Vodikova vez

The Vodikova vez je interakcija med molekulami, ki je podobna Van der Waalsovim interakcijam in se dogaja v človeškem telesu. Veza ima posebno vlogo predvsem v povezavi s peptidnimi vezmi in verigami aminokislin v beljakovinah. Organizem ni sposoben brez vodikove vezi, ker nima vitalnih aminokislin.

Kaj je vodikova vez?

Vodnikove vezi se imenujejo Vodikove vezi ali H mostovi skrajšana. Gre za kemični učinek, ki se nanaša na privlačno interakcijo kovalentno vezanih vodikovih atomov s prostimi elektronskimi pari atoma, ki sestavlja skupino atoma. Interakcija temelji na polarnosti in, natančneje opisana, je sestavljena med pozitivno polariziranimi atomi vodika v amino ali hidroksilni skupini in osamljenimi pari elektronov v drugih funkcionalnih skupinah.

Do interakcije pride le v določenih okoliščinah. En pogoj je elektronegativna lastnost prostih elektronskih parov. Ta lastnost mora biti močnejša od elektronegativne vodikove lastnosti, da se ustvari močna vez. Atom vodika je tako mogoče vezati polarno. Elektronegativno prosti atomi so lahko na primer dušik, kisik in fluor.

Vodikove vezi so sekundarne valenčne vezi, katerih moč je običajno daleč pod močjo kovalentnih vezi ali ionskih vezi. Molekule v vodikovih vezavah imajo glede na molarno maso relativno visoko tališče in podobno visoko vrelišče. Vezi so medicinskega pomena predvsem za peptide in nukleinske kisline v organizmu.

Vodikove vezi so medmolekulske sile. Brez njihovega obstoja voda ne bi obstajala v različnih agregatnih stanjih, ampak bi bila plinasta.

Funkcija in naloga

Vodikova vez ima le šibko interakcijo in se pojavi med dvema delcema ali znotraj molekul. V tem kontekstu ima oblika vezi na primer vlogo pri tvorbi terciarnih struktur v proteinih. V biokemiji struktura beljakovin pomeni različne strukturne ravni proteina ali peptida. Strukture teh naravno prisotnih snovi so hierarhično razdeljene na primarno strukturo, sekundarno strukturo, terciarno strukturo in kvartarno strukturo.

Zaporedje aminokislin je primarna struktura. Kadar koli se beljakovina omenja z vidika njegove prostorske razporeditve, se pogosto sklicuje na beljakovinske konformacije in pojav sprememb konformacije. V tem kontekstu sprememba konformacije ustreza spremembi prostorske strukture. Razporeditev beljakovin temelji na peptidni vezi. Ta vrsta vezi vedno povezuje aminokisline na enak način.

V celicah peptidne vezi posredujejo ribosomi. Vsaka peptidna vez ustreza povezavi karboksilnih skupin ene aminokisline in aminokislin druge aminokisline, ki je povezana z izločanjem vode. Ta postopek je znan tudi kot hidroliza.

V vsaki peptidni vezi ena sama vez povezuje C = O skupino z NH skupino. Atom dušika ima točno en osamljen par elektronov. Zaradi velike elektronegativnosti kisika je ta prosti par pod vplivom atomov O2, ki odvzamejo elektrone. Na ta način kisik delno potegne osamljeni par elektronov v vez med atomom dušika in atomom ogljika, peptidna vez pa pridobi delno dvojno vez. Znak dvojne vezi odpravlja prosto vrtenje skupin NH in C = O.

Atomi kisika in vodikovi atomi peptidnih vezi so pomembni za tvorbo struktur vseh peptidov in beljakovin brez izjeme. Na ta način se lahko dve aminokislini pritrdita drug na drugega. Po taki pritrditvi so vse peptidne vezi dveh verig aminokislin neposredno nasprotne ena drugi. Atomi vodika v peptidni vezi so relativno pozitivno polarizirani v primerjavi s kisikovimi atomi v neposredno nasprotnih peptidnih vezah. Na ta način vodikove vezi tvorijo in povezujejo obe verigi aminokislin.

Vse aminokisline v človeškem telesu so organske spojine, sestavljene iz vsaj ene karboksi skupine in ene amino skupine. Aminokisline so bistveni strukturni sestavni del človekovega življenja. Poleg α-aminokislin beljakovin je znanih več kot 400 ne-proteinogenih aminokislin z biološkimi funkcijami, ki ne bi mogle nastati brez vezave z vodikom. Sile, kot je vodikova vez, stabilizirajo terciarno strukturo aminokislin.

Tu lahko najdete svoja zdravila

Bolezni in bolezni

Če pride do motenj v tvorbi funkcionalnih beljakovinsko-energijskih prostorskih struktur, običajno govorimo o motnjah zlaganja beljakovin. Eden takšnih pogojev je Huntingtonova bolezen. Ta genetska motnja se podeduje kot avtosomno prevladujoča lastnost in nastane zaradi genetske mutacije v kromosomu 4. Mutacija vodi v nestabilnost genskega produkta. Bolezen je nevrološka bolezen, ki je povezana predvsem z neprostovoljno hiperkinezo distalnih okončin in obraza. Stalna hiperkineza vodi v togost prizadetih mišic. Poleg tega bolniki z boleznijo trpijo zaradi povečane porabe energije.

Patološki simptomi v povezavi z vodikovimi vezmi ali splošno strukturo beljakovin so prisotni tudi pri prionskih boleznih, kot je bolezen norih krav. Po najbolj priljubljeni hipotezi BSE sproži zvijanje beljakovin. Teh zmotnih beljakovin ni mogoče razgraditi s fiziološkimi procesi in se zato kopičijo v tkivu, zlasti v centralnem živčnem sistemu. Rezultat je degeneracija živčnih celic.

O pomanjkljivostih strukture beljakovin razpravljajo tudi v vzročni povezavi z Alzheimerjevo boleznijo. Omenjene bolezni ne vplivajo neposredno na vodikovo vez, ampak se nanašajo na prostorsko strukturo beljakovin, h kateri vodikova vez močno prispeva.

Organizem z absolutno nezmožnostjo vodikove vezi ni zmožen preživeti. Mutacija, ki bi povzročila to, bi v zgodnji nosečnosti povzročila splav.