קשר מימן

ה קשר מימן הוא אינטראקציה בין מולקולות הדומות לאינטראקציות של ואן דר וואלס ומתרחשות בגוף האדם. הקשר ממלא תפקיד במיוחד בקשר עם קשרי פפטיד ושרשראות של חומצות אמינו בחלבונים. ללא יכולת להתקשר עם קשרי מימן, אורגניזם אינו בר-קיימא מכיוון שהוא חסר חומצות אמינו חיוניות.

מהו הקשר המימן?

נקראים קשרי מימן קשרי מימן אוֹ גשרים H מְקוּצָר. זוהי השפעה כימית המתייחסת לאינטראקציה האטרקטיבית של אטומי מימן כבולים kovalent עם זוגות אלקטרונים חופשיים של אטום מקבץ אטומים. האינטראקציה מבוססת על קוטביות, וכפי שתואר ביתר דיוק, מורכבת בין אטומי המימן המקוטבים בחיוב בקבוצת אמינו או הידרוקסיל לבין זוגות אלקטרונים בודדים בקבוצות פונקציונליות אחרות.

האינטראקציה מתרחשת רק בנסיבות מסוימות. תנאי אחד הוא המאפיין האלקטרוניטיבי של זוגות האלקטרונים החופשיים. על מאפיין זה להיות חזק יותר מהמאפיין האלקטרוניגטיבי של מימן על מנת ליצור קשר חזק. לפיכך, אטום המימן יכול להיות קשור בקוטב. אטומים חופשיים אלקטרוניים יחסית יכולים להיות חנקן, חמצן ופלואור, למשל.

קשרי מימן הם קשרי עריכה משניים, שכוחם בדרך כלל הרבה מתחת לזה של קשרים קוולנטים או קשרים יוניים. למולקולות בקשרי מימן יש נקודת התכה גבוהה יחסית ונקודת רתיחה גבוהה דומה ביחס למסה הטוחנית שלהן. הקשרים הם בעלי רלוונטיות רפואית בעיקר ביחס לפפטידים וחומצות גרעין בתוך אורגניזם.

קשרי מימן הם כוחות בין-מולקולריים. ללא קיומם, מים לא היו קיימים במצבים מצטברים שונים, אלא היו גזים.

פונקציה ומשימה

לקישור המימן אינטראקציה חלשה בלבד והיא מתרחשת בין שני חלקיקים או בתוך מולקולות. בהקשר זה, סוג הקשר ממלא תפקיד, למשל, ליצירת מבנים שלישוניים בחלבונים. בביוכימיה, מבנה חלבון פירושו הרמות המבניות השונות של חלבון או פפטיד. המבנים של חומרים טבעיים אלה מחולקים באופן היררכי למבנה ראשוני, מבנה משני, מבנה שלישוני ומבנה רביעי.

רצף חומצות האמינו הוא המבנה הראשוני. בכל פעם שמוזכר חלבון ביחס לסידור המרחבי שלו, לעיתים קרובות מתייחסים להתאמות חלבון ותופעת השינוי הקונפורציונלי. בהקשר זה, שינוי הקונפורמציה מתאים לשינוי במבנה המרחבי. סידור החלבונים מבוסס על קשר הפפטיד. קשר מסוג זה מחבר תמיד חומצות אמיניות באותה צורה.

בתאים, קשרי פפטיד מתווכים על ידי ריבוזומים. כל קשר לפפטיד מקביל לחיבור של קבוצות קרבוקסיל של חומצת אמינו אחת וקבוצות אמינו של חומצת אמינו שנייה, הקשורה לחיסול המים. תהליך זה ידוע גם בשם הידרוליזה.

בכל קשר לפפטיד, קשר בודד מחבר בין קבוצת C = O לקבוצת NH. לאטום החנקן יש זוג אלקטרונים בודד אחד. בגלל האלקטרוניטיביות הגבוהה של חמצן, זוג חופשי זה נמצא תחת השפעתם הנסוגה של האלקטרונים של אטומי O2. באופן זה, החמצן מושך באופן חלקי את זוג האלקטרונים הבודד לקשר שבין אטום החנקן לאטום הפחמן, וקשר הפפטיד זוכה לאופי של קשר כפול חלקי. אופי הקשר הכפול מבטל את הסיבוב החופשי של קבוצות NH ו- C = O.

אטומי חמצן ואטומי מימן של קשרי פפטיד רלוונטיים להיווצרות המבנה של כל הפפטידים והחלבונים ללא יוצא מן הכלל. בדרך זו שתי חומצות אמיניות יכולות להיקשר זו לזו. לאחר התקשרות כזו, כל קשרי הפפטיד של שתי שרשראות של חומצות אמינו עומדות זו מול זו. אטומי המימן בקשר הפפטיד מקוטבים באופן חיובי יחסית בהשוואה לאטומי החמצן בקשרים הפפטידיים ההפוכים ישירות. בדרך זו, קשרי מימן יוצרים ומחברים בין שתי שרשראות חומצות האמינו זו לזו.

כל חומצות האמינו בגוף האדם הן תרכובות אורגניות המורכבות לפחות מקבוצת קרבוקס אחת וקבוצת אמינו אחת. חומצות אמינו הן מרכיב מבני חיוני בחיי האדם. בנוסף לחומצות א-אמיניות של חלבונים, ידועים יותר מ- 400 חומצות אמינו לא-פרוטאוגניות בעלות פונקציות ביולוגיות שלא יכולות להיווצר ללא קשר מימן. כוחות כמו קשר המימן מייצבים את המבנה השלישוני של חומצות האמינו.

אתה יכול למצוא את התרופות שלך כאן

מחלות ומחלות

אם יש הפרעה ביצירת מבנים מרחביים חלבוניים פונקציונליים, בדרך כלל מדברים על הפרעות בקיפול חלבון. מצב אחד כזה הוא מחלת הנטינגטון. מחלה גנטית זו עוברת בירושה כתכונה דומיננטית אוטוזומלית והיא נובעת ממוטציה גנטית בכרומוזום 4. המוטציה מובילה לחוסר יציבות של מוצר הגנים. המחלה היא מחלה נוירולוגית הקשורה בעיקר להיפרקינזיס בלתי רצונית של הגפיים והפנים הרחוקות. היפרקינזיס מתמשך מוביל לקשיחות בשרירים הפגועים. בנוסף, חולים במחלה סובלים מצריכת אנרגיה מוגברת.

תסמינים פתולוגיים בקשר עם קשרי מימן או מבנה החלבון הכללי קיימים גם במחלות פריון כמו מחלת פרה משוגעת. ההשערה הפופולרית ביותר היא ש- BSE גורם לקיפול שגוי של חלבונים. לא ניתן לפרק את החלבונים הלא-מקופלים על ידי תהליכים פיזיולוגיים ולכן הם מצטברים ברקמה, בעיקר במערכת העצבים המרכזית. התוצאה היא התנוונות של תאי העצב.

מומים במבנה החלבון נדונים גם בקשר הסיבתי של מחלת אלצהיימר. המחלות שהוזכרו אינן משפיעות ישירות על הקשר המימני, אלא מתייחסות למבנה המרחבי של חלבונים, שאליהם הקשר המימן תורם תרומה משמעותית.

אורגניזם עם חוסר יכולת מוחלט לקשר מימן אינו בר-קיימא. מוטציה שתגרום לכך תביא להפלה בהריון המוקדם.