Enlace de hidrógeno

los Enlace de hidrógeno es una interacción entre moléculas que se asemeja a las interacciones de Van der Waals y ocurre en el cuerpo humano. El enlace juega un papel especialmente en relación con los enlaces peptídicos y las cadenas de aminoácidos en las proteínas. Sin la capacidad de unirse con enlaces de hidrógeno, un organismo no puede sobrevivir porque carece de aminoácidos vitales.

¿Qué es el enlace de hidrógeno?

Los enlaces de hidrógeno se llaman Enlaces de hidrógeno o Puentes H abreviado. Es un efecto químico que se relaciona con la interacción atractiva de átomos de hidrógeno unidos covalentemente con pares de electrones libres de un átomo de agrupación de átomos. La interacción se basa en la polaridad y, descrita con más precisión, consiste entre los átomos de hidrógeno polarizados positivamente en un grupo amino o hidroxilo y pares de electrones solitarios en otros grupos funcionales.

La interacción ocurre solo bajo ciertas circunstancias. Una condición es la propiedad electronegativa de los pares de electrones libres. Esta propiedad debe ser más fuerte que la propiedad electronegativa del hidrógeno para crear un enlace fuerte. Por tanto, el átomo de hidrógeno puede unirse polar. Los átomos libres electronegativamente pueden ser nitrógeno, oxígeno y flúor, por ejemplo.

Los enlaces de hidrógeno son enlaces de valencia secundarios, cuya fuerza suele ser muy inferior a la de los enlaces covalentes o iónicos. Las moléculas en los enlaces de hidrógeno tienen un punto de fusión relativamente alto y un punto de ebullición igualmente alto en relación con su masa molar. Los enlaces son de relevancia médica principalmente en relación con los péptidos y ácidos nucleicos dentro de un organismo.

Los enlaces de hidrógeno son fuerzas intermoleculares. Sin su existencia, el agua no existiría en varios estados agregados, sino que sería gaseosa.

Función y tarea

El enlace de hidrógeno tiene solo una interacción débil y ocurre entre dos partículas o dentro de moléculas. En este contexto, el tipo de enlace juega un papel, por ejemplo, en la formación de estructuras terciarias en proteínas. En bioquímica, la estructura de la proteína significa los diferentes niveles estructurales de una proteína o péptido. Las estructuras de estas sustancias naturales se dividen jerárquicamente en una estructura primaria, una estructura secundaria, una estructura terciaria y una estructura cuaternaria.

La secuencia de aminoácidos es la estructura primaria. Siempre que se menciona una proteína en relación con su disposición espacial, a menudo se hace referencia a las conformaciones de las proteínas y al fenómeno del cambio conformacional. En este contexto, el cambio de conformación corresponde a un cambio en la estructura espacial. La disposición de las proteínas se basa en el enlace peptídico. Este tipo de enlace siempre conecta los aminoácidos de la misma manera.

En las células, los enlaces peptídicos están mediados por ribosomas. Cada enlace peptídico corresponde a una conexión de grupos carboxilo de un aminoácido y grupos amino de un segundo aminoácido, que está asociado con la eliminación de agua. Este proceso también se conoce como hidrólisis.

En cada enlace peptídico, un enlace sencillo conecta un grupo C = O con un grupo NH. El átomo de nitrógeno tiene exactamente un par de electrones solitarios. Debido a la alta electronegatividad del oxígeno, este par libre está bajo la influencia de los átomos de O2 que atraen electrones. De esta manera, el oxígeno atrae parcialmente el par solitario de electrones hacia el enlace entre el átomo de nitrógeno y el átomo de carbono, y el enlace peptídico adquiere un carácter de doble enlace parcial. El carácter de doble enlace elimina la rotación libre de los grupos NH y C = O.

Los átomos de oxígeno y los átomos de hidrógeno de los enlaces peptídicos son relevantes para la formación de la estructura de todos los péptidos y proteínas sin excepción. De esta forma, dos aminoácidos pueden unirse entre sí. Después de tal unión, todos los enlaces peptídicos de dos cadenas de aminoácidos están directamente opuestos entre sí. Los átomos de hidrógeno en el enlace peptídico están polarizados relativamente positivamente en comparación con los átomos de oxígeno en los enlaces peptídicos directamente opuestos. De esta manera, se forman enlaces de hidrógeno y conectan las dos cadenas de aminoácidos entre sí.

Todos los aminoácidos del cuerpo humano son compuestos orgánicos formados por al menos un grupo carboxi y un grupo amino. Los aminoácidos son un componente estructural esencial de la vida humana. Además de los α-aminoácidos de las proteínas, se conocen más de 400 aminoácidos no proteinogénicos con funciones biológicas que no podrían surgir sin puentes de hidrógeno. Fuerzas como el enlace de hidrógeno estabilizan la estructura terciaria de los aminoácidos.

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Enfermedades y dolencias

Si existe un trastorno en la formación de estructuras espaciales proteicas funcionales, se suele hablar de trastornos del plegamiento de proteínas. Una de esas condiciones es la enfermedad de Huntington. Esta enfermedad genética se hereda como un rasgo autosómico dominante y se debe a una mutación genética en el cromosoma 4. La mutación conduce a la inestabilidad del producto génico. La enfermedad es una enfermedad neurológica que se asocia principalmente con hipercinesia involuntaria de las extremidades distales y la cara. La hipercinesia persistente provoca rigidez en los músculos afectados. Además, los pacientes con la enfermedad sufren un mayor consumo de energía.

Los síntomas patológicos relacionados con los enlaces de hidrógeno o la estructura general de las proteínas también están presentes en enfermedades priónicas como la enfermedad de las vacas locas. La hipótesis más popular es que la EEB induce un plegado incorrecto de las proteínas. Estas proteínas mal plegadas no pueden descomponerse mediante procesos fisiológicos y, por lo tanto, se acumulan en el tejido, especialmente en el sistema nervioso central. El resultado es la degeneración de las células nerviosas.

También se están discutiendo las malformaciones de la estructura de la proteína en la conexión causal de la enfermedad de Alzheimer. Las enfermedades mencionadas no afectan directamente al enlace de hidrógeno, sino que se relacionan con la estructura espacial de las proteínas, a las que el enlace de hidrógeno hace una contribución significativa.

Un organismo con una incapacidad absoluta para formar puentes de hidrógeno no es viable. Una mutación que provoque esto resultaría en un aborto al principio del embarazo.