אילו אלמנטים נמצאים באורגניזמים חיים?

למרות שיש 118 אלמנטים ידועים, ידוע שרק קומץ מהם נמצא באורגניזמים חיים. ואכן, המורכבות העצומה של החיים מורכבת כמעט לחלוטין מארבעה יסודות: פחמן, מימן, חמצן וחנקן; כ- 99 אחוזים מגוף האדם מורכב מאלמנטים אלה.

כל האורגניזמים החיים הידועים על כדור הארץ הם אורגניזמים מבוססי פחמן. פחמן חיוני לחיים בגלל יכולתו להחזיק עד ארבעה קשרים יציבים בו זמנית, כלומר הוא יכול ליצור מגוון גדול יותר של מולקולות ותרכובות מכל יסוד אחר שנמצא באורגניזמים חיים, ולכן הוא נמצא לעתים קרובות באמצע שרשרת מורכבת של אלמנטים. בגלל תכונה זו, פחמן נמצא בכל השומנים, החלבונים החיוניים והוא הבסיס ל- DNA ו- RNA.

בדומה לפחמן, מימן נמצא בכל מקום במולקולות היוצרות את המרכיבים הבסיסיים של החיים. ואכן, מימן חיוני מכיוון שהוא נקשר בקלות עם פחמן. הסיבה לכך היא כי מימן משמש למעשה כאלמנט מקשר בין בסיס הפחמן של שרשרת לבין יסודות אחרים; הרמה הגבוהה של מיגון אלקטרוני של מימן היא שמאפשרת לו למלא תפקיד זה. לעתים קרובות מימן יקשר בסופו של דבר פחמן לאטומי מימן רבים יותר, והשרשרת הנמשכת הזו של אטומי מימן הם שיוצרים את רמת המורכבות הדרושה ליצירת מולקולה אורגנית (למשל, שומן או חֶלְבּוֹן).

חמצן משרת מספר מטרות באורגניזם חי. בדומה למימן, הוא משלב בקלות עם פחמן ומכיוון שבאטום ניטרלי של חמצן יש שמונה אלקטרונים, אטום חמצן משתלב בקלות עם יותר אטומי מימן כדי ליצור שרשרת מורכבת בעת יצירת שומנים או חלבונים. בנוסף, חמצן (יחד עם מימן) נמצא במים, שהם חיוניים לאורגניזם חי מכיוון שרבים מהם תגובות כימיות בתוך אורגניזם חי מתרחשות במים, והמים הם גם החציון העיקרי שבו התאים לחיות.

למרות היוו רק אחוז אחד מכלל האטומים של האדם, חנקן חיוני לחיים אנושיים ואורגניים אחרים משום שהוא, לצד פחמן, נמצא בכל החלבונים. חלבון הוא תרכובת המשמשת בתאים לאותת אילו פעולות התאים צריכים לבצע; ביעילות חלבונים מתרגמים את הקודים הפסיביים של ה- DNA לפעולות. חנקן דומה גם לחמצן ביכולתו להיקשר למספר אטומי מימן; אטום חנקן ניטרלי כולל שבעה אלקטרונים.