Водородная связь

Водородная связь представляет собой взаимодействие между молекулами, которое напоминает взаимодействия Ван-дер-Ваальса и происходит в организме человека. Связь играет важную роль, особенно в связи с пептидными связями и цепочками аминокислот в белках. Без способности связываться водородными связями организм нежизнеспособен, потому что ему не хватает жизненно важных аминокислот.

Что такое водородная связь?

Водородные связи называются Водородные связи или Мосты H в сокращенном виде. Это химический эффект, связанный с притягивающим взаимодействием ковалентно связанных атомов водорода со свободными электронными парами атома, группирующего атомы. Взаимодействие основано на полярности и, более точно, описывается между положительно поляризованными атомами водорода в амино- или гидроксильной группе и неподеленными парами электронов в других функциональных группах.

Взаимодействие происходит только при определенных обстоятельствах. Одно из условий - это электроотрицательность свободных электронных пар. Это свойство должно быть сильнее, чем электроотрицательное свойство водорода, чтобы создать прочную связь. Таким образом, атом водорода может быть связан полярным. Электроотрицательно свободными атомами могут быть, например, азот, кислород и фтор.

Водородные связи - это вторичные валентные связи, сила которых обычно намного ниже, чем у ковалентных или ионных связей. Молекулы с водородными связями имеют относительно высокую температуру плавления и такую ​​же высокую температуру кипения по отношению к их молярной массе. Связи имеют медицинское значение, прежде всего, в отношении пептидов и нуклеиновых кислот в организме.

Водородные связи - это межмолекулярные силы. Без их существования вода не существовала бы в различных агрегатных состояниях, но была бы газообразной.

Функция и задача

Водородная связь имеет только слабое взаимодействие и возникает между двумя частицами или внутри молекул. В этом контексте тип связи играет роль, например, для образования третичных структур в белках. В биохимии структура белка означает различные структурные уровни белка или пептида. Структуры этих встречающихся в природе веществ иерархически разделены на первичную структуру, вторичную структуру, третичную структуру и четвертичную структуру.

Аминокислотная последовательность является первичной структурой. Всякий раз, когда белок упоминается в связи с его пространственным расположением, часто упоминаются конформации белка и явление конформационного изменения. В этом контексте изменение конформации соответствует изменению пространственной структуры. Расположение белков основано на пептидной связи. Этот тип связи всегда соединяет аминокислоты одинаковым образом.

В клетках пептидные связи опосредуются рибосомами. Каждая пептидная связь соответствует соединению карбоксильных групп одной аминокислоты и аминогруппы второй аминокислоты, которое связано с отщеплением воды. Этот процесс также известен как гидролиз.

В каждой пептидной связи одинарная связь соединяет группу C = O с группой NH. У атома азота ровно одна неподеленная пара электронов. Из-за высокой электроотрицательности кислорода эта свободная пара находится под электроноакцепторным влиянием атомов O2. Таким образом, кислород частично втягивает неподеленную пару электронов в связь между атомом азота и атомом углерода, и пептидная связь приобретает характер частичной двойной связи. Характер двойной связи исключает свободное вращение групп NH и C = O.

Атомы кислорода и атомы водорода пептидных связей важны для формирования структуры всех без исключения пептидов и белков. Таким образом, две аминокислоты могут присоединяться друг к другу. После такого присоединения все пептидные связи двух цепочек аминокислот находятся прямо напротив друг друга. Атомы водорода в пептидной связи относительно положительно поляризованы по сравнению с атомами кислорода в прямо противоположных пептидных связях. Таким образом, образуются водородные связи, которые соединяют две аминокислотные цепи друг с другом.

Все аминокислоты в организме человека представляют собой органические соединения, состоящие по крайней мере из одной карбоксильной группы и одной аминогруппы. Аминокислоты - важнейший структурный компонент человеческой жизни. В дополнение к α-аминокислотам белков известно более 400 непротеиногенных аминокислот с биологическими функциями, которые не могут возникнуть без водородных связей. Такие силы, как водородная связь, стабилизируют третичную структуру аминокислот.

Здесь вы можете найти свое лекарство

Болезни и недуги

Если имеет место нарушение формирования функциональных пространственных белковых структур, обычно говорят о нарушениях сворачивания белков. Одно из таких состояний - болезнь Хантингтона. Это генетическое заболевание наследуется по аутосомно-доминантному признаку и возникает из-за генетической мутации в хромосоме 4. Мутация приводит к нестабильности продукта гена. Заболевание представляет собой неврологическое заболевание, которое в первую очередь связано с непроизвольным гиперкинезом дистальных отделов конечностей и лица. Стойкий гиперкинез приводит к ригидности пораженных мышц. Кроме того, пациенты с этим заболеванием страдают повышенным потреблением энергии.

Патологические симптомы, связанные с водородными связями или общей структурой белка, также присутствуют при прионных заболеваниях, таких как коровье бешенство. Самая популярная гипотеза заключается в том, что BSE вызывает неправильную укладку белков. Эти неправильно свернутые белки не могут быть расщеплены физиологическими процессами и поэтому накапливаются в тканях, особенно в центральной нервной системе. Результат - дегенерация нервных клеток.

В связи с болезнью Альцгеймера также обсуждаются дефекты структуры белка. Упомянутые заболевания не влияют напрямую на водородную связь, но относятся к пространственной структуре белков, в которую водородная связь вносит значительный вклад.

Организм с абсолютной неспособностью к водородной связи нежизнеспособен. Мутация, вызывающая это, может привести к аборту на ранних сроках беременности.