A hidrogénkötés

Az eddig leírt kölcsönhatások nem korlátozódnak semmilyen meghatározott összetételű molekulákra. Van azonban egy fontos intermolekuláris kölcsönhatás, amely a hidrogénatomhoz kötött oxigén-, nitrogén- vagy fluoratomot tartalmazó molekulákra jellemző. Ez a kölcsönhatás a hidrogénkötés, egy A-H—B alakú kölcsönhatás, ahol A és B a fent említett három elem bármelyikének atomja, és a hidrogénatom az A és B atommagjai közötti egyenes vonalban helyezkedik el. A hidrogénkötés körülbelül tízszer olyan erős, mint a többi fent leírt kölcsönhatás, és ha jelen van, akkor minden más típusú intermolekuláris kölcsönhatást ural. Ez felelős például azért, hogy a víz normál hőmérsékleten folyékony halmazállapotban van; alacsony moláris tömege miatt a víznek gáznak kellene lennie. A hidrogénkötés felelős azért is, hogy számos hidroxilcsoportot (-OH) tartalmazó szerves molekula szilárd anyagként létezik; a glükóz és a szacharóz például.

A hidrogénkötésnek számos értelmezését javasolták már. Az egyik, amely beleillik e cikk általános sémájába, az, hogy az A-H egységet egy A atomi orbitálból és egy hidrogén 1s orbitálból állónak gondoljuk, és a B magányos elektronpárt a B orbitál elfoglalásának tekintjük. Ha a három atom egymáshoz igazodik, ez a három orbitál három molekuláris orbitált alkothat: egy kötő, egy nagyrészt nem kötő és egy antibkötő orbitált. Négy elektront kell elhelyezni (kettőt az eredeti A-H kötésből és kettőt a magányos párból). Ezek elfoglalják a kötő és a nemkötő orbitálisokat, az antibkötő orbitális pedig üresen marad. Ennélfogva a nettó hatás az AHB-csoport energiájának csökkentése és ezáltal egy intermolekuláris kötés létrehozása. A hidrogénkötéssel találkozva ismét a hagyományos felfogás csavarásával találkozunk; az értelmezés által felvetett kérdés nem az, hogy miért fordul elő ilyen kötés, hanem az, hogy miért nem fordul elő általánosabban. A magyarázat a hidrogénatom kis méretében rejlik, ami lehetővé teszi, hogy a molekuláris orbitális sémában az energiák egyensúlya kedvező legyen a kötés számára.

A hidrogénkötés a nitrogén, az oxigén és a fluor kivételével más atomokhoz is létrejön, ha azok negatív töltést hordoznak, és így könnyen hozzáférhető elektronokban gazdagok. Így a hidrogénkötés az anionok vizes oldatban történő hidratálásának egyik fő mechanizmusa (a H2O molekulák kötődése az oldott fajhoz), és így hozzájárul ahhoz, hogy a víz jó oldószerként tudjon viselkedni az ionos vegyületek számára. Hozzájárul az oxigén- vagy nitrogénatomokat tartalmazó szerves vegyületek hidratációjához is, és így magyarázza az alkoholok sokkal nagyobb vizes oldhatóságát, mint a szénhidrogénekét.

A hidrogénkötéseknek nagy jelentőségük van a biológiailag jelentős vegyületek, elsősorban a fehérjék és a dezoxiribonukleinsav (DNS) szerkezetének meghatározásában. A fehérjék (amelyek polipeptidek, vagyis aminosavakból alkotott polimerek) szerkezetének fontos jellemzője a peptidkötés, a -CO-NH- csoport megléte, amely minden egyes szomszédos aminosavpár között megjelenik. Ez a láncszem egy NH-csoportot biztosít, amely hidrogénkötést tud kialakítani egy megfelelő akceptoratomhoz és egy oxigénatomhoz, amely megfelelő receptorként működhet. A peptidkapcsolat tehát biztosítja a hidrogénkötés két alapvető összetevőjét. Az ilyen peptidcsoportoknak a 17. ábrán látható típusú hidrogénkötéssel történő összefogását Pauling és Robert Corey részletesen vizsgálta, és ennek megvalósítására egy szabályrendszert, a Pauling-Corey-szabályokat fogalmazta meg. E szabályok következménye, hogy egy polipeptidnek kétféle szerkezete létezik, amely vagy egy helikális forma (az α-helix), vagy egy pliszírozott lemezforma (a β-pliszírozott lemez). Minden polipeptid rendelkezik az egyik vagy a másik szerkezettel, és gyakran mindkét szerkezet váltakozó régióival. Mivel egy enzimmolekula (a polipeptidek egy bizonyos osztálya) tulajdonságait és viselkedését az alakja határozza meg, és különösen annak a régiónak az alakja, ahol a molekulának, amelyre hat, kapcsolódnia kell, ebből következik, hogy a hidrogénkötések központi szerepet játszanak az élet működésében.

hidrogénkötés
hidrogénkötés

17. ábra: Két peptidkapcsolatban lévő atomok összekapcsolódása az általuk kialakítható hidrogénkötések révén. A láncszemek lehetnek ugyanannak a polipeptidláncnak a részei, amely önmagába duplázódott vissza, vagy tartozhatnak különböző láncokhoz is.

Encyclopædia Britannica, Inc.

A hidrogénkötések felelősek a genetikai információ egyik generációról a másikra történő átviteléért is, mivel a citozin és a guanin, illetve a timin és az adenin részek sajátos egymáshoz kulcsolásáért felelősek, ami a DNS kettős spirál szerkezetét jellemzi.

A hidrogénkötések a DNS kettős spirál szerkezetét jellemzik.

Leave a Reply

Vélemény, hozzászólás?

Az e-mail-címet nem tesszük közzé.