Gli esseri viventi qui sulla Terra sono accomunati da una particolarità: il carbonio (C).

Quando si parla di vita terrestre, infatti, si parla di chimica del carbonio,vale a dire di una chimica dove il carbonio funge il ruolo di attore principale perché, grazie alle sue caratteristiche, crea lo scheletro delle strutture molecolari tipiche della vita.

Accanto al carbonio, vi sono tre coprotagonisti vale a dire idrogeno (H), azoto(N) e ossigeno(O).  Allo scheletro di carbonio si legano principalmente questi tre attori. Quindi questa combinazione si potrebbe definire arbitrariamente la “regola del CHNO” o, meglio in italiano, “la regola del CIAO” (riscuote ancora più successo).

Poi ci sono attori minori come fosforo (P), magnesio(Mg), cobalto (Co), ferro(Fe), zolfo(S),  sodio(Na), potassio(K), calcio(Ca), iodio(I), zinco(Zn), rame(Cu), ecc.

Insomma c’è un po’ di tutto. Alcuni elementi si organizzano in molecole, mentre altri rimangono sottoforma di ioni a dare il proprio contributo alla formazione del vivente. Tutto prodotto dall’universo.

Questa è pressappoco la chimica della vita.

Ma principalmente come si costruiscono le molecole della vita?

Abbiamo detto che è il carbonio a costruire lo scheletro delle molecole della vita a cui si legano gli altri elementi. Dapprima i coprotagonisti citati sopra (nella maggior parte dei casi), poi gli attori minori, che, anche se inseriti con minor frequenza, ricoprono un ruolo comunque importante.

Perché dunque la natura ha scelto il carbonio per ricopre il ruolo più delicato della costruzione del vivente?

Il carbonio ha una posizione privilegiata nella tavola periodica. Appartiene al IV gruppo A e possiede 4 elettroni esterni. Questo conferisce a tale elemento caratteristiche particolari.

Stabilisce esclusivamente legami covalenti e quindi non ha né la tendenza a cedere, né la tendenza ad acquistare elettroni.

 N.B. Un atomo è formato da un nucleo e da elettroni che girano intorno ad esso descrivendo delle orbite. Un po’ come è strutturato il sistema solare: il sole è il nucleo e i pianeti sono gli elettroni che girano intorno al Sole descrivendo orbite. Gli elettroni più esterni per stabilizzare l’atomo devono essere, in genere, in numero di 8, o magari non esserci proprio. Quindi l’atomo, per raggiungere l’obiettivo, stabilisce legami chimici, che sono poi di varia natura.

In genere se l’orbita è di 1 o 2 elettroni, per stabilizzare il tutto, l’atomo tende a cederli entrambi. Se l’orbita esterna è costituita ad esempio da 7 elettroni, per stabilizzare il tutto, è più facile acquisire un elettrone da un altro atomo disposto a cederli raggiungendo così la quota di 8. Si crea uno ione e si tende alla formazione di un legame di tipo ionico.

C’è una terza chance. L’atomo invece di cedere o di acquisire elettroni, può condividere i suoi con un altro atomo.  L’atomo A condivide un proprio elettrone con l’elettrone di un secondo atomo B. Si crea una coppia. Gli atomi si legano insieme e sia l’elettrone dell’uno e sia l’elettrone dell’altro orbitano intorno ad entrambi gli atomi completando la quota di 8 elettroni di entrambi gli atomi. Si crea il cosiddetto legame covalente. Questo tipo di legame è più stabile rispetto a quello ionico ed è l’ideale per costruire molecole della vita.

I concetti del nota bene sono molto semplificati. Spero di aver reso l’idea.

Tornando al discorso di prima. L’atomo di carbonio ha 4 elettroni esterni e quindi si trova in una posizione intermedia. Non tende a cedere o ad acquisire nuovi elettroni, ma stabilisce esclusivamente legami covalenti. Stabilisce 4 legami covalenti.

Ma la particolarità più importante è che un atomo di carbonio, oltre a stabilire legami con altri atomi, può stabilire dei legami con altri atomi di carbonio. Il legame carbonio – carbonio è molto stabile per il raggio atomico piccolo. Ciò conferisce al legame covalente che si forma un rapporto tra gli atomi molto intimo e stretto e quindi stabile.
La conseguenza di tutto ciò è che il legame carbonio – carbonio è in grado di creare lunghe catene di atomi di carbonio che possono essere semplici, ramificate, chiuse ad anello.

Il carbonio spende legami con i propri simili ma dato che ne può stabilirne 4, ogni catena può stabilire altri legami da spendere con altri atomi. E gli altri atomi sono appunto i coprotagonisti di inizio articolo e eventualmente gli attori minori.

Si è visto che si possono formare più di un milione di composti.
Questo numero è legato al fatto che, anche se le molecole sono fatte degli stessi atomi, la loro disposizione è tale da avere proprietà chimiche e fisiche differenti (sono degli isomeri). Stessi atomi, ma diverse molecole.

Le molecole organiche, inoltre, possono polimerizzare, cioè si possono unire tra loro, aumentando cosi il numero di composti che si possono formare.

Figura 1 Il legame carbonio - carbonio può creare catene, anelli e ramificazioni complesse permettendo di creare numerosi composti. Accanto all’anello c’è la struttura di un amminoacido (R sta per una catena di carbonio generica, unica per ogni amminoacido)

Tutto questo fa del carbonio un elemento importante per la vita, oserei dire fondamentale.

Il carbonio è diffuso nel cosmo. Si trovano ad esempio amminoacidi, i mattoni delle proteine. Logico pensare che altrove possa accadere ciò che è accaduto sulla Terra.

Un’ultima considerazione.

Anche il silicio presenta caratteristiche simili al carbonio. Nella tavola periodica sta appena al di sotto il carbonio e possiede un paio di orbite in più. Gli elettroni più esterni si trovano più distanti dal nucleo dell’atomo e, forse, è questo il motivo, per cui non c’è quella stabilità dimostrata dal carbonio per creare la vita. Magari vengo smentito e si troveranno forme di vita al silicio in futuro.

Non escludiamo mai niente, ma visto che le stelle producono facilmente il carbonio e lo diffondono tramite le loro esplosioni è logico immaginare che il carbonio sia un candidato ideale per la vita, anche altrove.

(peppe)