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2 La chimica della vita
Da un punto di vista chimico ciò che distingue un essere vivente dalla materia inanimata non è
il tipo di elementi chimici di cui è costituito, ma la complessità con cui tali elementi si legano
per dare origine alle enorme varietà delle sostanze organiche.
Il Carbonio che costituisce il diamante, la grafite e le rocce calcaree è assolutamente identico al
carbonio che forma l'emoglobina del sangue o il glucosio, ma in tali molecole biologiche esso si
lega a formare strutture incomparabilmente più complesse.
Gli esseri viventi richiedono in definitiva composti chimici altamente organizzati, ordinati e
spesso caratterizzati da un elevato contenuto energetico.
Le molecole biologiche sono composte peraltro da un numero relativamente esiguo di elementi
chimici. Dei 92 elementi esistenti in natura gli esseri viventi ne utilizzano in pratica una
trentina e quasi tutti a basso peso atomico (i primi elementi della tabella periodica).
Tra questi alcuni sono presenti in tracce, altri vengono utilizzati in maniera massiccia, basti
pensare che il 99% di un essere vivente è formato da 6 elementi chimici: il Carbonio (C),
l'Idrogeno (H), l'Ossigeno (O), l'Azoto (N), il Fosforo (P) e lo Zolfo (S). [sigla CHONPS].
2.1 Il carbonio
Un posto centrale nella chimica della vita spetta al Carbonio. Il motivo principale è che il
Carbonio, oltre ad essere un elemento particolarmente diffuso in natura, possiede 4 elettroni
superficiali che può condividere con altri elementi chimici (ed anche con altri atomi di
Carbonio) per formare quattro legami covalenti stabili.
Il fatto più interessante è però la capacità del carbonio di legarsi con altri atomi di carbonio per
formare lunghe catene, variamente ramificate o addirittura chiuse a formare anelli (in realtà
poligoni), mantenendo nel contempo legami liberi che vengono saturati da altri elementi
chimici (essenzialmente H, O, N). In tal modo le combinazioni possibili risultano virtualmente
infinite.
In molti casi le macromolecole organiche raggiungono complessità e varietà ancor maggiori
attraverso il processo di polimerizzazione.
Un polimero è un composto formato dalla successione di molte molecole uguali (monomeri)
o di pochi tipi diversi. Uno stesso monomero può agganciarsi in modi diversi formando polimeri
aventi differenti caratteristiche (il glucosio, ad esempio, forma sia la cellulosa che l'amido).
Il Carbonio va quindi a costituire una specie di impalcatura, rappresenta lo scheletro di tutte le
sostanze organiche, al punto che la chimica organica è conosciuta anche come chimica del
carbonio.
L'unica sostanza con caratteristiche chimiche molto simili è il Silicio, l'elemento con il quale si
costruiscono i chips dei computer. Forse in qualche altro mondo potrebbe esistere una vita
basata sulla chimica del Silicio.
Quando il Carbonio si lega con se stesso produce molecole dalla geometria variabile che
dipende dagli angoli di legame.
Si possono a tal proposito distinguere tre casi:
2.1.1 carbonio tetraedrico
il Carbonio forma 4 legami covalenti semplici (carbonio tetraedrico)
in questo caso i quattro legami sono tra loro equidistanti e formano l'uno con l'altro angoli di
legame di circa 109°. Possiamo immaginare l'atomo di Carbonio al centro di un tetraedro con i
quattro legami che puntano verso i vertici.
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