Ligação de hidrogênio

o Ligação de hidrogênio é uma interação entre moléculas que se assemelha às interações de Van der Waals e ocorre no corpo humano. A ligação desempenha um papel especialmente em conexão com ligações peptídicas e cadeias de aminoácidos em proteínas. Sem a capacidade de se ligar com ligações de hidrogênio, um organismo não é viável porque carece de aminoácidos vitais.

Qual é a ligação de hidrogênio?

As ligações de hidrogênio são chamadas Ligações de hidrogênio ou Pontes H abreviado. É um efeito químico relacionado à interação atrativa de átomos de hidrogênio ligados covalentemente com pares de elétrons livres de um átomo de agrupamento de átomos. A interação é baseada na polaridade e, descrita mais precisamente, consiste entre os átomos de hidrogênio polarizados positivamente em um grupo amino ou hidroxila e pares solitários de elétrons em outros grupos funcionais.

A interação ocorre apenas em certas circunstâncias. Uma condição é a propriedade eletronegativa dos pares de elétrons livres. Esta propriedade deve ser mais forte do que a propriedade eletronegativa do hidrogênio para criar uma ligação forte. O átomo de hidrogênio pode assim ser ligado polar. Os átomos livres eletronegativamente podem ser nitrogênio, oxigênio e flúor, por exemplo.

As ligações de hidrogênio são ligações de valência secundárias, cuja força é geralmente muito inferior à das ligações covalentes ou iônicas. As moléculas em ligações de hidrogênio têm um ponto de fusão relativamente alto e um ponto de ebulição igualmente alto em relação à sua massa molar. As ligações são de relevância médica principalmente em relação aos peptídeos e ácidos nucléicos dentro de um organismo.

As ligações de hidrogênio são forças intermoleculares. Sem sua existência, a água não existiria em vários estados agregados, mas seria gasosa.

Função e tarefa

A ligação de hidrogênio tem interação fraca e ocorre entre duas partículas ou dentro de moléculas. Nesse contexto, o tipo de ligação desempenha um papel, por exemplo, para a formação de estruturas terciárias em proteínas. Em bioquímica, estrutura de proteína significa os diferentes níveis estruturais de uma proteína ou peptídeo. As estruturas dessas substâncias que ocorrem naturalmente são hierarquicamente divididas em uma estrutura primária, uma estrutura secundária, uma estrutura terciária e uma estrutura quaternária.

A sequência de aminoácidos é a estrutura primária. Sempre que uma proteína é mencionada em relação ao seu arranjo espacial, as conformações da proteína e o fenômeno de mudança conformacional são frequentemente mencionados. Nesse contexto, a mudança na conformação corresponde a uma mudança na estrutura espacial. O arranjo das proteínas é baseado na ligação peptídica. Esse tipo de ligação sempre conecta os aminoácidos da mesma maneira.

Nas células, as ligações peptídicas são mediadas por ribossomos. Cada ligação peptídica corresponde a uma conexão de grupos carboxila de um aminoácido e grupos amino de um segundo aminoácido, que está associada à eliminação de água. Este processo também é conhecido como hidrólise.

Em cada ligação peptídica, uma única ligação conecta um grupo C = O com um grupo NH. O átomo de nitrogênio tem exatamente um único par de elétrons. Devido à alta eletronegatividade do oxigênio, esse par livre está sob a influência de retração de elétrons dos átomos de O2. Desse modo, o oxigênio puxa parcialmente o par de elétrons solitário para a ligação entre o átomo de nitrogênio e o átomo de carbono, e a ligação peptídica adquire um caráter de ligação dupla parcial. O caráter de ligação dupla elimina a rotação livre dos grupos NH e C = O.

Os átomos de oxigênio e átomos de hidrogênio das ligações peptídicas são relevantes para a formação da estrutura de todos os peptídeos e proteínas, sem exceção. Dessa forma, dois aminoácidos podem se ligar um ao outro. Após essa ligação, todas as ligações peptídicas de duas cadeias de aminoácidos ficam diretamente opostas uma à outra. Os átomos de hidrogênio na ligação peptídica são polarizados de forma relativamente positiva quando comparados aos átomos de oxigênio nas ligações peptídicas diretamente opostas. Dessa forma, as ligações de hidrogênio se formam e conectam as duas cadeias de aminoácidos uma com a outra.

Todos os aminoácidos do corpo humano são compostos orgânicos constituídos por pelo menos um grupo carboxi e um grupo amino. Os aminoácidos são um componente estrutural essencial da vida humana. Além dos α-aminoácidos das proteínas, são conhecidos mais de 400 aminoácidos não proteinogênicos com funções biológicas que não poderiam surgir sem a ligação de hidrogênio. Forças como a ligação de hidrogênio estabilizam a estrutura terciária dos aminoácidos.

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Doenças e enfermidades

Se houver um distúrbio na formação de estruturas espaciais proteicas funcionais, geralmente se fala em distúrbios de dobramento de proteínas. Uma dessas condições é a doença de Huntington. Esta doença genética é herdada como um traço autossômico dominante e se deve a uma mutação genética no cromossomo 4. A mutação leva à instabilidade do produto do gene. A doença é uma doença neurológica que está principalmente associada à hipercinesia involuntária das extremidades distais e da face. A hipercinesia persistente leva à rigidez dos músculos afetados. Além disso, os pacientes com a doença sofrem com o aumento do consumo de energia.

Sintomas patológicos relacionados às ligações de hidrogênio ou à estrutura geral da proteína também estão presentes em doenças por príons, como a doença da vaca louca. A hipótese mais popular é que a BSE induz o dobramento incorreto da proteína. Essas proteínas mal dobradas não podem ser quebradas por processos fisiológicos e, portanto, se acumulam no tecido, especialmente no sistema nervoso central. O resultado é a degeneração das células nervosas.

Malformações da estrutura da proteína também estão sendo discutidas na conexão causal da doença de Alzheimer. As doenças mencionadas não afetam diretamente a ligação de hidrogênio, mas estão relacionadas à estrutura espacial das proteínas, para a qual a ligação de hidrogênio contribui de forma significativa.

Um organismo com uma incapacidade absoluta de ligação de hidrogênio não é viável. Uma mutação que causa isso resultaria em um aborto no início da gravidez.