Vodíková väzba

Vodíková väzba je interakcia medzi molekulami, ktorá sa podobá Van der Waalsovým interakciám a vyskytuje sa v ľudskom tele. Väzba hrá úlohu najmä v súvislosti s peptidovými väzbami a reťazcami aminokyselín v proteínoch. Bez schopnosti viazať sa s vodíkovými väzbami nie je organizmus životaschopný, pretože mu chýbajú životne dôležité aminokyseliny.

Čo je vodíková väzba?

Vodíkové väzby sa nazývajú Vodíkové väzby alebo H mostíky skrátený. Je to chemický efekt, ktorý sa týka atraktívnej interakcie kovalentne viazaných atómov vodíka s pármi voľných elektrónov atómu zoskupenia atómov. Interakcia je založená na polarite a presnejšie je opísaná medzi kladne polarizovanými atómami vodíka v aminoskupine alebo hydroxylovej skupine a osamelými pármi elektrónov v iných funkčných skupinách.

K interakcii dôjde iba za určitých okolností. Jednou podmienkou je elektronegatívna vlastnosť voľných elektrónových párov. Táto vlastnosť musí byť silnejšia ako elektronegatívna vlastnosť vodíka, aby sa vytvorila silná väzba. Atóm vodíka môže byť teda viazaný polárny. Elektronicky voľnými atómami môžu byť napríklad dusík, kyslík a fluór.

Vodíkové väzby sú väzby sekundárneho valencie, ktorých sila je obvykle oveľa nižšia ako sila kovalentných alebo iónových väzieb. Molekuly vo vodíkových väzbách majú relatívne vysokú teplotu topenia a podobne vysokú teplotu varu vo vzťahu k ich molárnej hmotnosti. Väzby majú lekársky význam predovšetkým vo vzťahu k peptidom a nukleovým kyselinám v organizme.

Vodíkové väzby sú intermolekulárne sily. Bez ich existencie by voda neexistovala v rôznych agregovaných štátoch, ale bola by plynná.

Funkcia a úloha

Vodíková väzba má iba slabú interakciu a vyskytuje sa medzi dvoma časticami alebo v molekulách. V tomto kontexte hrá úlohu typ väzby napríklad pri tvorbe terciárnych štruktúr v proteínoch. V biochémii znamená proteínová štruktúra rôzne štruktúrne hladiny proteínu alebo peptidu. Štruktúry týchto prirodzene sa vyskytujúcich látok sú hierarchicky rozdelené do primárnej štruktúry, sekundárnej štruktúry, terciárnej štruktúry a kvartérnej štruktúry.

Aminokyselinová sekvencia je primárna štruktúra. Kedykoľvek je uvedený proteín vo vzťahu k jeho priestorovému usporiadaniu, často sa spomína konformácia proteínu a jav konformačnej zmeny. V tomto kontexte zmena konformácie zodpovedá zmene v priestorovej štruktúre. Usporiadanie proteínov je založené na peptidovej väzbe. Tento typ väzby vždy spája aminokyseliny rovnakým spôsobom.

V bunkách sú peptidové väzby sprostredkované ribozómami. Každá peptidová väzba zodpovedá spojeniu karboxylových skupín jednej aminokyseliny a aminoskupín druhej aminokyseliny, čo je spojené s elimináciou vody. Tento proces je známy aj ako hydrolýza.

V každej peptidovej väzbe jednoduchá väzba spája skupinu C = O so skupinou NH. Atóm dusíka má presne jeden osamelý pár elektrónov. Vďaka vysokej elektronegativite kyslíka je tento voľný pár pod elektrónovým odberom ovplyvňovaný atómami kyslíka. Týmto spôsobom kyslík čiastočne vtiahne osamelý pár elektrónov do väzby medzi atómom dusíka a atómom uhlíka a peptidová väzba získa charakter čiastočnej dvojitej väzby. Charakter dvojitej väzby vylučuje voľnú rotáciu skupín NH a C = O.

Atómy kyslíka a atómy vodíka peptidových väzieb sú dôležité pre tvorbu štruktúry všetkých peptidov a proteínov bez výnimky. Týmto spôsobom sa môžu k sebe naviazať dve aminokyseliny. Po takomto pripojení sú všetky peptidové väzby dvoch reťazcov aminokyselín priamo proti sebe. Atómy vodíka v peptidovej väzbe sú relatívne pozitívne polarizované v porovnaní s atómami kyslíka v priamo opačných peptidových väzbách. Týmto spôsobom vodíkové väzby tvoria a navzájom spájajú dva aminokyselinové reťazce.

Všetky aminokyseliny v ľudskom tele sú organické zlúčeniny tvorené najmenej jednou karboxylovou skupinou a jednou aminoskupinou. Aminokyseliny sú nevyhnutnou štrukturálnou zložkou ľudského života. Okrem a-aminokyselín proteínov je známych viac ako 400 neproteinogénnych aminokyselín s biologickými funkciami, ktoré by nemohli vzniknúť bez vodíkovej väzby. Sily, ako je vodíková väzba, stabilizujú terciárnu štruktúru aminokyselín.

Svoje lieky nájdete tu

Choroby a choroby

Ak existuje porucha vo formovaní funkčných proteínových priestorových štruktúr, hovorí sa obvykle o poruchách skladania proteínov. Jednou z takýchto podmienok je Huntingtonova choroba. Toto genetické ochorenie sa dedí ako autozomálne dominantná vlastnosť a je spôsobené genetickou mutáciou v chromozóme 4. Mutácia vedie k nestabilite génového produktu. Ochorenie je neurologické ochorenie, ktoré je primárne spojené s nedobrovoľnou hyperkinézou distálnych končatín a tváre. Pretrvávajúca hyperkinéza vedie k rigidite postihnutých svalov. Pacienti s týmto ochorením navyše trpia zvýšenou spotrebou energie.

Patologické príznaky v súvislosti s vodíkovými väzbami alebo všeobecnou proteínovou štruktúrou sa vyskytujú aj pri priónových chorobách, ako je napríklad choroba šialených kráv. Najobľúbenejšou hypotézou je, že BSE indukuje nesprávne zloženie bielkovín. Tieto zle poskladané proteíny nemôžu byť štiepené fyziologickými procesmi, a preto sa akumulujú v tkanive, najmä v centrálnom nervovom systéme. Výsledkom je degenerácia nervových buniek.

Malformácie proteínovej štruktúry sú tiež diskutované v príčinnej súvislosti s Alzheimerovou chorobou. Uvedené choroby priamo neovplyvňujú vodíkovú väzbu, ale týkajú sa priestorovej štruktúry proteínov, ku ktorým vodíková väzba významne prispieva.

Organizmus s absolútnou neschopnosťou viazať vodík nie je životaschopný. Mutácia spôsobujúca toto by viedla k potratu na začiatku tehotenstva.