Человек состоит из атомов: верно ли это

Человеческое тело удивительно сложно устроено. Оно состоит из огромного количества клеток, тканей и органов, выполняющих различные функции. Но что лежит в основе всего этого многообразия форм и процессов? Ответ прост - атомы.

Атомы - кирпичики материи

Атомы - это мельчайшие неделимые частицы, из которых состоит все вещество во Вселенной. Их размеры невообразимо малы - в миллиарды раз меньше миллиметра. Но именно комбинации разных атомов образуют все химические элементы и молекулы, из которых в свою очередь состоит все многообразие веществ в природе, в том числе и человеческое тело.

Человек состоит из атомов точно так же, как дом состоит из кирпичей или лего-конструкция - из деталей лего. Атомы - это кирпичики материи.

Основные элементы в составе человека

Тело человека состоит из всего 6 химических элементов:

1. Кислород - 65%
2. Углерод - 18%
3. Водород - 10%
4. Азот - 3%
5. Кальций - 2%
6. Фосфор - 1%

При этом основную массу составляют первые четыре элемента - кислород, углерод, водород и азот. Именно из них состоят все органические молекулы, формирующие структуры клеток и тканей - белки, жиры, углеводы и нуклеиновые кислоты.

Клетка - основная структурная единица организма человека

Клетка - это основная структурная и функциональная единица всех живых организмов, в том числе и человека. Человеческое тело состоит примерно из 40 триллионов клеток. Эти клетки имеют разные формы и выполняют различные функции, но все они построены из одних и тех же "кирпичиков" - атомов основных химических элементов.

В состав клетки входят:

• Клеточная мембрана
• Ядро с генетическим материалом (ДНК)
• Органоиды (митохондрии, рибосомы и др.)
• Цитоплазма с растворенными веществами

Все эти компоненты клетки построены из органических молекул, состоящих из атомов углерода, кислорода, азота и водорода. Например, важнейшая молекула ДНК, содержащая генетический код, представляет собой длинную цепочку, мономерами которой являются молекулы C5H7O2N - дезоксирибонуклеотиды. Таким образом, в основе всего многообразия форм и функций клеток и тканей человеческого тела лежат всего лишь определенные комбинации нескольких атомов.

Макро- и микроэлементы

Помимо шести основных "строительных" элементов, тело человека также содержит следовые количества многих других химических элементов. Их принято делить на две группы:

1. Макроэлементы (содержание более 0,01% от массы тела) - Na, Mg, Si, S, Cl, K
2. Микроэлементы (содержание менее 0,01%) - Fe, F, Zn, Cu, I, Mn, Co, Ni и др.

Хотя содержание этих элементов невелико, многие из них жизненно необходимы для нормального функционирования организма. Например, железо входит в состав гемоглобина, переносящего кислород; йод нужен для синтеза гормонов щитовидной железы; цинк участвует в работе многих ферментов.

Таким образом, можно констатировать:

Человек состоит из атомов. Большая часть массы тела приходится на несколько "строительных" элементов, формирующих основные органические молекулы. Но также необходимо присутствие и многочисленных микроэлементов - для обеспечения разнообразных химических процессов в организме.

Роль атомов в обмене веществ

Все химические реакции, протекающие в организме человека, сводятся к взаимодействиям атомов и перестройке связей между ними. Это касается как простейших реакций расщепления питательных веществ, так и сложнейших процессов синтеза белков, нуклеиновых кислот и других соединений в клетках.

Например, в процессе дыхания молекулы глюкозы C₆H₁₂O₆ распадаются с образованием углекислого газа CO₂ и воды H₂O. При этом происходит перестройка химических связей между атомами углерода, водорода и кислорода с выделением энергии, необходимой для жизнедеятельности клеток и организма в целом.

Роль атомов в наследственности

Передача генетической информации от клетки к клетке и от организма к организму также основана на взаимодействии атомов. Молекула ДНК состоит из двух цепочек нуклеотидов, соединенных водородными связями между парами азотистых оснований. Последовательность этих оснований и кодирует генетическую информацию.

В процессе деления клетки и репликации ДНК ее две цепи разделяются, и на каждой из них синтезируется комплементарная цепь. Таким образом, из одной молекулы ДНК образуются две абсолютно идентичные копии, передающие генетическую информацию дочерним клеткам.

Мутации на атомарном уровне

Иногда в процессе деления клетки или под действием мутагенов происходят ошибки при репликации ДНК, приводящие к мутациям. Чаще всего они заключаются в замене одного из нуклеотидов на другой, что приводит к изменению последовательности азотистых оснований.

Такие точечные мутации могут привести к синтезу неправильного белка на рибосомах, если затронут структурные гены. Иногда это становится причиной наследственных заболеваний. Так, на атомарном уровне проявляется связь между строением человека и его здоровьем.

Нанотехнологии и атомы

Стремительное развитие нанотехнологий позволяет ученым манипулировать отдельными атомами и молекулами. Уже сейчас существуют методы целенаправленного встраивания атомов некоторых элементов в определенные органические молекулы, придающие им нужные свойства.

В будущем такие технологии могут использоваться и в медицине - например, для создания "умных" лекарств, встраивающихся в заданные клетки и выполняющих нужные функции. Все это станет возможным благодаря все более глубокому пониманию того, человек состоит из атомов, и управлению процессами на этом уровне.