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Dans chaque cellule, quatre éléments dominent la composition atomique :le carbone, l'hydrogène, l'oxygène et l'azote. Ensemble, ils représentent environ 96 % des atomes qui composent les organismes vivants.
Le carbone, avec sa capacité unique à former des liaisons covalentes stables avec lui-même, est à la base de la diversité des molécules organiques :protéines, glucides, lipides et acides nucléiques. L'hydrogène, l'oxygène et l'azote complètent les éléments constitutifs de la vie.
Au-delà du quatuor central, plusieurs éléments contribuent à hauteur de 3,5 % au contenu atomique total. Ceux-ci incluent le phosphore, le soufre, le sodium, le chlore, le potassium, le calcium et le magnésium.
Les oligo-éléments, bien que présents à seulement 0,5 % des atomes cellulaires, sont indispensables à la vie. Les principaux métaux traces comprennent le fer, l'iode, le manganèse, le molybdène, le sélénium, le silicium, l'étain, le vanadium, le bore, le chrome, le cobalt, le cuivre et le fluor.
L'eau, composée d'hydrogène et d'oxygène, est le milieu qui dissout et facilite les interactions entre les biomolécules. Bien qu'il ne forme pas de liaisons covalentes avec les protéines ou les acides nucléiques, il est essentiel à l'activité enzymatique, au stockage d'énergie et au flux métabolique.