BIOELEMEN: KLASIFIKASI (PRIMER DAN SEKUNDER) - BIOLOGI - 2024

" Bioelement " adalah istilah yang digunakan untuk merujuk pada unsur kimia utama yang menyusun makhluk hidup. Dalam beberapa klasifikasi, ini dibagi menjadi elemen primer dan elemen sekunder.

Dari 87 unsur kimia yang diketahui, hanya 34 yang menyusun bahan organik, dan 17 dari 34 unsur ini diketahui benar-benar sangat diperlukan bagi kehidupan. Selain itu, dari 17 elemen esensial ini, lima merupakan lebih dari 90% materi yang menyusun organisme hidup.

Tabel periodik unsur, bioelemen primer dan sekunder juga ditunjukkan (Sumber: Alejandro Porto via Wikimedia Commons)

Enam unsur utama dalam bahan organik adalah hidrogen (H, 59%), oksigen (O, 24%), karbon (C, 11%), nitrogen (N, 4%), fosfor (P, 1%) dan belerang (S, 0,1 hingga 1%).

Persentase ini mencerminkan jumlah atom dari setiap elemen sehubungan dengan jumlah total atom yang menyusun sel hidup dan inilah yang dikenal sebagai "bioelemen primer".

Unsur-unsur biologis sekunder ditemukan dalam proporsi yang jauh lebih kecil dan kalium (K), magnesium (Mg), besi (Fe), kalsium (Ca), molibdenum (Mo), fluor (F), Klor ( Cl), natrium (Na), yodium (I), tembaga (Cu) dan Seng (Zn).

Unsur-unsur sekunder biasanya merupakan kofaktor dalam reaksi katalitik dan berpartisipasi dalam banyak proses biokimia dan fisiologis yang melekat dalam sel organisme.

Bioelemen primer

Atom karbon, hidrogen, dan oksigen adalah basis struktural molekul penyusun bahan organik, sedangkan nitrogen, fosfor, dan sulfur berinteraksi dengan berbagai biomolekul untuk memicu reaksi kimia.

Hidrogen

Hidrogen adalah unsur kimia yang berbentuk gas pada suhu kamar (25 º C), hanya dapat berada dalam keadaan padat atau cair pada suhu kamar bila dikaitkan dengan molekul lain.

Atom hidrogen dianggap sebagai salah satu atom pertama yang membentuk alam semesta awal. Teori-teori yang ditangani mengusulkan bahwa proton yang terkandung dalam inti atom hidrogen mulai berasosiasi dengan elektron unsur lain untuk membentuk molekul yang lebih kompleks.

Hidrogen dapat bergabung secara kimiawi dengan hampir semua elemen lain untuk membentuk molekul, di antaranya adalah air, karbohidrat, hidrokarbon, dll.

Unsur ini bertanggung jawab untuk pembentukan ikatan yang dikenal sebagai "ikatan hidrogen", salah satu interaksi lemah terpenting untuk biomolekul dan gaya utama yang bertanggung jawab untuk menjaga struktur tiga dimensi protein dan asam nukleat.

Karbon

Karbon membentuk inti dari banyak biomolekul. Atomnya dapat bergabung secara kovalen dengan empat atom lain dari unsur kimia yang berbeda dan juga dengan dirinya sendiri untuk membentuk struktur molekul yang sangat kompleks.

Karbon, bersama dengan hidrogen, adalah salah satu unsur kimia yang dapat membentuk senyawa kimia dalam jumlah terbesar. Sedemikian rupa sehingga semua zat dan senyawa yang tergolong "organik" mengandung atom karbon dalam struktur utamanya.

Struktur umum asam amino (Sumber: Pengguna: Ppfk via Wikimedia Commons)

Di antara molekul karbon utama makhluk hidup adalah karbohidrat (gula atau sakarida), protein dan asam aminonya, asam nukleat (DNA dan RNA), lipid dan asam lemak, antara lain.

Oksigen

Oksigen adalah salah satu unsur gas dan paling melimpah di seluruh kerak bumi. Ia hadir dalam banyak komponen organik dan anorganik dan membentuk senyawa dengan hampir semua unsur kimia.

Ini bertanggung jawab untuk oksidasi senyawa kimia dan pembakaran, yang juga merupakan bentuk oksidasi yang berbeda. Oksigen adalah elemen yang sangat elektronegatif, itu adalah bagian dari molekul air dan berpartisipasi dalam proses respirasi sebagian besar makhluk hidup.

Spesies oksigen reaktif bertanggung jawab atas stres oksidatif di dalam sel. Sangat umum untuk mengamati kerusakan yang disebabkan oleh senyawa oksidatif pada makromolekul di dalam sel, karena mereka tidak seimbang dengan interior sel yang mereduksi.

Nitrogen

Nitrogen juga sebagian besar berbentuk gas, membentuk sekitar 78% atmosfer bumi. Ini adalah elemen penting dalam nutrisi tumbuhan dan hewan.

Pada hewan, nitrogen adalah bagian fundamental dari asam amino yang, pada gilirannya, merupakan bahan penyusun protein. Protein menyusun jaringan dan banyak di antaranya memiliki aktivitas enzimatik yang diperlukan untuk mempercepat banyak reaksi penting bagi sel.

Nitrogen merupakan bagian fundamental dari basa nitrogen yang menyusun asam nukleat seperti DNA dan RNA (Sumber: File: Difference DNA RNA-DE.svg: Sponk / * terjemahan: Sponk via Wikimedia Commons)

Nitrogen hadir dalam basa nitrogen DNA dan RNA, molekul penting untuk transfer informasi genetik dari orang tua ke keturunannya dan untuk berfungsinya organisme hidup sebagai sistem seluler.

Pertandingan

Bentuk paling melimpah dari unsur ini di alam adalah sebagai fosfat padat di tanah subur, sungai dan danau. Ini adalah elemen penting untuk fungsi hewan dan tumbuhan, tetapi juga untuk bakteri, jamur, protozoa dan semua makhluk hidup.

Pada hewan, fosfor ditemukan berlimpah di semua tulang dalam bentuk kalsium fosfat.

Fosfor sangat penting bagi kehidupan, karena ia juga merupakan elemen yang merupakan bagian dari DNA, RNA, ATP dan fosfolipid (komponen dasar membran sel).

Bioelemen ini selalu terlibat dalam reaksi transfer energi, karena ia membentuk senyawa dengan ikatan yang sangat energik, yang hidrolisisnya digunakan untuk menggerakkan sistem seluler yang berbeda.

Sulfur

Sulfur umumnya ditemukan dalam bentuk sulfida dan sulfat. Ini terutama melimpah di daerah vulkanik dan hadir dalam residu asam amino sistein dan metionin.

Dalam protein, atom belerang sistein membentuk interaksi intra- atau antarmolekul yang sangat kuat yang dikenal sebagai "jembatan disulfida", yang penting untuk pembentukan struktur protein seluler sekunder, tersier dan kuaterner.

Koenzim A, zat antara metabolik dengan berbagai macam fungsi, memiliki atom sulfur dalam strukturnya.

Unsur ini juga fundamental dalam struktur banyak kofaktor enzimatik yang berpartisipasi dalam jalur metabolisme penting yang berbeda.

Bioelemen sekunder

Seperti disebutkan di atas, bioelemen sekunder adalah yang ditemukan dalam proporsi lebih rendah dari yang primer dan yang paling penting adalah kalium, magnesium, besi, kalsium, natrium dan seng.

Bioelemen sekunder atau elemen jejak terlibat dalam banyak proses fisiologis tumbuhan, dalam fotosintesis, dalam respirasi, dalam keseimbangan ionik seluler dari vakuola dan kloroplas, dalam pengangkutan karbohidrat ke floem, dll.

Hal ini juga berlaku untuk hewan dan organisme lain, di mana unsur-unsur ini, lebih atau kurang dapat dibuang dan kurang berlimpah, merupakan bagian dari banyak kofaktor yang diperlukan untuk berfungsinya seluruh mesin seluler.

Besi

Besi adalah salah satu dari bioelemen sekunder terpenting karena memiliki fungsi dalam berbagai fenomena energi. Ini sangat penting dalam reaksi reduksi oksida alami.

Pada mamalia, misalnya, zat besi adalah bagian penting dari hemoglobin, protein yang bertanggung jawab untuk pengangkutan oksigen dalam darah di dalam eritrosit atau sel darah merah.

Dalam sel tumbuhan, unsur ini juga merupakan bagian dari beberapa pigmen seperti klorofil, penting untuk proses fotosintesis. Ini adalah bagian dari molekul sitokrom, juga penting untuk respirasi.

Seng

Para ilmuwan berpendapat bahwa seng adalah salah satu elemen kunci dalam kemunculan organisme eukariotik jutaan tahun yang lalu, karena banyak protein pengikat DNA untuk replikasi yang membentuk "eukariota primitif" menggunakan seng sebagai motif. dari Union.

Contoh dari jenis protein ini adalah jari-jari seng, yang terlibat dalam transkripsi gen, penerjemahan protein, metabolisme dan perakitan protein, dll.

Kalsium

Kalsium adalah salah satu mineral paling melimpah di planet bumi; pada kebanyakan hewan ia membentuk gigi dan tulang dalam bentuk kalsium hidroksifosfat. Elemen ini penting untuk kontraksi otot, transmisi impuls saraf, dan pembekuan darah.

Magnesium

Proporsi magnesium tertinggi di alam terdapat dalam bentuk padat yang dikombinasikan dengan unsur lain, tidak hanya ditemukan dalam keadaan bebas. Magnesium adalah kofaktor untuk lebih dari 300 sistem enzim yang berbeda pada mamalia.

Reaksi di mana ia berpartisipasi berkisar dari sintesis protein, mobilitas otot, dan fungsi saraf, hingga pengaturan kadar glukosa darah dan tekanan darah. Magnesium diperlukan untuk produksi energi dalam organisme hidup, untuk fosforilasi oksidatif dan glikolisis.

Ini juga berkontribusi pada perkembangan tulang dan diperlukan untuk sintesis DNA, RNA, glutathione, antara lain.

Natrium dan kalium

Mereka adalah dua ion yang sangat melimpah di bagian dalam sel dan variasi dalam konsentrasi internal dan eksternal, serta transpornya, merupakan faktor penentu bagi banyak proses fisiologis.

Kalium adalah kation intraseluler yang paling melimpah, ia mempertahankan volume cairan di dalam sel dan gradien elektrokimia transmembran.

Baik natrium dan kalium secara aktif terlibat dalam transmisi impuls saraf, karena diangkut oleh pompa natrium-kalium. Sodium juga berpartisipasi dalam kontraksi otot dan penyerapan nutrisi melalui membran sel.

Unsur-unsur biologis sekunder lainnya: molibdenum (Mo), fluor (F), Klor (Cl), yodium (I) dan tembaga (Cu) memainkan peran penting dalam banyak reaksi fisiologis. Namun, mereka dibutuhkan dalam proporsi yang jauh lebih kecil daripada enam elemen yang dijelaskan di atas.

Referensi

1. Egami, F. (1974). Elemen kecil dan evolusi. Jurnal evolusi molekuler, 4 (2), 113-120.
2. Hackh, IW (1919). Bioelemen; Unsur Kimiawi dari Makhluk Hidup. Jurnal fisiologi umum, 1 (4), 429
3. Kaim, W., & Rall, J. (1996). Tembaga-sebuah bioelement "modern". Angewandte Chemie International Edition dalam bahasa Inggris, 35 (1), 43-60.
4. Institut Kesehatan Nasional. (2016). Magnesium: lembar fakta untuk para profesional kesehatan. Versi saat ini, 27.
5. Peñuelas, J., Fernández-Martínez, M., Ciais, P., Jou, D., Piao, S., Obersteiner, M.,… & Sardans, J. (2019). Bioelemen, elementom, dan ceruk biogeokimia. Ekologi, 100 (5), e02652
6. Skalny, AV (2014). Bioelemen dan Bioelementologi dalam Farmakologi dan Nutrisi: Aspek Fundamental dan Praktis. Dalam Farmakologi dan Intervensi Gizi dalam Pengobatan Penyakit. IntechOpen.
7. Solioz, M. (2018). Copper-A Modern Bioelement. Dalam Tembaga dan Bakteri (hlm. 1-9). Springer, Cham.
8. Organisasi Kesehatan Dunia. (2015). Lembar Fakta: Garam.