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Wasserstoffbrückenbindung ist in vielen chemischen Prozessen wichtig. Die Wasserstoffbrückenbindung ist für die einzigartigen Lösungsmitteleigenschaften des Wassers verantwortlich. Wasserstoffbrückenbindungen halten komplementäre DNA-Stränge zusammen und bestimmen die dreidimensionale Struktur von gefalteten Proteinen, einschließlich Enzymen und Antikörpern.
Ein Beispiel: Wasser
Eine einfache Methode zur Erklärung von Wasserstoffbrückenbindungen ist die mit Wasser. Das Wassermolekül besteht aus zwei Wasserstoffatomen, die kovalent an einen Sauerstoff gebunden sind. Da Sauerstoff elektronegativer als Wasserstoff ist, zieht Sauerstoff die gemeinsam genutzten Elektronen näher an sich heran. Dies gibt dem Sauerstoffatom eine etwas negativere Ladung als einem der Wasserstoffatome. Dieses Ungleichgewicht wird als Dipol bezeichnet und bewirkt, dass das Wassermolekül eine positive und eine negative Seite hat, fast wie ein winziger Magnet. Wassermoleküle richten sich so aus, dass der Wasserstoff eines Moleküls dem Sauerstoff eines anderen Moleküls gegenübersteht. Dies verleiht dem Wasser eine höhere Viskosität und ermöglicht es dem Wasser, andere Moleküle aufzulösen, die entweder eine geringfügig positive oder negative Ladung haben.
Proteinfaltung
Die Proteinstruktur wird teilweise durch Wasserstoffbrückenbindung bestimmt. Wasserstoffbrückenbindungen können zwischen Wasserstoff an einem Amin und einem elektronegativen Element wie Sauerstoff an einem anderen Rest auftreten. Während sich ein Protein zusammenfaltet, "reißt" eine Reihe von Wasserstoffbrückenbindungen das Molekül zusammen und hält es in einer spezifischen dreidimensionalen Form, die dem Protein seine besondere Funktion verleiht.
DNA
Wasserstoffbrücken halten komplementäre DNA-Stränge zusammen. Das Nukleotidpaar basiert genau auf der Position der verfügbaren Wasserstoffbrücken (verfügbare, leicht positive Wasserstoffe) und Wasserstoffbrückenakzeptoren (elektronegative Sauerstoffatome). Das Nukleotid-Thymin hat eine Donor- und eine Akzeptorstelle, die sich perfekt mit der komplementären Akzeptor- und Donorstelle des Nukleotid-Adenins paaren. Cytosin paart sich über drei Wasserstoffbrücken perfekt mit Guanin.
Antikörper
Antikörper sind gefaltete Proteinstrukturen, die genau auf ein bestimmtes Antigen abzielen und zu diesem passen. Sobald der Antikörper hergestellt ist und seine dreidimensionale Form erreicht hat (unterstützt durch Wasserstoffbrückenbindung), passt sich der Antikörper wie ein Schlüssel in einem Schloss an sein spezifisches Antigen an. Der Antikörper wird durch eine Reihe von Wechselwirkungen einschließlich Wasserstoffbrückenbindungen an das Antigen binden. Der menschliche Körper kann bei einer Immunreaktion über zehn Milliarden verschiedene Antikörpertypen produzieren.
Chelation
Während einzelne Wasserstoffbrücken nicht sehr stark sind, ist eine Reihe von Wasserstoffbrückenbindungen sehr sicher. Wenn ein Molekül Wasserstoff über zwei oder mehr Stellen mit einem anderen Molekül verbindet, entsteht eine als Chelat bekannte Ringstruktur. Chelatisierende Verbindungen eignen sich zum Entfernen oder Mobilisieren von Molekülen und Atomen wie Metallen.