Hoe verschillend elk levend organisme ook lijkt te zijn aan het oppervlak, al het leven bestaat in essentie uit dezelfde moleculen in de kern. Deze moleculen worden gevormd door de manier waarop koolstof, waterstof, zuurstof en andere elementen aan elkaar binden. Waterstof, dat hetzelfde element is dat gaswolken en grote sterren samenstelt, speelt ook een belangrijke rol in de samenstelling van het leven.
Definitie
Waterstof is het eenvoudigste en meest voorkomende element in het hele universum. Volgens astrofysicus David Palmer bestaat ongeveer 75 procent van alle bekende elementaire materie die bestaat uit waterstof. De kern van een waterstofatoom is gemaakt van een enkel proton, wat een positief geladen deeltje is. Eén elektron draait om de buitenkant van de kern. Neutronen, die in alle andere elementen te vinden zijn, bestaan niet in de meest voorkomende vorm van waterstof.
Elementaire obligaties
In levende organismen maken koolstof en waterstof makkelijke partners. Het element koolstof heeft twee banenlagen, shells genaamd, die de kern omringen. De buitenste schil bevat vier elektronen. Deze vier elektronen kunnen afzonderlijke covalente bindingen vormen met andere elementen, wat betekent dat ze aan elkaar binden door elektronen te delen. Waterstof heeft alleen een elektron om te delen, dus het kan slechts één keer binden, maar maximaal vier waterstofatomen kunnen zich binden aan één koolstofatoom. Waterstof heeft echter enkele unieke eigenschappen. Soms deelt het elektronen ongelijk met een elektronegatief atoom, zoals zuurstof of stikstof. Wanneer dit gebeurt, ontwikkelt waterstof een lichte positieve lading, die andere negatief geladen deeltjes aantrekt. Omdat tegenstellingen aantrekken, binden ze zich samen zonder elektronen te delen. Dit wordt een waterstofbrug genoemd. Ze zijn zwak maar nuttig in levende organismen voor het vormen van kortlevende en eenvoudige verbindingen.
Organische moleculen
De manier waarop koolstofbindingen met waterstof, evenals andere elementen, zoals zuurstof en fosfor, een organisch molecuul wordt genoemd, dat een fundamenteel molecuul is dat al het leven vormt. Koolstof is uiteindelijk de hoeksteen van het leven, omdat de verbindingspatronen complexe structuren creëren die samen vouwen, buigen, ketting vormen of ringen vormen. Koolstof- en waterstofatomen komen zo vaak voor in levende organismen dat er moleculen zijn die koolwaterstoffen worden genoemd en die bijna volledig bestaan uit koolstof en waterstof.
macromoleculen
Complexe organische structuren vormen grote macromoleculen, zoals koolhydraten, lipiden, eiwitten en nucleïnezuren, die zijn samengesteld uit duizenden atomen in de vorm van kleine eenheden die aan elkaar zijn gebonden. Denk aan de opwindende dubbele helix van DNA. Dit molecuul bestaat uit twee twijnen die aan elkaar zijn gebonden door waterstofbruggen. Wanneer DNA zich moet afwikkelen zodat het kan worden gelezen, zijn de zwakke waterstofbruggen verbroken. In koolhydraten fungeren waterstofatomen echter eigenlijk als tijdelijke aanduidingen. Zodra de waterstof is verwijderd, binden twee suikers zich aan elkaar en vormen lange herhalingsketens van een sterk gekoppelde eenheid. Dit geldt ook voor veel vetlipiden en eiwitten.
Betekenis
Naast dat het als een belangrijk structureel element fungeert, heeft waterstof, vanwege zijn bruikbaarheid en overvloed, bijna elke fysiologische functie van levende organismen bij de hand. In de taak van de spijsvertering, waterstofbruggen met chloor om zoutzuur te vormen, die vet en eiwit in de maag afbreekt. In de taak van aërobe ademhaling, stimuleert de beweging van vrij zwevende waterstofatomen de productie van energie; dit is vergelijkbaar met de manier waarop een waterpomp een energiepotentieel kan creëren dat werk kan doen. Naast koolstof is er waarschijnlijk geen ander element dat zo vaak en voor zoveel belangrijke functies wordt gebruikt.
