Idrogeno

Idrogeno

L'idrogeno è un elemento chimico di peso atomico 1,008, simbolo H, isolato e studiato come 'aria infiammabile' nel 1766 da H. Cavendish. Il suo nome (alla lettera "che genera acqua") deriva dal francese hydrogène, termine coniato nel 1787 dal chimico L.B. Guyton de Morveau con A.-L. Lavoisier e altri.

Caratteri generali

Dell'idrogeno sono noti tre isotopi: il protio (o idrogeno propriamente detto, ¹H), il deuterio (o idrogeno pesante, ²H) e il tritio (³H). L'idrogeno ordinario è costituito per il 99,985% da protio e per il restante 0,015% da deuterio. Il tritio, radioattivo, è presente in natura solo in minime quantità. L'idrogeno si trova allo stato libero in diversi gas naturali; nell'atmosfera è contenuto solo in tracce, ma a grandi altezze (sopra i 100 km) è presente in quantità maggiori. Si forma nei gas intestinali di alcuni animali (bovini soprattutto) e per fermentazione della cellulosa a opera di microrganismi anaerobici. Allo stato combinato è, dopo l'ossigeno e il silicio, l'elemento più abbondante sulla Terra: costituisce l'11,19% (in massa) dell'acqua ed è contenuto in percentuale più o meno elevata in tutte le sostanze organiche. A temperatura ordinaria è un gas inodore, incolore, insapore, infiammabile. È il gas più leggero (14,39 volte meno denso dell'aria), caratterizzato da notevole diffusibilità e alta conducibilità termica. Dopo l'elio ha il punto di ebollizione più basso ed è quindi difficilissimo condurlo allo stato liquido. Per dissociazione elettrolitica genera idrogenioni, che facilmente si legano a ossigeno o a radicali o ad atomi elettronegativi. Ha, infatti, una grande affinità per gli elementi elettronegativi, caratteristica sfruttata nelle reazioni di riduzione e anche in biologia in quelle di idrogenazione.

Biochimica dell'idrogeno

In biochimica l'idrogeno viene preso in esame per alcuni fondamentali aspetti: la presenza come costituente di molecole organiche, il ruolo che svolge nel metabolismo delle ossidazioni cellulari e quello strutturale nelle molecole biologiche complesse. Esso si trova, in quantità variabile, in tutte le molecole organiche che sono contenute nelle cellule animali e in quelle vegetali: infatti gli atomi di carbonio delle molecole organiche sono legati ad atomi di idrogeno o a radicali che contengono idrogeno (-OH, -SH, -CH₃, =CH- ecc.), all'interno oppure all'estremità di una catena, costituendo catene cicliche o acicliche, sature o non sature. La maggiore quantità di idrogeno presente nell'organismo, comunque, è sotto forma di acqua, proveniente sia dall'apporto esterno sia come tappa di processi metabolici che determinano la formazione di anidride carbonica e acqua, entrambe eliminate. I meccanismi di ossidazione, sia con fissazione dell'ossigeno sia con deidrogenazione, rappresentano le due vie percorse dalla degradazione delle molecole organiche fino a pervenire alla combustione totale in acqua e anidride carbonica. L'ossidazione con deidrogenazione comporta il trasporto, legato a meccanismi specifici, di un atomo di idrogeno fino a farlo giungere a contatto con l'ossigeno attivato per formare acqua. Esistono enzimi con il compito di attivare e trasportare l'idrogeno, rappresentati da un coenzima eterociclico azotato in grado di fissare l'idrogeno in maniera reversibile. Questo elemento chimico partecipa a un particolare tipo di legame detto legame a idrogeno, molto meno forte di uno covalente. I legami a idrogeno svolgono un ruolo fondamentale nella struttura cellulare di molecole complesse (proteine e acidi nucleici), in quanto contribuiscono al mantenimento di essa e a quello di diverse strutture rigide, quali le fibre proteiche. I legami a idrogeno che si costituiscono fra l'ossigeno carbonilico e l'azoto amidico della catena peptidica in cui gli aminoacidi sono uniti da legami covalenti (struttura primaria) determinano la struttura secondaria delle proteine; a seconda che tali legami siano intra- o intermolecolari verranno a costituirsi, rispettivamente, strutture a elica o a foglio. Insieme ad altre forme di legame, quelli a idrogeno partecipano anche al mantenimento della struttura terziaria delle proteine. Nella struttura degli acidi nucleici, essi assicurano il mantenimento della posizione spaziale delle basi puriniche rispetto a quella delle basi pirimidiniche. Infine, per la vita della cellula è essenziale che sia regolata in modo ottimale la concentrazione di ioni H⁺ (v. acido-base), fondamentale per lo svolgimento dell'attività enzimatica.

Bibliografia

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