Lexikon der Biologie

Wasserstoff



Wasserstoff, das einfachste (leichteste) chemische Element, liegt bei Zimmertemperatur in Form des molekularen Diwasserstoffs H2 vor, der ein brennbares, farb-, geruch- und geschmackloses Gas ist. Aufgrund der geringen Molekülmasse und der damit zusammenhängenden hohen mittleren Teilchengeschwindigkeit besitzt Wasserstoff ein ausgezeichnetes Diffusions- (Diffusion) und Wärmeleitvermögen und verhält sich in gasförmigem Zustand weitgehend wie ein ideales Gas. In Wasser und anderen Lösungsmitteln ist Wasserstoff wenig löslich (Löslichkeit). Der pH-Wert ist ein Maß für die Konzentration der H+-Ionen (Protonen) einer wäßrigen Lösung. Typisch für Wasserstoff ist die Ausbildung kovalenter Bindungen (chemische Bindung) zu den Elementen mittlerer und hoher Elektronegativität. Diwasserstoff ist infolge der hohen Bindungsenergie relativ reaktionsträge. Daher bedürfen entsprechende Umsetzungen normalerweise einer Aktivierung durch Wärme oder Strahlungs-Energie bzw. der Anwesenheit eines Katalysators.

Wasserstoff kommt in allen Biomolekülen, an Kohlenstoff (C), Stickstoff (N), Sauerstoff (O) oder Schwefel (S) gebunden, vor. Die Abspaltung von Wasserstoff ist gleichbedeutend mit Oxidation. Der biologische Prozeß, durch den in atmenden Zellen (Atmung) Wasserstoff mit Sauerstoff verbunden wird, ist die Elektronentransportkette (Elektronentransport, protonenmotorische Kraft) der Atmungskette. In ihr wird der als Knallgasreaktion normalerweise explosionsartig ablaufende Prozeß in kleine Schritte zerlegt und zur Gewinnung von chemischer Energie in Form von ATP (Adenosintriphosphat) genutzt. An den meisten biologischen Reaktionen nimmt Wasserstoff als Proton (H+) + e teil. Die Coenzyme NADH (Nicotinamidadenindinucleotid) und NADPH (Nicotinamidadenindinucleotidphosphat) fungieren als Überträger von H+ und 2 e (äquivalent zu einem Hydridion). Reaktionen, die H2 einbeziehen, sind selten (wasserstoffoxidierende Bakterien).

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