© Сергеев Б. Ф., насл., 2017

© Белов И. В., ил., 2017

© ООО «Издательство АСТ», 2017

Знакомство с человеческим организмом проще всего начать с рассказа о том, из чего он сделан: из каких материалов, из каких строительных конструкций. Все, что мы видим вокруг себя на Земле, сама Земля и в том числе мы – люди, состоит из атомов разных химических элементов и построенных из них молекул. В настоящее время ученые открыли больше 100 видов атомов, представителей такого же числа химических элементов. Атомы – это самые маленькие частички химического элемента. Они так малы, что их нельзя увидеть даже с помощью микроскопа.

Как куча песка состоит из бесчисленных песчинок, так и любой химический элемент состоит из огромного количества атомов: химический элемент железо – из атомов железа, химический элемент кислород – из атомов кислорода, химический элемент сера – из атомов серы.

Какие элементы входят в состав нашего тела? Французский химик Габриель Бертран подсчитал, что в теле взрослого человека, весящего около 100 килограммов, содержится: кислорода – 63 кг, углерода – 19 кг, азота – 5 кг, кальция – 1 кг, фосфора – 700 граммов, серы – 640 г, натрия – 260 г, калия – 220 г, хлора – 180 г, магния – 40 г, железа – 3 г, йода – 0,03 г.

Фтора, брома, марганца, меди еще меньше. Видимо, и все другие элементы, даже такие редкие, как золото, есть в нашем организме, но в совершенно ничтожных количествах.

Атомы сами по себе в строении тела животных и человека участия не принимают. Чтобы стать строительным материалом, они должны объединиться друг с другом и образовать молекулы. Так сказать, превратиться в «кирпичики», из которых и строится любой организм.

Молекулой называют наименьшую порцию вещества, на которые его можно разделить. Простая смесь атомов, входящих в состав молекулы данного вещества, молекулой не является. Атомы соединяются в молекулы не как попало и не потому, что оказались рядом, а по особым законам, с которыми вы познакомитесь в школе, когда начнете изучать химию. Размер молекул различен. Так, например, молекула газа азота состоит из двух атомов азота, молекула поваренной соли, той, которой мы солим суп и кашу, – из атомов натрия и атомов хлора, вода – из двух атомов водорода и одного атома кислорода. Вещество, которое в виде сахарного песка мы кладем в чай, химики называют сахарозой. Ее молекула состоит из 11 атомов кислорода, 12 атомов углерода и 22 атомов водорода… Как видите, молекулы могут состоять всего из двух атомов, и ученые пока не знают, есть ли предел для размеров молекул. Однако количество комбинаций, которые можно создать из разного количества 90 атомов, огромно. Для построения организма используется лишь небольшая их часть. Из всех возможных типов молекул в построении человеческого тела наиболее заметную роль играют молекулы белков, углеводов и жиров.

Белки – основная и необходимейшая часть любого организма. Их молекулы состоят из большого числа молекул 20 видов аминокислот, образующих длинную цепную молекулу. Видов белков существует огромное множество. Если взять всего по одной молекуле каждой из 20 аминокислот, то, переставляя эти молекулы в разном порядке, из них можно скомбинировать 2 432 902 009 616 640 000 различных белковых молекул.

В жизнедеятельности организма белки играют важнейшую роль. Они используются в построении тела, благодаря им выполняют свою работу мышцы. Особые белки помогают дыханию, разнося по организму кислород, другие помогают регулировать различные процессы, проистекающие в организме, работу сердца, почек, различных желёз, третьи борются с микробами, проникшими в организм, и выполняют множество других функций. Яды змей и других животных – это, как правило, тоже белки.

Углеводы, или сахара, как называют их химики, в своем большинстве состоят из стандартных блоков, построенных из одного атома углерода, одного атома кислорода и двух атомов водорода. Они входят в состав всех живых организмов. Растения, используя анергию солнечных лучей, синтезируют углеводы непосредственно из углекислого газа и воды. В организме животных и человека молекулы углеводов могут синтезироваться только из готовых стандартных блоков, поступивших в их организм с пищей.

Для высокоразвитых организмов углеводы служат главным источником энергии, которая высвобождается, когда они окисляются, как бы сгорают. Используются углеводы и как строительный материал, особенно это заметно у растений: древесина веток и стволов деревьев, кора и листья состоят в основном из углевода целлюлозы, или клетчатки.

Жиры также, как углеводы, состоят из углерода, кислорода и водорода. Они интересны тем, что не растворяются в воде и поэтому в соединении с белками служат материалом для создания наружных стен организма и его внутренних перегородок.

Жиры, как и углеводы, используются в организме вместо дров и, сгорая, отдают в два раза больше энергии, чем углеводы или белки. Поэтому жир в организме запасается впрок. Жир используется и как запас воды, так как после его сгорания вместо углей и пепла остается значительное количество воды. С этой целью в безводных пустынях жиры запасают верблюды. Благодаря запасам жира наши медведи зимой в берлоге не только не голодают, но и не испытывают жажды, хотя многие месяцы не пьют и не едят. Подкожный жир защищает животных от охлаждения. У китов его толщина достигает 70 сантиметров. Кроме того, жир откладывается вокруг важных внутренних органов, сердца, почек, кишечника, предохраняя их от механических повреждений.

Голландец Антони ван Левенгук, всю жизнь занимавшийся шлифованием оптических линз и усовершенствованием микроскопа, еще в XVII веке первым увидел и зарисовал отдельные растительные и животные клетки. Позже английский физик Роберт Гук убедился в том, что растения состоят из клеток, но только в 1839 году немецкий ученый Теодор Шванн понял, что не только растения, а вообще все живые организмы построены из клеток. Таким образом, клетка – это основная единица любого живого организма. Известно, что организмы бывают одноклеточными – это различные крохотные бактерии, инфузории, амебы – или многоклеточными. К ним относятся все крупные существа. В организме человека около 100 триллионов клеток.

Несмотря на разную форму, на различие выполняемых ими функций, все они имеют единый план строения. Клетки отделены и от окружающей среды, и друг от друга с помощью оболочки. Ее называют клеточной мембраной. Она простроена из жиро-белковых молекул.

Оболочка клетки серьезно ограничивает проникновение в нее из окружающей среды различных веществ и выход их из клетки наружу. Жидкое содержимое клетки называют плазмой, или, чтобы не путать с другими плазмами (жидкостями) организма, – цитоплазмой. «Цито» в переводе с греческого означает «сосуд». Благодаря плохой проницаемости клеточной оболочки состав цитоплазмы остается постоянным.

Внутри клетки находятся ее крохотные органы. Их называют органоидами. Важнейшее из них – ядро. Оно руководит многими химическими процессами, осуществляющимися в клетке, в том числе созданием белковых молекул. Кроме того, в ядрах находятся хромосомы – особые гигантские молекулы специальных белков. Это удивительные молекулы. В них с помощью особого «алфавита», состоящего из фрагментов белковых молекул, соединенных в специальной последовательности, как соединяются буквы в слова, описан план строения всего организма, программа его роста, правила работы всех органов и клеток тела.