Inhalt
- Bildung von Wasserstoffbrücken
- Eigenschaften von Wasserstoffbrücken
- Biologische Bedeutung der Wasserstoffbrückenbildung
- Wasserstoffbrückenbildung in Wasser
- Wasserstoffbrückenbildung in Proteinen
Eine Wasserstoffbrücke entsteht, wenn das positive Ende eines Moleküls vom negativen Ende eines anderen angezogen wird. Das Konzept ähnelt der magnetischen Anziehung, bei der sich entgegengesetzte Pole anziehen. Wasserstoff hat ein Proton und ein Elektron. Dies macht Wasserstoff zu einem elektrisch positiven Atom, da es einen Mangel an Elektronen aufweist. Es versucht, seiner Energiehülle ein weiteres Elektron hinzuzufügen, um es zu stabilisieren.
Bildung von Wasserstoffbrücken
Zwei Begriffe sind wichtig für das Verständnis der Wasserstoffbrückenbindung: Elektronegativität und Dipol. Die Elektronegativität ist das Maß für die Tendenz eines Atoms, Elektronen an sich zu ziehen, um eine Bindung zu bilden. Ein Dipol ist eine Trennung von positiven und negativen Ladungen in einem Molekül. Eine Dipol-Dipol-Wechselwirkung ist eine Anziehungskraft zwischen dem positiven Ende eines polaren Moleküls und dem negativen Ende eines anderen polaren Moleküls.
Wasserstoff wird am häufigsten von elektronegativeren Elementen wie Fluor, Kohlenstoff, Stickstoff oder Sauerstoff angezogen. Ein Dipol bildet sich in einem Molekül, wenn Wasserstoff das positivere Ende der Ladung beibehält, während sein Elektron in Richtung des elektronegativen Elements gezogen wird, wo die negative Ladung stärker konzentriert wird.
Eigenschaften von Wasserstoffbrücken
Wasserstoffbrückenbindungen sind schwächer als kovalente oder ionische Bindungen, da sie sich unter biologischen Bedingungen leicht bilden und aufbrechen. Moleküle mit unpolaren kovalenten Bindungen bilden keine Wasserstoffbrücken. Jede Verbindung, die polare kovalente Bindungen aufweist, kann jedoch eine Wasserstoffbindung bilden.
Biologische Bedeutung der Wasserstoffbrückenbildung
Die Bildung von Wasserstoffbrückenbindungen ist in biologischen Systemen wichtig, da die Bindungen die Struktur und Form großer Makromoleküle wie Nukleinsäuren und Proteine stabilisieren und bestimmen. Diese Art der Bindung findet in biologischen Strukturen wie DNA und RNA statt. Diese Bindung ist im Wasser sehr wichtig, da dies die Kraft ist, die zwischen Wassermolekülen besteht, um sie zusammenzuhalten.
Wasserstoffbrückenbildung in Wasser
Sowohl als flüssiges als auch als festes Eis bietet die Bildung von Wasserstoffbrücken zwischen den Wassermolekülen die Anziehungskraft, um die Molekülmasse zusammenzuhalten. Die intermolekulare Wasserstoffbindung ist für den hohen Siedepunkt von Wasser verantwortlich, da sie die Energiemenge erhöht, die erforderlich ist, um die Bindungen aufzubrechen, bevor das Kochen beginnen kann. Durch Wasserstoffbrückenbindung werden Wassermoleküle gezwungen, beim Gefrieren Kristalle zu bilden. Da sich die positiven und negativen Enden der Wassermoleküle in einer Anordnung ausrichten müssen, die es den positiven Enden ermöglicht, die negativen Enden der Moleküle anzuziehen, ist das Gitter oder Gerüst des Eiskristalls nicht so engmaschig wie die flüssige Form und erlaubt Eis im Wasser zu schweben.
Wasserstoffbrückenbildung in Proteinen
Die 3-D-Struktur von Proteinen ist bei biologischen Reaktionen von großer Bedeutung, z. B. bei solchen mit Enzymen, bei denen die Form eines oder mehrerer Proteine ähnlich wie bei einem Schloss- und Schlüsselmechanismus in Öffnungen in Enzymen passen muss. Durch Wasserstoffbrückenbindung können diese Proteine nach Bedarf gebogen, gefaltet und in verschiedene Formen gebracht werden, was die biologische Aktivität des Proteins bestimmt. Dies ist in der DNA sehr wichtig, da das Molekül durch die Bildung von Wasserstoffbrückenbindungen seine Doppelhelixbildung annehmen kann.