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RELATÓRIO DOS ELEMENTOS QUÍMICOS ESSENCIAIS AO PROCESSO BIOLÓGICO
A Tabela Periódica surgiu devido à crescente descoberta de elementos
químicos e suas propriedades, os quais necessitavam ser organizados segundo suas
características. A tabela periódica é formada por 109 elementos, além da sua
classificação normal (Metais, Não-Metais, Gases Nobres e Hidrogênio), podemos
classificar também como essenciais ou não para a vida humana ou para algum outro
organismo. Normalmente a essencialidade se demonstra quando se descobre uma
função biológica para algum composto do elemento. Após a descoberta de alguma
função biológica o elemento químico deve cumprir algumas condições condições: 1) A
ingestão insuficiente do elemento provoque deficiências funcionais, reversíveis se o
elemento voltar a ficar nas concentrações adequadas; 2) Sem o elemento, o organismo
não cresce e nem completa o seu ciclo vital; 3) O elemento influi diretamente no
organismo e está envolvido em seus processos metabólicos; 4) O mesmo efeito no
organismo não pode ser conseguido por nenhum outro elemento. Os elementos que
conseguem essa essencialidade são denominados bioelementos.
Esses bioelementos são classificados segundo a sua abundância em
majoritários, traços e microtraços. Os elementos em quantidades muito pequenas,
traços e microtraços, são denominados oligoelementos. Além desses elementos,
também existem outros elementos sem uma essencialidade muito clara como, por
exemplo, Lítio, Cádmio e Estanho que esstão em processo de discussão. A
classificação completa quanto ao seu nível de essencialidade pode ser conferido nas
tabelas abaixo.
Nem todos os os seres vivos tem os mesmos elementos essenciais, por
exemplo, o tungstênio não é essencial para os humanos mas é essencial para outros
seres vivos.
Qualquer elemento, essencial ou não, pode ser tóxico a partir de determinadas
concentrações, para cada elemento químico essencial existe uma faixa de concentração
considerada ótima para um organismo, é o caso do carbono, que por muitos é visto
como um vilão devido ao seu composto, monóxido de carbono, presente nos gases de
escape dos motores de combustão e o cianeto (CN) são extremadamente tóxicos para
os mamíferos e, entre eles, os seres humanos. Por outro lado o carbono é também de
grande importância, pois a maioria dos seres vivos possui em seus corpos, compostos
de carbono diversos. Um ser humano, por exemplo, possui diversos compostos de
carbono em seu organismo, tais, como as proteínas, os carboidratos, as moléculas de
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hemoglobina, etc. Nesta faixa de concentração o organismo consegue desenvolver
corretamente as funções que dependem deste elemento, porém não pode estar em
concentrações excessivamente altas para que não produza efeitos tóxicos. Abaixo desta
faixa ocorre a deficiência deste elemento, podendo ocorrer como conseqüência efeitos
patológicos, inclusive a morte do organismo. Acima desta faixa ótima também aparecem
efeitos patológicos ou morte do organismo derivados da toxidade do elemento.
Num organismo os níveis ótimos de um elemento se mantêm mediante
"mecanismos homeostáticos". Desta forma existe o controle de absorção,
armazenamento e excreção dos elementos. Um organismo pode apresentar deficiência
ou excesso de um elemento devido a dieta, problemas nos mecanismos de absorção ou
outros.
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Oxigênio
O oxigênio respirado pelos organismos aeróbicos, liberado
pelas plantas no processo de fotossíntese, participa na
conversão de nutrientes em energia intracelular.
A redução do nível de oxigênio provoca a hipoxemia e, a falta
total ocasiona a anoxia, podendo provocar a morte do
organismo.
A hemoglobina é o pigmento que dá a cor aos glóbulos
vermelhos (eritrócitos) e tem a função vital de distribuir o
oxigênio pelo organismo.
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Carbono
O carbono é também de grande importância, pois a maioria
dos seres vivos possui em seus corpos, compostos de carbono
diversos. Um ser humano, por exemplo, possui diversos
compostos de carbono em seu organismo, tais, como as
proteínas, os carboidratos, as moléculas de hemoglobina, etc.
O carbono é também de grande importância econômica, uma
vez que, os principais combustíveis utilizados para produzir
energia, possuem átomos de carbono em suas estruturas. Um
exemplo é o petróleo, que é uma mistura de diversos
hidrocarbonetos, que são compostos de carbono. Outro
exemplo é o carvão vegetal ou mineral, que também possuem
carbono. Entre outros tantos compostos de carbono com
importância energética
Hidrogênio
Desempenha um papel fundamental nos processos de
oxidação-redução em mecanismos energéticos bacterianos. A
molécula desempenha igualmente uma importante função na
degradação e conversão de biomassa associada a todos os
principais biociclos dos elementos, nomeadamente azoto,
enxofre, carbono e oxigênio Tanto a produção como o
consumo de hidrogênio são tópicos importantes na medida em
que o hidrogênio é considerado por muitos como o combustível
do futuro.
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Nitrogênio
O Nitrogênio é essencial dos aminoácidos e dos ácidos
nucléicos, vitais para os seres vivos. As leguminosas são
capazes de desenvolver simbiose com certas bactérias do solo
chamadas de Rizóbios, estas bactérias absorvem o azoto
diretamente do ar, sendo este transformado em amoníaco que
logo é absorvido pela planta. Na planta o amoníaco é reduzido
a nitrito pela enzima nitrito redutase e logo em seguida é
reduzido a nitrato pela enzima nitrato redutase. O nitrato é
posteriormente utilizado pela planta para formar o grupo amino
dos aminoácidos das proteínas que, finalmente, se incorporam
a cadeia trófica. Um bom exemplo deste processo é observado
na soja, sendo esta uma cultura que dispensa adubação
nitrogenada.
Cálcio
O cálcio é um elemento essencial nos organismos vivos. Nas
plantas tem um importante papel no metabolismo do azoto e
na formação dos cloroplastos, presentes em todas as plantas
fotossintéticas. Nos animais, o cálcio é o elemento inorgânico
mais abundante, e está localizado principalmente nos ossos e
nos dentes sob a forma de fosfato de cálcio. De um modo
geral, encontramos cálcio em todos os tecidos animais, com
diversas funções como a de controlar a transmissão de
impulsos nervosos, a ação muscular, a coagulação do sangue
e a permeabilidade celular. A deficiência de cálcio pode
provocar raquitismo, falhas no mecanismo de coagulação do
sangue, distúrbios nervosos e contrações musculares
convulsivas.
Fósforo
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Os compostos de fósforo intervêm em funções vitais para os
seres vivos, sendo considerado um elemento químico
essencial. O fósforo tem relevante papel na formação
molecular do ADN e do ARN, bem como do ATP, adenosina tri-
fosfato. As células utilizam-no para armazenar e transportar a
energia na forma de fosfato de adenosina. Além disso,
funciona como íons tampões, impedindo a acidificação ou
alcalinização do protoplasma.
Enxofre
Os aminoácidos cisteína, metionina homocisteína e taurina
contém enxofre, formando as pontes de dissulfeto entre os
polipeptídios, ligação de grande importância para a formação
das estruturas espaciais das proteínas. É constituinte de
algumas vitaminas, participando na síntese do colágeno,
neutraliza os tóxicos e ajuda o fígado na secreção da bílis.. As
plantas absorvem o enxofre do solo como íon sulfato, e
algumas bactérias utilizam o sulfeto de hidrogênio da água
como doadores de elétrons num processo similar a uma
fotossíntese primitiva.
Potássio
O íon K+ está presente nas extremidades dos cromossomos
(telômeros) estabilizando a estrutura. O íon hexaidratado (igual
ao correspondente íon magnésio) estabiliza a estrutura do
ADN e do ARN compensando a carga negativa dos grupos
fosfatos. A bomba de sódio é um mecanismo pelo qual se
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consegue as concentrações requeridas de íons K+ e Na+
dentro e fora da célula - concentrações de íons K+ mais altas
dentro da célula do que no exterior - para possibilitar a
transmissão do impulso nervoso. A diminuição do nível de
potássio no sangue provoca hipopotasemia.É um elemento,
também, essencial para o crescimento das plantas, sendo um
dos três elementos consumidos em maior quantidade. O íon
potássio, encontrado na maioria dos tipos de solo, intervém na
respiração.
Sódio
O cátion sódio (Na+) tem um papel fundamental no
metabolismo celular como, por exemplo, na transmissão do
impulso nervoso através do mecanismo bomba de sódio.
Mantém o volume e a osmolaridade. Participa nas contrações
musculares, no equilíbrio ácido-básico e na absorção de
nutrientes pelas células.
A concentração plasmática de sódio é em condições normais
de 135 a 145 mol/L. O aumento da concentração de sódio no
sangue é conhecido como hipernatremia e sua diminuição de
hiponatremia.
Cloro
O cloro é empregado para potabilizar a água de consumo
dissolvendo-o na mesma. Também é usado como oxidante,
branqueador e desinfetante. É gasoso e muito tóxico
(neurotóxico), foi usado como gás de guerra na Primeira e na
Segunda Guerra Mundial.
O cloro tem um odor característico que o torna facilmente
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detectável a partir de uma concentração mínima no ar de
algumas partes por milhão. O cloro líquido, quando em
contacto com os olhos ou a pele, pode causar graves
queimaduras. Se for exposto ao ar, vaporiza de imediato com
efeitos irritantes e uma ação sufocante.
Magnésio
O magnésio é importante para a vida, tanto animal como
vegetal. A clorofila é uma substância complexa de porfirina-
magnésio que intervém na fotossíntese. A maior parte do
magnésio no organismo humano é encontrada nos ossos e,
seus íons desempenham papeis de importância na atividade
de muitas coenzimas e, em reações que dependem da ATP.
Também exerce um papel estrutural, o íon de Mg2+ tem uma
função estabilizadora para a estrutura de cadeias de ADN e
ARN. Dependendo do peso e da altura, a quantidade diária
necessária e recomendada é de 300 a 350 mg, quantidade que
pode-se obter facilmente, já que é encontrado na maioria dos
alimentos, principalmente, nas folhas verdes das hortaliças que
especialmente são ricas em magnésio.
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Ferro
O ferro desempenha um papel importante nos processos
metabólicos dos animais, sendo um constituinte vital nas
células de todos os mamíferos. A função do ferro no corpo
limita-se quase exclusivamente ao transporte de oxigênio no
sangue, por intermédio da hemoglobina, existente nos glóbulos
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vermelhos. Está também presente em algumas enzimas que
catalisam mecanismos de oxidação celular. No homem os
órgãos mais ricos em ferro são o fígado e o baço, onde o
elemento existe na forma de "ferritina". Embora em menor
quantidade, está também presente nos ossos, na medula, nos
rins e nos intestinos.
Zinco
O zinco é um elemento químico essencial para as pessoas:
intervém no metabolismo de proteínas e ácidos nucléicos,
estimula a atividade de mais de 100 enzimas, colabora no bom
funcionamento do sistema imunológico, é necessário para
cicatrização dos ferimentos, nas percepções do sabor e olfato e
na síntese do DNA. O metal é encontrado na insulina, nas
proteínas dedo de zinco (zinc finger) e em diversas enzimas
como a superóxido dismutase.
O zinco é encontrado em diversos alimentos como nas ostras,
carnes vermelhas, aves, alguns pescados, mariscos, favas e
nozes. A ingestão diária recomendada de zinco é em torno de
10 mg, menor para bebês, crianças e adolescentes (devido ao
menor peso corporal), e algo maior para as mulheres grávidas e
durante o aleitamento.
Cobre
O cobre é um oligoelemento essencial para muitas formas de
vida, entre elas, para o ser humano. Tal qual o ferro (para cuja
absorção é necessário) contribui na formação de glóbulos
vermelhos e na manutenção dos vasos sanguíneos, nervos,
sistema imunológico e ossos. O cobre é encontrado em
algumas enzimas como a citocromo c oxidase, a lisil oxidase e
a superóxido dismutase e como elemento central da proteína
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hemocianina de artrópodes e moluscos, equivalente a
hemoglobina humana, para o transporte do oxigênio, e pelo
fato dessas proteínas sanguíneas terem átomos de cobre,
caracteriza a coloração azulada do sangue desses animais.
O cobre é transportado na sua maior parte através do fluxo
sanguíneo em uma proteína denominada ceruloplasmina;
todavia, quando é absorvido no intestino, é transportado até o
fígado unido a albumina.
Flúor
O flúor está presente em mamíferos na forma de fluoretos. E
Embora sua essencialidade não tenha sido comprovada
inequivocamente (WHO,2002-Guidelines Para Qualidade da
água),Trata-se de uma substância ótima, que deve ser
utilizada com sabedoria, por ser muito reativa e tóxica, para
que todos possam gozar de seus benefícios e fazer jus ao
ditado "Só a dose faz o veneno.". É preciso lembrar que na
dose certa, nem arsênico é venenoso, existindo aplicações
medicinais também para ele. Quando em pequenas
quantidades se acumula nos ossos e dentes dando-lhes uma
maior resistência, (embora algum efeito benéfico sobre os
ossos não tenha sido bem comprovado).
Bromo
O bromo é encontrado em níveis de traço em humanos. É
considerado um elemento químico essencial, entretanto ainda
não se conhece exatamente as funções que realiza. Alguns de
seus compostos se tem empregado no tratamento contra a
epilepsia e como sedantes.
Selênio
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O selênio é um micronutriente para todas as formas de vida. É
encontrado no pão, nos cereais, nos pescados, nas carnes e
nos ovos. É antioxidante, ajuda a neutralizar os radicais livres,
estimula o sistema imunológico e intervém no funcionamento
da glândula tiróide. Está no aminoácido selenocisteína. As
investigações realizadas têm mostrado a existência de uma
correlação entre o consumo de suplementos de selênio e a
prevenção do câncer em humanos. O selênio tem recebido
muita atenção recentemente com relação ao seu papel no
combate ao câncer.
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Iodo
O iodo é um elemento químico essencial. A glândula tireóide
fabrica os hormônios tiroxina e triodotironina, que contém iodo.
O déficit de iodo conduz ao Hipotiroidismo de que resultam o
bócio e mixedema.
A ocorrência de deficit de iodo na infância pode originar o
cretinismo, ocasionando um retardo mental e físico.
O excesso de produção de hormónios na tireóide conduz ao
Hipertiroidismo.
Manganês ou Manganésio
O manganês é um oligoelemento. É um elemento químico
essencial para todas as formas de vida, nas quais tem funções
tanto estruturais quanto enzimáticas. A química biológica do
manganês está intimamente associada à química do oxigênio,
em seus vários estados de oxidação. Nesse contexto, o
manganês desempenha papel fundamental nos processos
fotossintéticos de produção de O2 (composto tetranuclear de
Mn no fotossistema II), na degradação oxidativa de lignina (via
as Mn-ligninases), em diversas reações de hidrólise e nos
processos de proteção contra estresse oxidativo. Entre essas
enzimas de proteção, destacam-se a superóxido dismutase de
manganês (Mn-SOD), que catalisa o disproporcionamento de
superóxidos, O2-, e a Mn-catalase, que catalisa o
disproporcionamento do peróxido de hidrogênio, H2O2.
Vanádio
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O vanádio é um elemento essencial em alguns organismos.
Em humanos não está demonstrada a sua essencialidade,
ainda que existam compostos de vanádio que imitam e
potencializam a atividade da insulina. É encontrado em
algumas enzimas de diferentes seres vivos. As ascídias
(alguns organismos marítimos urocordados, do subfilo
urochordata) armazenam altas concentrações de vanádio, em
torno de um milhão de vezes mais altas que na água ao seu
redor, encontrando-se numa molécula denominada
"hemovanadina". Nestes organismos o vanádio se armazena
em células chamadas de "vanadócitos". Também acumulam
altas concentrações de vanádio o fungo amanita muscaria.
Forma-se um complexo com um ligante ionóforo chamado
"amavadina".
Silício
Encontra-se sílica em quase todos os organismos vivos. É
possível que o silício tenha desempenhado um papel
importante, ou mesmo indispensável, no aparecimento da vida
da Terra. O padrão de deposição de sílica nas plantas é
biologicamente específico sendo possível identificar as plantas
pelo exame microscópico das partículas de sílica. Por vezes a
presença de sílica parece indiciar uma maior resistência da
planta a diversas doenças ou insetos. As folhas das urtigas,
por exemplo, estão revestidas de milhares de microcristais de
silício. Os tecidos humanos contêm normalmente 6 a 90 mg de
sílica por 100 gramas de tecido muscular; no entanto, esta
percentagem varia muito com a idade.
Arsênio ou Arsênico
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Ainda que o arsênio se associe com a morte, é um elemento
químico essencial para a vida e sua deficiência pode gerar
diversas complicações. A ingestão diária de 12 a 15 μg pode
obter-se sem problemas com a dieta diária de carnes,
pescados, vegetais e cereais, sendo os peixes e crustáceos os
alimentos mais ricos em arsênio, apresentando-o geralmente
na forma de arsenobetaína, menos tóxica que o arsênio
inorgânico.
Boro
O boro elementar não é significativamente tóxico, não podendo
ser classificado como veneno; no entanto, quando em pó muito
fino, é duro e abrasivo, podendo causar indiretamente
problemas de pele, se esta for esfregada depois de estar em
contacto com ele. Parecem ser indispensáveis pequenas
quantidades de boro para o crescimento das plantas, mas em
grandes quantidades é tóxico. O boro acumulado no corpo
através da absorção, ingestão ou inalação dos seus
compostos, atua sobre o sistema nervoso central, causando
hipotensão, vômitos e diarréia e, em casos extremos, coma.
Níquel
Muitas, porém não todas, as enzimas hidrogenases contém
níquel, especialmente aquelas cuja função é oxidar o
hidrogênio. Parece que o níquel sofre mudanças no seu estado
de oxidação indicando que o núcleo de níquel é a parte ativa
da enzima.
O níquel também está presente na enzima metil CoM redutase
e em bactérias metanogênicas.
O níquel tem papel biológico parecido com o ferro por serem
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muito próximos.
Cromo ou Crómio
Em princípio, se considera o cromo (em seu estado de
oxidação +3 ) um elemento químico essencial, ainda que não
se conheça com exatidão suas funções. Parece participar no
metabolismo dos lipídios, e no dos hidratos de carbono, assim
como em outras funções.
Tem-se observado que alguns de seus complexos parecem
participar na potencialização da ação da insulina, sendo por
isso, denominado de "fator de tolerância à glicose" devido a
esta relação com a ação da insulina. A ausência de cromo
provoca uma intolerância a glicose , e como consequência o
aparecimento de diversos distúrbios.
Não se tem encontrado nenhuma metaloproteína com
atividade biológica que contenha cromo, e por isso não se tem
podido explicar como atua.
Molibdênio
É o único elemento da segunda série de transição cuja
essencialidade é reconhecida. O molibdênio é encontrado na
natureza na razão de partes por milhão (ppm). É encontrado
numa quantidade importante na água do mar na forma de
molibdatos (MoO42-), e os seres vivos podem absorve-lo
facilmente desta forma. O molibdênio se encontra no chamado
cofator de molibdênio (coMo) em diferentes oxotranserases,
com a função de transferir átomos de oxigênio da água (H2O)
que por sua vez produz a transferência de dois elétrons.
Algumas das enzimas que contém este cofator são a xantina
oxidase que oxida a xantina a ácido úrico, a aldeido oxidase
que oxida aldeidos, assim como aminas e sulfetos no fígado, a
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sulfito oxidase que oxida sulfitos no fígado, e a nitrato
redutase, importante no ciclo do nitrogênio nas plantas.
Cobalto
O cobalto em pequena quantidade é um elemento químico
essencial para numerosos organismos, incluindo os humanos.
A presença de quantidades entre 0,13 e 0,30 ppm no solo
melhora sensivelmente a saúde dos animais de pastoreio. O
cobalto é um componente central da vitamina B12
(cianocobalamina ).
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Lítio
O lítio não é considerado um elemento indispensável no
crescimento das plantas e não há indicação de que
desempenhe um papel importante na biologia animal. Os
efeitos adversos mencionados devem-se provavelmente aos
distúrbios causados pelo lítio no equilíbrio de sódio-potássio-
cálcio das células vivas.
Os sais de litio são usados no tratamento da depressão bipolar
e na potencialização do tratamento na depressão unipolar.
Ainda se desconhece o mecanismo exato de atuação, porém
existem vários propostos. A ação biológica do litio não está
clara e não existe acordo sobre a sua essencialidade.
Cádmio
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O cádmio é um dos metais mais tóxicos. A principal via de
absorção é a inalação em meios industriais ricos em fumos e
poeiras de cádmio. Uma simples exposição a elevadas
concentrações de óxido de cádmio pode causar graves
irritações pulmonares ou mesmo a morte. Devem ser tomados
cuidados especiais em ambientes industriais que utilizem este
elemento.
Estanho
Apenas uma pequena percentagem de estanho passa para os
alimentos nos recipientes feitos com este elemento. O máximo
permitido nos alimentos é cerca de 300 mg por quilograma
apesar de concentrações mais elevadas não serem, em geral,
prejudiciais. Pode considerar-se o estanho como um elemento
não tóxico. No entanto o composto trialquilo tem propriedades
tóxicas devendo o seu manuseamento ser feito com bastante
cuidado.
Tungstênio
Enzimas chamadas oxiredutases usam o tungstênio de
maneira similar ao molibdênio para a formação do complexo
pterina-tungstênio, quimicamente semelhante à molibnopterina
(MPT). Em 20 de agosto de 2002 representantes do Centro
para o Controle e Prevenção de Doenças dos Estados Unidos
anunciaram que testes de urina de pacientes com leucemia e
familiares, residentes em Fallon (Nevada), tinham mostrado
níveis elevados de metal tungstênio no organismo.
Recentemente, 16 casos de câncer em crianças foram
descobertos na área de Fallon, que agora é identificada coma
“área de risco de câncer”. O Dr. Carol H. Rubin, um chefe da
filial do CDC, diz que os dados que indicam uma ligação entre
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o tungstênio e a leucemia não estão avaliados até o presente.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
BARRETO, Gilson Oliveira, CD 01 Consórcio Setentrional de Educação a Distância ,
Cretative Commons, 2006.
SANTOS, Pedro F. "Estrutura atômica & ligação química", Campinas: UNICAMP, 1999.
POLITI, Elie. "Química: curso completo", 2 ed., São Paulo: Moderna, 1992.
Disponível em: http://pt.wikipedia.org/wiki/Elemento_qu%C3%ADmico_essencial
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