رابطة الهيدروجين

ال رابطة الهيدروجين هو تفاعل بين الجزيئات يشبه تفاعلات فان دير فال ويحدث في جسم الإنسان. تلعب الرابطة دورًا خاصًا فيما يتعلق بالروابط الببتيدية وسلاسل الأحماض الأمينية في البروتينات. بدون القدرة على الارتباط بالروابط الهيدروجينية ، فإن الكائن الحي غير قابل للحياة لأنه يفتقر إلى الأحماض الأمينية الحيوية.

ما هي رابطة الهيدروجين؟

تسمى الروابط الهيدروجينية روابط هيدروجينية أو ح الجسور مختصر. إنه تأثير كيميائي يتعلق بالتفاعل الجذاب بين ذرات الهيدروجين المرتبطة تساهميًا مع أزواج الإلكترونات الحرة لذرة تجميع الذرة. يعتمد التفاعل على القطبية ، ويتم وصفه بشكل أكثر دقة ، بين ذرات الهيدروجين المستقطبة إيجابياً في مجموعة أمينية أو هيدروكسيل وأزواج وحيدة من الإلكترونات في مجموعات وظيفية أخرى.

يحدث التفاعل فقط في ظل ظروف معينة. الشرط الأول هو الخاصية الكهربية لأزواج الإلكترونات الحرة. يجب أن تكون هذه الخاصية أقوى من الخاصية الكهربية للهيدروجين من أجل تكوين رابطة قوية. وبالتالي يمكن ربط ذرة الهيدروجين بالقطبية. يمكن أن تكون الذرات الحرة كهربيًا من النيتروجين والأكسجين والفلور ، على سبيل المثال.

الروابط الهيدروجينية هي روابط تكافؤ ثانوية ، وعادة ما تكون قوتها أقل بكثير من الروابط التساهمية أو الروابط الأيونية. الجزيئات في روابط الهيدروجين لها نقطة انصهار عالية نسبيًا ونقطة غليان عالية مماثلة فيما يتعلق بكتلتها المولية. الروابط ذات أهمية طبية في المقام الأول فيما يتعلق بالببتيدات والأحماض النووية داخل الكائن الحي.

الروابط الهيدروجينية هي قوى بين الجزيئات. بدون وجودها ، لن يكون الماء موجودًا في حالات مجمعة مختلفة ، ولكنه سيكون غازيًا.

الوظيفة والمهمة

رابطة الهيدروجين لها تفاعل ضعيف فقط وتحدث بين جسيمين أو داخل الجزيئات. في هذا السياق ، يلعب نوع الرابطة دورًا ، على سبيل المثال ، في تكوين الهياكل الثلاثية في البروتينات. في الكيمياء الحيوية ، تعني بنية البروتين المستويات الهيكلية المختلفة للبروتين أو الببتيد. تنقسم هياكل هذه المواد التي تحدث بشكل طبيعي إلى هيكل أساسي ، وبنية ثانوية ، وبنية ثلاثية ، وبنية رباعية.

تسلسل الأحماض الأمينية هو الهيكل الأساسي. عندما يتم ذكر البروتين فيما يتعلق بترتيبه المكاني ، غالبًا ما تتم الإشارة إلى مطابقة البروتين وظاهرة التغيير التوافقي. في هذا السياق ، يتوافق التغيير في التشكل مع تغيير في البنية المكانية. يعتمد ترتيب البروتينات على رابطة الببتيد. هذا النوع من الروابط يربط دائمًا الأحماض الأمينية بنفس الطريقة.

في الخلايا ، تتوسط الريبوسومات روابط الببتيد. تتوافق كل رابطة ببتيدية مع ارتباط مجموعات الكربوكسيل بحمض أميني واحد ومجموعات أمينية من حمض أميني ثانٍ ، والذي يرتبط بإزالة الماء. تُعرف هذه العملية أيضًا باسم التحلل المائي.

في كل رابطة ببتيدية ، تربط رابطة واحدة مجموعة C = O مع مجموعة NH. تحتوي ذرة النيتروجين على زوج واحد من الإلكترونات. بسبب ارتفاع الكهربية للأكسجين ، فإن هذا الزوج الحر يخضع لتأثير سحب الإلكترون من ذرات O2. بهذه الطريقة ، يسحب الأكسجين جزئيًا الزوج الوحيد من الإلكترونات في الرابطة بين ذرة النيتروجين وذرة الكربون ، وتكتسب رابطة الببتيد سمة رابطة مزدوجة جزئية. يلغي حرف الرابطة المزدوجة الدوران الحر لمجموعات NH و C = O.

ذرات الأكسجين وذرات الهيدروجين للروابط الببتيدية ذات صلة بتكوين بنية جميع الببتيدات والبروتينات دون استثناء. بهذه الطريقة ، يمكن أن يرتبط اثنان من الأحماض الأمينية ببعضهما البعض. بعد هذا الارتباط ، تكون جميع روابط الببتيد لسلسلتين من الأحماض الأمينية متقابلة مباشرة مع بعضها البعض. تكون ذرات الهيدروجين في رابطة الببتيد مستقطبة نسبيًا بشكل إيجابي عند مقارنتها بذرات الأكسجين في روابط الببتيد المقابلة مباشرة. بهذه الطريقة ، تتشكل روابط الهيدروجين وتربط سلسلتي الأحماض الأمينية ببعضها البعض.

جميع الأحماض الأمينية في جسم الإنسان هي مركبات عضوية تتكون من مجموعة كربوكسي واحدة على الأقل ومجموعة أمينية واحدة. الأحماض الأمينية هي عنصر هيكلي أساسي في حياة الإنسان. بالإضافة إلى الأحماض الأمينية α للبروتينات ، من المعروف أن أكثر من 400 من الأحماض الأمينية غير البروتينية مع وظائف بيولوجية لا يمكن أن تنشأ بدون الرابطة الهيدروجينية. تعمل قوى مثل رابطة الهيدروجين على استقرار البنية الثلاثية للأحماض الأمينية.

يمكنك العثور على أدويتك هنا

الامراض والاعتلالات

إذا كان هناك اضطراب في تكوين الهياكل المكانية البروتينية الوظيفية ، فعادةً ما يتحدث المرء عن اضطرابات طي البروتين. أحد هذه الحالات هو مرض هنتنغتون. يتم توريث هذا المرض الوراثي كصفة جسمية سائدة وينتج عن طفرة جينية في الكروموسوم 4. تؤدي الطفرة إلى عدم استقرار منتج الجين. المرض هو مرض عصبي يرتبط في المقام الأول بفرط الحركة اللاإرادي للأطراف البعيدة والوجه. يؤدي فرط الحركة المستمر إلى تصلب العضلات المصابة. بالإضافة إلى ذلك ، يعاني المرضى المصابون بهذا المرض من زيادة استهلاك الطاقة.

الأعراض المرضية المرتبطة بالروابط الهيدروجينية أو التركيب العام للبروتين موجودة أيضًا في أمراض البريون مثل مرض جنون البقر. الفرضية الأكثر شيوعًا هي أن مرض جنون البقر يؤدي إلى اختلال البروتين. لا يمكن تفكيك هذه البروتينات المشوهة بالعمليات الفسيولوجية وبالتالي تتراكم في الأنسجة ، خاصة في الجهاز العصبي المركزي. والنتيجة هي انحطاط الخلايا العصبية.

تتم أيضًا مناقشة تشوهات بنية البروتين في العلاقة السببية لمرض الزهايمر. الأمراض المذكورة لا تؤثر بشكل مباشر على الرابطة الهيدروجينية ، ولكنها تتعلق بالبنية المكانية للبروتينات ، والتي تساهم فيها الرابطة الهيدروجينية بشكل كبير.

كائن حي مع عدم قدرة مطلقة على الرابطة الهيدروجينية غير قابل للحياة. قد تؤدي الطفرة التي تسبب هذا إلى الإجهاض في بداية الحمل.