Περιεχόμενο
- Σχηματισμός της γέφυρας υδρογόνου
- Ιδιότητες δεσμών υδρογόνου
- Βιολογική σημασία του σχηματισμού δεσμού υδρογόνου
- Ο σχηματισμός γέφυρας υδρογόνου στο νερό
- Ο σχηματισμός γέφυρων υδρογόνου σε πρωτεΐνες
Ένας δεσμός υδρογόνου σχηματίζεται όταν η θετική πλευρά ενός μορίου έλκεται στο αρνητικό άκρο ενός άλλου. Η ιδέα είναι παρόμοια με αυτή της μαγνητικής έλξης στην οποία προσελκύουν οι αντίπαλοι πόλοι. Το υδρογόνο έχει ένα πρωτόνιο και ένα ηλεκτρόνιο. Αυτό κάνει το υδρογόνο ηλεκτρικά θετικό άτομο λόγω της έλλειψης ηλεκτρονίων του. Επιδιώκει να προσθέσει ένα ακόμη ηλεκτρόνιο στο ενεργειακό του στρώμα για να σταθεροποιηθεί.
Σχηματισμός της γέφυρας υδρογόνου
Δύο όροι είναι σημαντικοί για την κατανόηση του πώς σχηματίζεται η γέφυρα υδρογόνου: ηλεκτροαρνητικότητα και δίπολο. Η ηλεκτραρνητικότητα είναι το μέτρο της τάσης ενός ατόμου να τραβήξει ηλεκτρόνια στον εαυτό του για να σχηματίσει έναν δεσμό. Ένα δίπολο είναι ο διαχωρισμός των θετικών και αρνητικών φορτίων σε ένα μόριο. Μια διπολική διπολική αλληλεπίδραση είναι μια ελκυστική δύναμη μεταξύ της θετικής πλευράς ενός πολικού μορίου και της αρνητικής πλευράς ενός άλλου.
Το υδρογόνο προσελκύεται συνήθως από τα πιο ηλεκτροαρνητικά στοιχεία, όπως το φθόριο, ο άνθρακας, το άζωτο και το οξυγόνο. Ένα δίπολο σχηματίζεται σε ένα μόριο όταν το υδρογόνο διατηρεί την πιο θετική πλευρά του φορτίου ενώ το ηλεκτρόνιο τραβιέται από το πιο ηλεκτροαρνητικό στοιχείο, όπου το αρνητικό φορτίο γίνεται περισσότερο συγκεντρωμένο.
Ιδιότητες δεσμών υδρογόνου
Οι γέφυρες υδρογόνου είναι ασθενέστερες από τους ομοιοπολικούς ή ιοντικούς δεσμούς επειδή σχηματίζουν και σπάζουν εύκολα υπό βιολογικές συνθήκες. Μόρια που έχουν απολικούς ομοιοπολικούς δεσμούς δεν σχηματίζουν δεσμούς υδρογόνου. Όμως, οποιαδήποτε ένωση που έχει πολικούς ομοιοπολικούς δεσμούς μπορεί να σχηματίσει τις γέφυρες.
Βιολογική σημασία του σχηματισμού δεσμού υδρογόνου
Ο σχηματισμός δεσμών υδρογόνου είναι σημαντικός στα βιολογικά συστήματα επειδή σταθεροποιούν και καθορίζουν τη δομή και το σχήμα μεγάλων μακρομορίων, όπως το νουκλεϊκό οξύ και οι πρωτεΐνες. Αυτός ο τύπος σύνδεσης συμβαίνει σε βιολογικές δομές, όπως το DNA και το RNA. Αυτή η σύνδεση είναι πολύ σημαντική στο νερό, επειδή είναι η δύναμη που υπάρχει ανάμεσα στα μόρια του νερού που τα συγκρατεί.
Ο σχηματισμός γέφυρας υδρογόνου στο νερό
Τόσο ως υγρό, όσο και ως στερεό, ο σχηματισμός του δεσμού υδρογόνου μεταξύ των μορίων του νερού παρέχει την ελκυστική δύναμη για τη συγκράτηση της μοριακής μάζας. Οι διαμοριακές γέφυρες είναι υπεύθυνες για το υψηλό σημείο τήξης του νερού, επειδή αυξάνουν την ποσότητα ενέργειας που απαιτείται για να σπάσουν τους δεσμούς πριν αρχίσει η βρασμού. Ο δεσμός υδρογόνου αναγκάζει τα μόρια του νερού να σχηματίσουν κρυστάλλους όταν παγώσουν. Δεδομένου ότι οι θετικές και οι αρνητικές πλευρές των μορίων νερού πρέπει να προσανατολίζονται σε μια διάταξη που επιτρέπει στις θετικές πλευρές να προσελκύσουν τα αρνητικά του μορίου, το κρυσταλλικό πλέγμα της δομής του πάγου δεν έχει ένα τόσο μικτό και σφιχτό σχήμα που επιτρέπει στον πάγο να επιπλέει στο νερό.
Ο σχηματισμός γέφυρων υδρογόνου σε πρωτεΐνες
Η τρισδιάστατη δομή των πρωτεϊνών είναι πολύ σημαντική σε βιολογικές αντιδράσεις, όπως εκείνες που αφορούν ένζυμα στα οποία η μορφή μιας ή περισσοτέρων πρωτεϊνών πρέπει να ταιριάζει σε ανοίγματα στα ένζυμα, όπως ένα κλειδί και ένα σύστημα κλειδώματος. Οι γέφυρες υδρογόνου επιτρέπουν στις πρωτεΐνες να κάμπτονται, να περιστρέφονται και να ταιριάζουν σε μια ποικιλία απαραίτητων σχημάτων, τα οποία καθορίζουν τη βιολογική δραστηριότητα της πρωτεΐνης. Αυτό είναι πολύ σημαντικό στο DNA επειδή ο σχηματισμός των γεφυρών επιτρέπει στο μόριο να αναλάβει τον σχηματισμό διπλής έλικας.