Bioelemente, Biomoleküle und Wasser

Bioelemente

Bioelemente sind die chemischen Elemente, die Lebewesen ausmachen. Sie sind in folgende Klassen eingeteilt:

1. Primäre Bioelemente: C, H, O, N, P, S.
2. Sekundäre Bioelemente: Na⁺, K⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, Cl^-. Obwohl sie in geringerem Anteil als die primären Bioelemente vorkommen, sind sie für Lebewesen unerlässlich. In wässrigen Medien liegen sie immer in ionisierter Form vor.
3. Spurenelemente: Diese können essenziell (in allen Lebewesen vorhanden) oder variabel (nur in einigen Organismen vorhanden) sein.

Zelluläre Strukturen

Zelluläre Strukturen werden durch die Verbindung von Bioelementen gebildet. Es handelt sich um Moleküle, die auch als unmittelbare Prinzipien bezeichnet werden und relativ leicht durch einfache physikalische Verfahren wie Verdampfung, Destillation, Auflösung usw. extrahiert werden können.

Es gibt zwei Arten:

• Anorganische Biomoleküle: Wasser und Mineralsalze.
• Organische Biomoleküle: Kohlenhydrate, Lipide, Proteine und Nukleinsäuren.

Wasser

Biologische Bedeutung

Wasser ist der häufigste Bestandteil in organischen Medien. Nicht alle Lebewesen haben die gleiche Menge an Wasser, und diese variiert mit dem Alter. Wasser kommt in Lebewesen intrazellulär oder extrazellulär vor (in Form von Blut, Pflanzensaft, Lymphe). Bei einzelligen Organismen und Wasserorganismen ist Wasser auch ihre Umgebung. Es ist eine sehr reaktive Flüssigkeit, die an chemischen Reaktionen beteiligt ist (als Reaktant oder Produkt) und für die Stabilität vieler biologischer Substanzen unerlässlich ist.

Struktur

Wasser besteht aus zwei Wasserstoffatomen (H) und einem Sauerstoffatom (O), die durch kovalente Bindungen oder Wasserstoffbrückenbindungen verbunden sind. Das Sauerstoffatom ist sehr elektronegativ und zieht daher die Elektronen in der kovalenten Bindung an. Dies führt zu einem Überschuss an negativer Ladung in der Nähe des Sauerstoffatoms und einer positiven Ladung in der Nähe der Wasserstoffatome. Wenn sich also Wassermoleküle zusammentun, entstehen elektrostatische Anziehungskräfte zwischen den entgegengesetzten Polen der verschiedenen Moleküle.

Funktionen des Wassers

1. Es verleiht den Zellen Volumen und Turgor und ist auch am hydrostatischen Skelett einiger Tiere beteiligt.
2. Seine hohe Oberflächenspannung ermöglicht es einigen Organismen, sich auf dem Wasser zu bewegen, ohne unterzugehen.
3. Seine hohe Kohäsion und Adhäsion ermöglichen den Aufstieg entgegen der Schwerkraft in Kanälen mit kleinem Durchmesser.
4. Seine hohe Lösungsmittelkapazität ermöglicht es ihm, Wasserstoffbrückenbindungen mit anderen Substanzen mit Ionenladung zu bilden, was zu molekularen Lösungen führt. In diesen Lösungen werden die Salzionen von den Wasserdipolen angezogen, wodurch die Ionen solvatisiert werden. Es gibt hydrophobe Substanzen wie Öle.
5. Seine Wärmeregulierung beruht auf seiner hohen spezifischen Wärme, die es ihm ermöglicht, viel Wärme zu absorbieren, wenn die Temperatur steigt. Dies ermöglicht es, die Temperatur zu regulieren und plötzliche Veränderungen in Lebewesen zu verhindern, indem sie konstant gehalten wird.

Mineralsalze

Mineralsalze sind einfache anorganische Moleküle, die in Gegenwart von Wasser ionisieren. In Lebewesen kommen sie sowohl in ausgefällter als auch in gelöster Form vor.