Les organismes vivants n’utilisent pas  les éléments de la même façon que leur ordre d’importance sur terre (tableau1)

Tableau 1 : Abondance en masse des éléments par ordre décroissant

 

Le tableau 1 montre une abondance de l’aluminium et du Silicium dans l’écorce terrestre alors que ces éléments ne sont que faiblement présents chez les mammifères. L’ordre d’importance dans la nature et les océans n’est pas celui des mammifères. Quelques éléments qui sont présents à l’état de trace dans la croûte terrestre, jouent un rôle central dans les organismes contribuant aux équilibres dynamiques : le Cuivre et le Sélénium en sont des exemples.

Les éléments chimiques dans le système biologique peuvent être classés en quatre groupes :

• Les éléments en grande proportion : H/H⁺, C, N, O^2-/O₂^-/O₂^2-, P, S/S^2- ;
• Les macro-minerais et ions : Na/Na⁺, K/K⁺, Mg/Mg²⁺, Ca/Ca²⁺, Cl^-, PO₄^2-, SO₄^2- ;
• Les éléments sous forme de trace : Fe/Fe²⁺/Fe³⁺/Fe⁴⁺, Zn/Zn²⁺, Cu/Cu⁺/Cu²⁺/Cu³⁺ ;
• Les éléments présents sous forme d’ultra trace qu’on peut classer en :

• Non métaux : F/F^-, I/I^-, Se/Se^2-, Si/Si⁴⁺, As, B ;
• Mn/Mn²⁺/Mn³⁺/Mn⁴⁺, Mo/Mo⁴⁺/Mo⁵⁺/Mo⁶⁺, Co/Co²⁺/Co³⁺, Cr/Cr³⁺/Cr⁵⁺, V/V³⁺/V⁴⁺/V⁵⁺, N⁺/Ni³⁺, Cd/Cd²⁺, Sn/Sn²⁺/Sn⁴⁺, Pb/Pb²⁺, Li/Li⁺.

L’essentiel des éléments en biologie relève de certains critères :

• Une déficience physiologique apparaît quand l’élément est enlevé par un régime ;
• La déficience est corrigée par l’addition de l’élément ;
• Une fonction biologique spécifique est associée à l’élément.

Chaque élément essentiel requiert une courbe de dosage (figure 1). Aux faibles concentrations, l’organisme ne survie pas tandis que dans la région de déficience, l’organisme ne donne pas la réponse optimale. Nous avons après le plateau de concentration optimale et aux plus grandes concentrations, l’élément devient toxique pouvant même conduire à la mort.

Dosage des éléments

μg/l            10             50               Se               200                 10³              10⁴

mg/l           0,5             2                 F                  10                  20               100 

 

En plus du facteur d’existence, beaucoup de propriétés chimique et physique des éléments et ions sont responsables des processus dans les systèmes biologiques. Cela dépend des charges ioniques, des rayons ioniques, de la sélectivité des ligands, de la préférence de la coordination et de la géométrie, du couplage de spin, du contrôle cinétique systémique, de la réactivité chimique des ions en solution.