemoglobinę przed działaniem nadtlenku wodoru
- ma działanie antytoksyczne, pomaga usuwać z organizmu metale ciężkie, jak kadm czy rtęć
- chroni mięśnie szkieletowe przed zmianami zwyrodnieniowymi
- stymuluje cykl pracy serca
- stymuluje poprawną pracę wątroby i trzustki
- zabezpiecza krwinki przed hemolizą
- zabezpiecza przed łupieżem
- stymuluje płodność
- łagodzi objawy menopauzy, w tym uderzenia gorąca
B (jako H2BO3−)
- gromadzi się w kościach i układzie nerwowym, współdziała z wapniem
- (u roślin) kofaktor w syntezie chlorofilu
- (u roślin) może uczestniczyć w transporcie węglowodanów
- (u roślin) może uczestniczyć w syntezie kwasów nukleinowych
- (u roślin) uczestniczy w funkcjonowaniu ściany komórkowej
- (u roślin) uczestniczy w biosyntezie ligniny
- (u roślin) niezbędny do kwitnienia i owocowania
Co (jako Co2+)
- składnik cyjanokobalaminy czyli witaminy B12 (nieobecnej u roślin), niezbędnej np. w wytwarzaniu erytrocytów i procesach krzepnięcia krwi
- aktywator niektórych enzymów
- (u roślin) składnik ureazy, uczestniczącej w reakcjach u roślin żyjących w symbiozie z bakteriami brodawkowymi
Mo (jako MoO42−)
- kofaktor oksydazy aldehydowej i dehydrogenazy ksantynowej, uczestniczących m.in. w metabolizmie puryn i innych procesach przemian związków azotowych
- bierze udział w detoksykacji ksenobiotyków
- bierze udział w biosyntezie kwasu askorbinowego (witaminy C)
- (u roślin) kofaktor enzymów przekształcających azotany do związków amonowych i innych przemian azotu (denitryfikacja, biosynteza białek)
- (u roślin) niezbędny w symbiozie z bakteriami korzeniowymi
Ni (jako Ni2+)
- składnik ureazy, enzymu rozkładającego mocznik na amoniak i dwutlenek węgla
- (u roślin) kofaktor enzymów uczestniczących w metabolizmie azotu
As
- uczestniczy w metabolizmie metioniny i argininy oraz związków metylowych
V
- aktywator enzymów uczestniczących w biosyntezie ATP
- wpływa na działanie pompy sodowo-potasowej
- uczestniczy w metabolizmie glukozy
- pobudza produkcję glutationu
- uczestniczy w mineralizacji kości
- obniża poziom cholesterolu
- u żachw gromadzi się w wysokich stężeniach w wanadocytach (jego rola jest nieznana)
Sn
- wpływa na działanie ryboflawiny (witaminy B2)
Sr
- potrzebny do mineralizacji kości
Ag, Au, Ra
Rola Ag, Au, Ra jest nieznana; zakładamy, że są składnikami pewnych białek
Inne artykuły z dziedziny biologii • Strona główna witryny