Podobnie jak każdy żywy organizm może wydawać się na powierzchni, całe życie składa się zasadniczo z tych samych cząsteczek w rdzeniu. Cząsteczki te powstają w wyniku połączenia węgla, wodoru, tlenu i innych pierwiastków. Wodór, który jest tym samym pierwiastkiem, który tworzy chmury gazu i ogromne gwiazdy, również odgrywa ważną rolę w kompozycji życia.
Definicja
Wodór jest najprostszym i najobficiej występującym pierwiastkiem w całym wszechświecie. Według astrofizyka Davida Palmera około 75 procent całej znanej materii pierwiastkowej składa się z wodoru. Jądro atomu wodoru składa się z pojedynczego protonu, który jest dodatnio naładowaną cząstką. Jeden elektron krąży wokół jądra. Neutrony, które można znaleźć we wszystkich innych pierwiastkach, nie występują w najpowszechniejszej postaci wodoru.
Wiązania elementarne
W żywych organizmach węgiel i wodór są łatwymi partnerami. Węgiel pierwiastka ma dwie obwodowe warstwy, zwane muszlami, otaczające jego jądro. Zewnętrzna powłoka zawiera cztery elektrony. Te cztery elektrony mogą tworzyć oddzielne wiązania kowalencyjne z innymi pierwiastkami, co oznacza, że wiążą się ze sobą poprzez współdzielenie elektronów. Wodór dzieli się tylko elektronem, więc może wiązać się tylko raz, ale do czterech atomów wodoru może wiązać się z jednym atomem węgla. Jednak wodór ma pewne unikalne właściwości. Czasami elektrony dzielą się nierównomiernie z elektroujemnym atomem, takim jak tlen lub azot. Kiedy tak się dzieje, wodór rozwija niewielki dodatni ładunek, który przyciąga inne ujemnie naładowane cząstki. Ponieważ przeciwieństwa przyciągają, wiążą się razem, nie dzieląc się elektronami. Nazywa się to wiązaniem wodorowym. Są słabe, ale użyteczne w żywych organizmach do tworzenia krótkotrwałych i łatwych połączeń.
Organiczne molekuły
Sposób, w jaki wiązania węgla z wodorem, a także inne pierwiastki, takie jak tlen i fosfor, nazywany jest cząsteczką organiczną, która jest podstawową cząsteczką, która stanowi całe życie. Węgiel jest ostatecznie kamieniem węgielnym życia, ponieważ jego wiązania tworzą złożone struktury, które składają się, zginają, łączą ze sobą lub tworzą pierścienie. Atomy węgla i wodoru są tak powszechne w żywych organizmach, że istnieją cząsteczki zwane węglowodorami, które składają się niemal wyłącznie z węgla i wodoru.
Makrocząsteczki
Złożone struktury organiczne tworzą duże makrocząsteczki, takie jak węglowodany, lipidy, białka i kwasy nukleinowe, które składają się z tysięcy atomów w postaci małych jednostek połączonych ze sobą. Pomyśl o zwijanej podwójnej helisie DNA. Ta cząsteczka składa się z dwóch skrętek połączonych wiązaniami wodorowymi. Kiedy DNA musi się odprężyć, aby można go było odczytać, słabe wiązania wodorowe są zrywane. Jednak w przypadku węglowodanów atomy wodoru działają jak czynniki zastępcze. Po usunięciu wodoru dwa cukry łączą się i tworzą długie, powtarzające się łańcuchy silnie połączonej jednostki. Dotyczy to również wielu tłuszczowych lipidów i białek.
Znaczenie
Poza działaniem jako ważny element strukturalny, wodór ma swój udział w prawie każdej fizjologicznej funkcji organizmów żywych, ze względu na swoją użyteczność i obfitość. W zadaniu trawienia wiązania wodorowe z chlorem tworzą kwas solny, który rozkłada tłuszcz i białko w żołądku. W zadaniu oddychania tlenowego ruch swobodnie pływających atomów wodoru pomaga stymulować produkcję energii; jest to podobne do sposobu, w jaki pompa wodna może wytworzyć potencjał energii, który może wykonać pracę. Poza węglem prawdopodobnie nie ma tak często używanego innego elementu i tak wielu ważnych funkcji.
