Vetysidos

Tähän mennessä kuvatut vuorovaikutukset eivät rajoitu mihinkään tietyn koostumuksen molekyyleihin. On kuitenkin yksi tärkeä molekyylien välinen vuorovaikutus, joka on ominainen molekyyleille, jotka sisältävät happi-, typpi- tai fluoriatomin, joka on kiinnittynyt vetyatomiin. Tämä vuorovaikutus on vetysidos, vuorovaikutus, joka on muotoa A-H—B, jossa A ja B ovat minkä tahansa edellä mainitun kolmen alkuaineen atomeja ja vetyatomi sijaitsee suoralla linjalla A:n ja B:n ytimien välissä. Vetysidos on noin 10 kertaa vahvempi kuin muut edellä kuvatut vuorovaikutukset, ja kun se on läsnä, se hallitsee kaikkia muita molekyylien välisiä vuorovaikutuksia. Se on vastuussa esimerkiksi siitä, että vesi on normaaleissa lämpötiloissa nestemäistä, vaikka sen pienen moolimassan vuoksi veden pitäisi olla kaasua. Vetysidos on myös vastuussa siitä, että monet hydroksyyliryhmiä (-OH) sisältävät orgaaniset molekyylit ovat kiinteitä; esimerkkeinä sokerit glukoosi ja sakkaroosi.

Vetysidoksesta on esitetty monia tulkintoja. Yksi, joka sopii tämän artikkelin yleiseen järjestelmään, on ajatella A-H-yksikön koostuvan A:n atomiorbitaalista ja vedyn 1s-orbitaalista ja katsoa B:n yksinäisen elektroniparin miehittävän B-orbitaalin. Kun kolme atomia on linjassa, nämä kolme orbitaalia voivat muodostaa kolme molekyyliorbitaalia: yhden sitoutuvan, yhden suurelta osin sitoutumattoman ja yhden antisidonnaisen. Sijoitettavia elektroneja on neljä (kaksi alkuperäisestä A-H-sidoksesta ja kaksi yksinäisestä parista). Ne miehittävät sidos- ja sitoutumattomat orbitaalit, jolloin sitoutumista estävä orbitaali jää tyhjäksi. Näin ollen nettovaikutus on AHB-ryhmän energian alentaminen ja siten molekyylien välisen sidoksen muodostaminen. Jälleen kerran vedysidoksen kohdatessa tavanomainen asenne muuttuu; tämän tulkinnan herättämä kysymys ei ole se, miksi tällainen sidos esiintyy, vaan se, miksi sitä ei esiinny yleisemmin. Selitys piilee vetyatomin pienessä koossa, joka mahdollistaa sen, että molekyyliorbitaalikaavion energiatasapaino on sidokselle suotuisa.

Vetysidoksia syntyy muihin atomeihin kuin typpeen, happeen ja fluoriin, jos ne kantavat negatiivista varausta ja niillä on siten runsaasti helposti saatavilla olevia elektroneja. Näin ollen vetysidonta on yksi tärkeimmistä anionien hydrataatiomekanismeista vesiliuoksessa (H2O-molekyylien sitoutuminen liuenneeseen lajiin) ja siten se vaikuttaa osaltaan veden kykyyn toimia hyvänä liuottimena ionisille yhdisteille. Se edistää myös happi- tai typpiatomeja sisältävien orgaanisten yhdisteiden hydrataatiota ja selittää siten alkoholien paljon suuremman vesiliukoisuuden kuin hiilivetyjen.

Vetysidoksilla on suuri merkitys biologisesti merkittävien yhdisteiden, erityisesti proteiinien ja deoksiribonukleiinihapon (DNA) rakenteen määrittämisessä. Proteiinien (jotka ovat polypeptidejä eli aminohapoista muodostettuja polymeerejä) rakenteen tärkeä piirre on peptidisidos, ryhmä -CO-NH-, joka esiintyy jokaisen vierekkäisen aminohappoparin välissä. Tämä linkki tarjoaa NH-ryhmän, joka voi muodostaa vetysidoksen sopivan akseptoriatomin ja happiatomin kanssa, joka voi toimia sopivana reseptorina. Näin ollen peptidilinkki tarjoaa vetysidoksen kaksi olennaista ainesosaa. Pauling ja Robert Corey tutkivat yksityiskohtaisesti tällaisten peptidiryhmien yhteenliittämistä kuvassa 17 esitetyn tyyppisellä vetysidoksella ja laativat Pauling-Corey-säännöt sen toteuttamiseksi. Näistä säännöistä seuraa, että polypeptidillä on kahdenlaista rakennetta, joka on joko kierteinen muoto (α-kierre) tai poimutettu arkkimuoto (β-pleated sheet). Kaikilla polypeptideillä on jompikumpi rakenne, ja usein niissä on vuorottelevia alueita kummastakin. Koska entsyymimolekyylin (tietyn polypeptidiluokan) ominaisuudet ja käyttäytyminen määräytyvät sen muodon mukaan ja erityisesti sen alueen muodon mukaan, johon entsyymimolekyylin kohteena olevan molekyylin on kiinnityttävä, vetysidoksilla on keskeinen merkitys elämän toiminnoille.

vetysidos
vetysidos

Kuvio 17. Kahden peptidilinkin atomien liittyminen toisiinsa niiden muodostamien vetysidosten avulla. Linkit voivat kuulua samaan polypeptidiketjuun, joka on kaksinkertaistunut itsensä ympäri, tai ne voivat kuulua eri ketjuihin.

Encyclopædia Britannica, Inc.

Vetysidokset ovat myös vastuussa geneettisen informaation siirtymisestä sukupolvelta toiselle, sillä ne vastaavat sytosiinin ja guaniinin sekä tymiinin ja adeniinin osien spesifisestä yhteenliittämisestä toisiinsa, mikä on ominaista DNA:n kaksoiskierteen rakenteen luonteenomaista.

Kaksoiskierteen rakenteen luonteenomaista.

Leave a Reply

Vastaa

Sähköpostiosoitettasi ei julkaista.