Περιεχόμενο
- Σχηματισμός δεσμών υδρογόνου
- Ιδιότητες των δεσμών υδρογόνου
- Βιολογική σημασία του σχηματισμού δεσμών υδρογόνου
- Συγκρότηση δεσμών υδρογόνου στο νερό
- Ο σχηματισμός δεσμών υδρογόνου σε πρωτεΐνες
Ένας δεσμός υδρογόνου σχηματίζεται όταν το θετικό άκρο ενός μορίου έλκεται στο αρνητικό άκρο ενός άλλου. Η ιδέα είναι παρόμοια με τη μαγνητική έλξη όπου τα αντίθετα πόλοι προσελκύουν. Το υδρογόνο έχει ένα πρωτόνιο και ένα ηλεκτρόνιο. Αυτό κάνει το υδρογόνο ηλεκτρικά θετικό άτομο επειδή έχει έλλειψη ηλεκτρονίων. Επιδιώκει να προσθέσει ένα άλλο ηλεκτρόνιο στο ενεργειακό του κέλυφος για να το σταθεροποιήσει.
Σχηματισμός δεσμών υδρογόνου
Δύο όροι είναι σημαντικοί για την κατανόηση του τρόπου που σχηματίζεται ο δεσμός υδρογόνου: η ηλεκτροαρνητικότητα και το δίπολο. Η ηλεκτραρνητικότητα είναι το μέτρο της τάσης ενός ατόμου να προσελκύσει ηλεκτρόνια στον εαυτό του για να σχηματίσει έναν δεσμό. Ένα δίπολο είναι ένας διαχωρισμός θετικών και αρνητικών φορτίων σε ένα μόριο. Μια αλληλεπίδραση διπολικού διπολίου είναι μια ελκυστική δύναμη μεταξύ του θετικού άκρου ενός πολικού μορίου και του αρνητικού άκρου ενός άλλου πολικού μορίου.
Το υδρογόνο συνηθέστερα προσελκύεται από περισσότερα ηλεκτροαρνητικά στοιχεία από τον εαυτό του, όπως το φθόριο, ο άνθρακας, το άζωτο ή το οξυγόνο. Ένα δίπολο σχηματίζεται σε ένα μόριο όταν το υδρογόνο διατηρεί το πιο θετικό τέλος του φορτίου ενώ το ηλεκτρόνιο του τραβιέται προς το ηλεκτροαρνητικό στοιχείο όπου το αρνητικό φορτίο θα είναι πιο συγκεντρωμένο.
Ιδιότητες των δεσμών υδρογόνου
Οι δεσμοί υδρογόνου είναι ασθενέστεροι από τους ομοιοπολικούς ή ιοντικούς δεσμούς, επειδή σχηματίζονται εύκολα και διασπώνται υπό βιολογικές συνθήκες. Μόρια που έχουν μη πολικούς ομοιοπολικούς δεσμούς δεν σχηματίζουν δεσμούς υδρογόνου. Αλλά οποιαδήποτε ένωση που έχει πολικούς ομοιοπολικούς δεσμούς μπορεί να σχηματίσει δεσμό υδρογόνου.
Βιολογική σημασία του σχηματισμού δεσμών υδρογόνου
Ο σχηματισμός δεσμών υδρογόνου είναι σημαντικός σε βιολογικά συστήματα επειδή οι δεσμοί σταθεροποιούν και καθορίζουν τη δομή και το σχήμα μεγάλων μακρομορίων όπως νουκλεϊκά οξέα και πρωτεΐνες. Αυτός ο τύπος σύνδεσης συμβαίνει σε βιολογικές δομές, όπως το DNA και το RNA. Αυτός ο δεσμός είναι πολύ σημαντικός στο νερό γιατί αυτή είναι η δύναμη που υπάρχει ανάμεσα στα μόρια του νερού για να τα συγκρατήσουμε.
Συγκρότηση δεσμών υδρογόνου στο νερό
Τόσο ως υγρό όσο και ως στερεό πάγο, ο σχηματισμός δεσμού υδρογόνου μεταξύ των μορίων του νερού παρέχει την ελκυστική δύναμη να συγκρατεί μαζί τη μοριακή μάζα. Ο διαμοριακός δεσμός υδρογόνου είναι υπεύθυνος για το υψηλό σημείο ζέσεως του νερού επειδή αυξάνει την ποσότητα ενέργειας που απαιτείται για να σπάσει τους δεσμούς πριν αρχίσει να βράζει. Ο δεσμός υδρογόνου αναγκάζει τα μόρια του νερού να σχηματίσουν κρυστάλλους όταν παγώνουν. Δεδομένου ότι τα θετικά και τα αρνητικά άκρα των μορίων του νερού πρέπει να προσανατολιστούν σε μια διάταξη που επιτρέπει στα θετικά άκρα να προσελκύσουν τα αρνητικά άκρα των μορίων, το πλέγμα ή το πλαίσιο του κρυστάλλου πάγου δεν είναι τόσο στενά συνδεδεμένο με τη υγρή μορφή και επιτρέπει πάγο για να επιπλέει στο νερό.
Ο σχηματισμός δεσμών υδρογόνου σε πρωτεΐνες
Η δομή των πρωτεϊνών 3-D είναι πολύ σημαντική σε βιολογικές αντιδράσεις όπως εκείνες που αφορούν ένζυμα όπου το σχήμα μίας ή περισσοτέρων πρωτεϊνών πρέπει να ταιριάζει σε ανοίγματα σε ένζυμα πολύ σαν μηχανισμός κλειδώματος και κλειδιού. Η δέσμευση υδρογόνου επιτρέπει στις πρωτεΐνες αυτές να κάμπτονται, να διπλώνονται και να ταιριάζουν σε διάφορα σχήματα ανάλογα με τις ανάγκες που καθορίζουν τη βιολογική δραστικότητα της πρωτεΐνης. Αυτό είναι πολύ σημαντικό στο DNA επειδή ο σχηματισμός δεσμών υδρογόνου επιτρέπει στο μόριο να αναλάβει τον σχηματισμό διπλής έλικας.