Животот на Земјата е неверојатно разновиден, но сепак сите живи организми споделуваат одредени карактеристики кои ги дефинираат како живи суштества. Тие вклучуваат способност да растат, да се размножуваат, да одржуваат хомеостаза, да реагираат на стимули, да се прилагодат на нивната околина и да имаат ниво на организација. Во срцето на овие карактеристики се хемиските елементи кои ги сочинуваат живите организми. Во оваа лекција, ќе ги истражиме клучните елементи суштински за животот, нивните улоги и како тие се спојуваат за да формираат сложени структури и функции кои се наоѓаат во живите организми.
Сите живи суштества, од најмалите бактерии до најголемиот кит, се направени од ограничен сет на хемиски елементи. Овие елементи се комбинираат на различни начини за да формираат молекули неопходни за животните процеси. Најзастапени елементи во живите организми се јаглерод (C), водород (H), кислород (O), азот (N), фосфор (P) и сулфур (S). Збирно, овие се познати како CHNOPS елементи.
Јаглеродот е централен елемент во органската хемија и се смета за столб на животот. Неговата единствена способност да формира четири ковалентни врски му овозможува да дејствува како скеле за сложени молекули. Оваа карактеристика овозможува формирање на огромен опсег на органски молекули, вклучувајќи јаглехидрати, липиди, протеини и нуклеински киселини, кои се неопходни за животните процеси.
Водородот и кислородот најпознато се комбинираат во водата (H 2 O), што е од суштинско значење за животот каков што го знаеме. Водата е растворувач на животот; тоа е местото каде што се случуваат повеќето биохемиски реакции. Тој е вклучен и во регулирање на температурата, растворање отпадни производи и транспорт на супстанции во организмите.
Азотот е клучна компонента на амино киселините, кои се градбени блокови на протеините, и нуклеинските киселини, кои ги сочинуваат ДНК и РНК. Овие молекули се клучни за структурата, функцијата и регулацијата на клетките, ткивата и органите на телото.
Фосфорот првенствено придонесува за структурата на нуклеинските киселини и формирањето на АТП (аденозин трифосфат), молекулата која носи енергија во клетките. Тоа е, исто така, компонента на фосфолипидите, кои се неопходни за изградба на клеточните мембрани.
Сулфурот е компонента на одредени амино киселини, како што се цистеин и метионин, и е вклучен во формирањето дисулфидни врски. Овие врски помагаат да се стабилизира структурата на протеините, со што сулфурот е неопходен за нивната функција.
Покрај главните елементи, постојат неколку елементи во трагови како железо (Fe), магнезиум (Mg), калиум (K), калциум (Ca) и цинк (Zn) кои се клучни за животот, иако во многу помали количини. Тие играат критична улога во функцијата на ензимот, транспортот на кислород (како кај хемоглобинот), трансдукцијата на сигналот и другите клеточни процеси.
Живите организми имаат сложено ниво на организација што започнува на атомско ниво со елементи и се гради до клетки, ткива, органи и органски системи. На секое ниво на организација, елементите се комбинираат за да формираат молекули со специфични функции кои придонесуваат за целокупното здравје и опстанок на организмот.
Централната догма на молекуларната биологија опишува како генетските информации течат во биолошкиот систем. Во него се наведува дека ДНК се транскрибира во РНК, која потоа се преведува во протеини. Овој процес ја нагласува важноста на елементите како јаглерод, водород, кислород, азот и фосфор, кои ги сочинуваат нуклеинските киселини и амино киселините вклучени во овој проток на информации.
Фотосинтезата и клеточното дишење се два фундаментални биолошки процеси кои вклучуваат значителна размена на елементи помеѓу живите организми и нивната околина. Фотосинтезата ги претвора јаглеродниот диоксид (CO 2 ) и водата (H 2 O) во гликоза (C 6 H 12 O 6 ) и кислород (O 2 ), користејќи енергија на сончевата светлина. Овој процес ги покажува критичните улоги на јаглеродот, водородот и кислородот. Спротивно на тоа, клеточното дишење ја разложува гликозата на CO 2 и H 2 O, ослободувајќи ја енергијата складирана во врските на молекулите на гликозата. Оваа циклична размена на елементи е од суштинско значење за енергетскиот биланс во екосистемите.
Како заклучок, елементите на животот - јаглерод, водород, кислород, азот, фосфор, сулфур и разни елементи во трагови - се основни за биолошките молекули и процеси кои ги дефинираат живите организми. Разбирањето на улогите и интеракциите на овие елементи обезбедува увид во сложената, но сепак организирана природа на животот. Додека секој елемент има своја специфична функција, нивните комбинирани ефекти и интеракции го прават животот возможен.
