So unterschiedlich wie jeder lebende Organismus auf der Oberfläche zu sein scheint, besteht alles Leben im Grunde aus denselben Molekülen im Kern. Diese Moleküle entstehen durch die Verbindung von Kohlenstoff, Wasserstoff, Sauerstoff und anderen Elementen. Wasserstoff, der das gleiche Element ist, das Gaswolken und riesige Sterne bildet, spielt auch eine wichtige Rolle in der Zusammensetzung des Lebens.
Definition
Wasserstoff ist das einfachste und häufigste Element im gesamten Universum. Laut dem Astrophysiker David Palmer bestehen etwa 75 Prozent aller bekannten elementaren Materie aus Wasserstoff. Der Kern eines Wasserstoffatoms besteht aus einem einzelnen Proton, einem positiv geladenen Teilchen. Ein Elektron umkreist die Außenseite des Kerns. Neutronen, die in allen anderen Elementen gefunden werden können, existieren nicht in der gebräuchlichsten Form von Wasserstoff.
Elementarbindungen
In lebenden Organismen machen Kohlenstoff und Wasserstoff leichte Partner. Das Element Kohlenstoff hat zwei umkreisende Schichten, Schalen genannt, die seinen Kern umgeben. Die äußere Hülle enthält vier Elektronen. Diese vier Elektronen können getrennte kovalente Bindungen mit anderen Elementen bilden, was bedeutet, dass sie sich durch gemeinsame Elektronen verbinden. Wasserstoff hat nur ein Elektron, so dass er nur einmal binden kann, aber bis zu vier Wasserstoffatome können an ein Kohlenstoffatom binden. Wasserstoff hat jedoch einige einzigartige Eigenschaften. Manchmal teilt es Elektronen ungleich mit einem elektronegativen Atom, wie Sauerstoff oder Stickstoff. Wenn dies geschieht, entwickelt Wasserstoff eine leichte positive Ladung, die andere negativ geladene Teilchen anzieht. Weil sich Gegensätze anziehen, verbinden sie sich, ohne Elektronen zu teilen. Dies wird als Wasserstoffbindung bezeichnet. Sie sind schwach, aber in lebenden Organismen nützlich, um kurzlebige und einfache Verbindungen zu bilden.
Organische Moleküle
Die Art und Weise, in der Kohlenstoff zu Wasserstoff, sowie anderen Elementen, wie Sauerstoff und Phosphor, bindet, wird ein organisches Molekül genannt, das ein fundamentales Molekül ist, das alles Leben konstituiert. Kohlenstoff ist letztlich der Grundstein für das Leben, denn seine Bindungsmuster erzeugen komplexe Strukturen, die sich falten, biegen, verketten oder Ringe bilden. Kohlenstoff- und Wasserstoffatome sind in lebenden Organismen so weit verbreitet, dass es Moleküle gibt, die Kohlenwasserstoffe genannt werden, die fast ausschließlich aus Kohlenstoff und Wasserstoff bestehen.
Makromoleküle
Komplexe organische Strukturen bilden große Makromoleküle, wie Kohlenhydrate, Lipide, Proteine und Nukleinsäuren, die aus Tausenden von Atomen in Form von kleinen Einheiten bestehen, die miteinander verbunden sind. Denken Sie an die gewundene Doppelhelix der DNA. Dieses Molekül besteht aus zwei verdrillten Strängen, die durch Wasserstoffbrücken miteinander verbunden sind. Wenn die DNA sich abwickeln muss, damit sie gelesen werden kann, sind die schwachen Wasserstoffbrücken gebrochen. In Kohlenhydraten fungieren Wasserstoffatome jedoch tatsächlich als Platzhalter. Sobald der Wasserstoff entfernt ist, verbinden sich zwei Zucker und bilden lange sich wiederholende Ketten einer stark verknüpften Einheit. Dies gilt auch für viele Fettlipide und Proteine.
Bedeutung
Abgesehen davon, dass Wasserstoff ein wichtiges strukturelles Element darstellt, kann es aufgrund seiner Nützlichkeit und Häufigkeit in fast jeder einzelnen physiologischen Funktion lebender Organismen eingesetzt werden. Bei der Aufgabe der Verdauung verbindet sich Wasserstoff mit Chlor zu Salzsäure, die im Magen Fett und Eiweiß abbaut. Bei der Aufgabe der aeroben Atmung fördert die Bewegung frei schwebender Wasserstoffatome die Energieproduktion; Das ist vergleichbar mit der Art und Weise, in der eine Wasserpumpe ein Energiepotenzial erzeugen kann, das funktionieren kann. Neben Kohlenstoff wird wahrscheinlich kein anderes Element so oft und für so viele wichtige Funktionen verwendet.
