Vätebindningen

De interaktioner som hittills beskrivits är inte begränsade till molekyler av någon specifik sammansättning. Det finns dock en viktig intermolekylär växelverkan som är specifik för molekyler som innehåller en syre-, kväve- eller fluoratom som är bunden till en väteatom. Denna växelverkan är vätebindningen, en växelverkan av formen A-H—B, där A och B är atomer av något av de tre element som nämnts ovan och väteatomen ligger på en rak linje mellan A:s och B:s atomkärnor. En vätebindning är ungefär 10 gånger så stark som de andra växelverkningarna som beskrivits ovan, och när den förekommer dominerar den alla andra typer av intermolekylär växelverkan. Den är till exempel ansvarig för att vatten existerar som en vätska vid normala temperaturer. På grund av sin låga molmassa skulle man förvänta sig att vatten skulle vara en gas. Vätgasbindningen är också ansvarig för att många organiska molekyler som innehåller hydroxylgrupper (-OH) existerar som fasta ämnen; sockerarterna glukos och sackaros är exempel på detta.

Många tolkningar av vätebindningen har föreslagits. En som passar in i det allmänna schemat i denna artikel är att tänka sig A-H-enheten som bestående av en A atomorbital och en väte 1s orbital och att betrakta ett ensamt elektronpar på B som ockuperande en B orbital. När de tre atomerna är i linje kan dessa tre orbitaler bilda tre molekylära orbitaler: en bindande, en i stort sett icke-bindande och en anti-bindande. Det finns fyra elektroner att ta emot (två från den ursprungliga A-H-bindningen och två från det ensamma paret). De upptar den bindande och den icke-bindande orbitalerna och lämnar den antibindande orbitalen vakant. Nettoeffekten är alltså att AHB-grupperingens energi sänks och att det därmed bildas en intermolekylär bindning. Återigen, när man möter vätebindningen, möter man en vridning av den konventionella inställningen; den fråga som väcks av denna tolkning är inte varför en sådan bindning förekommer utan varför den inte förekommer mer generellt. Förklaringen ligger i väteatomens ringa storlek, vilket gör att energibalansen i det molekylära orbitalschemat kan vara gynnsam för bindning.

Vätevätebindning uppstår till andra atomer än kväve, syre och fluor om de bär en negativ laddning och därmed är rika på lättillgängliga elektroner. Vätebindning är således en av de viktigaste mekanismerna för hydrering av anjoner i vattenlösning (bindning av H2O-molekyler till den lösta arten) och bidrar därmed till vattnets förmåga att fungera som ett bra lösningsmedel för joniska föreningar. Den bidrar också till hydrering av organiska föreningar som innehåller syre- eller kväveatomer och förklarar därmed den mycket större vattenlösligheten hos alkoholer än kolväten.

Vätebindningar är av stor betydelse när det gäller att bestämma strukturen hos biologiskt betydelsefulla föreningar, framför allt proteiner och desoxyribonukleinsyra (DNA). Ett viktigt inslag i strukturen hos proteiner (som är polypeptider, eller polymerer som bildas av aminosyror) är förekomsten av peptidlänken, gruppen -CO-NH-, som förekommer mellan varje par intilliggande aminosyror. Denna länk ger en NH-grupp som kan bilda en vätebindning till en lämplig mottagaratom och en syreatom som kan fungera som en lämplig receptor. En peptidlänk tillhandahåller därför de två viktiga ingredienserna i en vätebindning. Att sammanfoga sådana peptidgrupper genom vätebindning av den typ som visas i figur 17 undersöktes i detalj av Pauling och Robert Corey, som formulerade en uppsättning regler, Pauling-Corey-reglerna, för dess genomförande. Innebörden av dessa regler är att det finns två typer av strukturer för en polypeptid, nämligen antingen en spiralform (α-helixen) eller en plisserad bladform (β-plisserad bladform). Alla polypeptider har den ena eller den andra strukturen och har ofta omväxlande områden av vardera strukturen. Eftersom egenskaperna och beteendet hos en enzymmolekyl (en särskild klass av polypeptider) bestäms av dess form och i synnerhet av formen på det område där den molekyl som den verkar på måste fästa, följer att vätebindningar är centralt viktiga för livets funktioner.

vätebindning
vätebindning

Figur 17: Länkning av atomer i två peptidlänkar genom de vätebindningar de kan bilda. Länkarna kan vara en del av samma polypeptidkedja som har dubblerat sig själv, eller så kan de tillhöra olika kedjor.

Encyclopædia Britannica, Inc.

Vätevätebindningar är också ansvariga för överföringen av genetisk information från en generation till en annan, för de är ansvariga för den specifika sammanfogning av cytosin med guanin och tymin med adeninrester som kännetecknar strukturen i DNA:s dubbelhelix.

Lämna ett svar

Lämna ett svar

Din e-postadress kommer inte publiceras.