Н (водород) – входит в состав воды, неорганических и всех органических веществ (8-10% по массе в живой клетке; более 60% от общего числа всех атомов клетки). Имеет малые размеры атома. Образует прочные одинарные ковалентные связи. Участвует в образовании водородных связей (например, между молекулами воды, или поддерживающих вторичную и третичную структуры белков и нуклеиновых кислот). Потеря электрона вызывает переход водорода в элементарную частицу – протон. Протоны играют исключительно важную роль в биопроцессах. Протоны в растворах определяют их кислотные свойства. С участием катионов водорода (Н+) происходят многие окислительно-восстановительные реакции. Катион водорода восстанавливает кислород, например, в митохондриях .
О (кислород) – входит в состав воды, неорганических и почти всех органических веществ (65-75% по массе; около 25% от общего числа атомов). Имеет малые размеры атома. Образует прочные одинарные и двойные ковалентные связи. Участвует в образовании водородных связей (например, между молекулами воды, или поддерживающих вторичную и третичную структуры белков и нуклеиновых кислот). Молекулярный кислород (О2) участвует в аэробном (кислородном) дыхании. Кислород служит конечным акцептором электронов в цепи реакций энергетического обмена.
С (углерод) – входит в состав всех органических веществ (белков , липидов , углеводов и нуклеиновых кислот) и некоторых неорганических соединений (15-18% по массе; при-мерно 10% от общего числа атомов). Имеет малые размеры атома. Атомы углерода образуют одинарные, двойные и тройные связи друг с другом (ковалентные углерод-углеродные связи) и с другими атомами. Атомы углерода образуют линейные и разветвленные цепи, циклы и гетероциклы, обеспечивая тем самым колоссальное разнообразие органических веществ. Большое значение для организмов имеет и бикарбонатная буферная система , образованная угольной кислотой H2CO3 и ее солями (гидрокарбонатом HCO3(-) и карбонатом CO3(2-). Это основной буфер плазмы крови, который поддерживает рН крови на уровне 7,4.
N (азот) – входит в состав аминокислот , белков, нуклеиновых кислот (ДНК, РНК), нуклеотидов (в том числе АТФ ), азотистых оснований , хлорофилла, витаминов (1,5-3% по массе; 1,5-3% от общего числа атомов). Имеет малые размеры атома. Образует одинарные, двойные и тройные ковалентные связи. Участвует в образовании водородных связей (например, поддерживающих вторичную структуру белков и нуклеиновых кислот).
S (сера) – (0,15-0,2% по массе) входит в состав аминокислот (цистеина‚ его димера цистина‚ метионина)‚ многих белков (например, кератина), в том числе ферментов. Участву-ет в поддержании третичной и четвертичной структуры белка за счет образования дисуль-фидных мостиков между остатками аминокислоты цистеина. Является компонентом витамина В1 (тиамина) и некоторых коферментов (например, кофермента А). Входит в состав сульфат-иона, присутствующего в цитоплазме клетки. Сероводород H2S используется анаэробными зелеными серобактериями в качестве донора водорода и электронов в процессе фотосинтеза.
Fe (железо) – (0,01-0,015% по массе) является компонентом гемоглобина (белок, осуществляющий транспорт кислорода эритроцитами) и миоглобина (белок, переносящий ки-слород в мышцах), многих ферментов (например, каталазы и пероксидазы, расщепляющих перекись водорода). Входит в состав цитохромов (белков-переносчиков водорода и электронов в электронтранспортных цепях митохондрий и ферредоксина , осуществляющего перенос электронов в электронтранспортной цепи хлоропластов) и поэтому участвует в процессах дыхания и фотосинтеза. Важным компонентом гемоглобина, миоглобина, цитохромов и других белков является небелковая группа гема. Гем представляет собой тетрапиррольное (порфириновое) кольцо, в центре которого находится атом железа в степени окисления +2. Железо служит компонентом ферментов, участвующих в биосинтезе хлорофилла.
Р (фосфор) – (0,20-1,00% по массе) входит в состав костной ткани и дентина зубов в виде фосфатов кальция (например, Ca10(PO4)6