Sự sống trên Trái đất vô cùng đa dạng, tuy nhiên tất cả các sinh vật sống đều có chung những đặc điểm nhất định xác định chúng là những thực thể sống. Chúng bao gồm khả năng phát triển, sinh sản, duy trì cân bằng nội môi, phản ứng với các kích thích, thích nghi với môi trường và có mức độ tổ chức. Trọng tâm của những đặc điểm này là các nguyên tố hóa học tạo nên các sinh vật sống. Trong bài học này, chúng ta sẽ khám phá các yếu tố chính cần thiết cho sự sống, vai trò của chúng và cách chúng kết hợp với nhau để tạo thành các cấu trúc và chức năng phức tạp được tìm thấy trong các sinh vật sống.
Tất cả các sinh vật sống, từ vi khuẩn nhỏ nhất đến cá voi lớn nhất, đều được tạo thành từ một tập hợp hạn chế các nguyên tố hóa học. Những yếu tố này kết hợp theo nhiều cách khác nhau để tạo thành các phân tử cần thiết cho quá trình sống. Các nguyên tố có nhiều nhất trong cơ thể sống là cacbon (C), hydro (H), oxy (O), nitơ (N), phốt pho (P) và lưu huỳnh (S). Nói chung, chúng được gọi là các phần tử CHNOPS.
Carbon là nguyên tố trung tâm trong hóa học hữu cơ và được coi là xương sống của sự sống. Khả năng độc đáo của nó là hình thành bốn liên kết cộng hóa trị cho phép nó hoạt động như một giàn giáo cho các phân tử phức tạp. Đặc tính này cho phép hình thành nhiều loại phân tử hữu cơ, bao gồm carbohydrate, lipid, protein và axit nucleic, những chất cần thiết cho quá trình sống.
Hydro và oxy được kết hợp nổi tiếng nhất trong nước (H 2 O), rất cần thiết cho sự sống như chúng ta biết. Nước là dung môi của sự sống; đó là nơi xảy ra hầu hết các phản ứng sinh hóa. Nó cũng tham gia vào việc điều chỉnh nhiệt độ, hòa tan chất thải và vận chuyển các chất trong sinh vật.
Nitơ là thành phần chính của axit amin, là khối xây dựng của protein và axit nucleic, tạo nên DNA và RNA. Những phân tử này rất quan trọng đối với cấu trúc, chức năng và sự điều hòa của tế bào, mô và cơ quan của cơ thể.
Phốt pho chủ yếu góp phần vào cấu trúc của axit nucleic và hình thành ATP (adenosine triphosphate), phân tử mang năng lượng trong tế bào. Nó cũng là một thành phần của phospholipid, rất cần thiết cho việc xây dựng màng tế bào.
Lưu huỳnh là thành phần của một số axit amin nhất định, chẳng hạn như cysteine và methionine, và có liên quan đến việc hình thành liên kết disulfide. Những liên kết này giúp ổn định cấu trúc của protein, khiến lưu huỳnh trở nên cần thiết cho chức năng của chúng.
Ngoài các nguyên tố chính, còn có một số nguyên tố vi lượng như sắt (Fe), magie (Mg), kali (K), canxi (Ca) và kẽm (Zn) rất quan trọng cho sự sống, mặc dù với số lượng nhỏ hơn nhiều. Chúng đóng vai trò quan trọng trong chức năng enzyme, vận chuyển oxy (như trong huyết sắc tố), truyền tín hiệu và các quá trình tế bào khác.
Các sinh vật sống có mức độ tổ chức phức tạp, bắt đầu từ cấp độ nguyên tử với các nguyên tố và phát triển thành tế bào, mô, cơ quan và hệ cơ quan. Ở mỗi cấp độ tổ chức, các yếu tố kết hợp với nhau để tạo thành các phân tử có chức năng cụ thể góp phần vào sức khỏe và sự sống còn của sinh vật.
Giáo điều trung tâm của sinh học phân tử mô tả cách thông tin di truyền chảy trong hệ thống sinh học. Nó nói rằng DNA được phiên mã thành RNA, sau đó được dịch thành protein. Quá trình này nhấn mạnh tầm quan trọng của các nguyên tố như carbon, hydro, oxy, nitơ và phốt pho, tạo nên axit nucleic và axit amin liên quan đến luồng thông tin này.
Quang hợp và hô hấp tế bào là hai quá trình sinh học cơ bản liên quan đến sự trao đổi đáng kể các yếu tố giữa các sinh vật sống và môi trường của chúng. Quang hợp chuyển đổi carbon dioxide (CO 2 ) và nước (H 2 O) thành glucose (C 6 H 12 O 6 ) và oxy (O 2 ), sử dụng năng lượng ánh sáng mặt trời. Quá trình này thể hiện vai trò quan trọng của carbon, hydro và oxy. Ngược lại, hô hấp tế bào phân hủy glucose thành CO 2 và H 2 O, giải phóng năng lượng dự trữ trong các liên kết của các phân tử glucose. Sự trao đổi tuần hoàn các nguyên tố này rất cần thiết cho sự cân bằng năng lượng trong hệ sinh thái.
Tóm lại, các yếu tố của sự sống - carbon, hydro, oxy, nitơ, phốt pho, lưu huỳnh và các nguyên tố vi lượng khác nhau - là nền tảng cho các phân tử và quá trình sinh học xác định các sinh vật sống. Hiểu được vai trò và sự tương tác của các yếu tố này mang lại cái nhìn sâu sắc về bản chất phức tạp nhưng có tổ chức của cuộc sống. Mặc dù mỗi yếu tố có chức năng cụ thể, nhưng chính những tác động và tương tác kết hợp của chúng mới tạo nên sự sống.
