Vodikova vezava: funkcija, naloge in bolezni

vodik vez je interakcija med molekule ki spominja na Van der Waalsa interakcije in se pojavlja v človeškem telesu. Veza ima vlogo predvsem v okviru peptidnih vezi in verig aminokisline in beljakovin. Brez vodik vezne sposobnosti, organizem ni sposoben za življenje, ker mu primanjkuje vitalnega aminokisline.

Kaj je vodikova vez?

vodik vezi so medmolekularne sile. Brez njihovega obstoja, voda ne bi obstajala v različnih agregatnih stanjih, ampak bi bila plinasta. Vodikova vez je okrajšana kot vodikova ali H-veza. Gre za kemični učinek, ki se nanaša na privlačno interakcijo kovalentno vezanih atomov vodika na prostih elektronskih parih atomskega atoma, ki združuje atome. Interakcija temelji na polarnosti in, natančneje opisana, obstaja med pozitivno polariziranimi vodikovimi atomi v amino ali hidroksilni skupini in prostimi elektronskimi pari drugih funkcionalnih skupin. Le pod določenimi pogoji pride do interakcije. Ena stanje je elektronegativna lastnost prostih elektronskih parov. Ta lastnost mora biti močnejša od elektronegativne lastnosti vodika, da ustvari močno vez. Vodikov atom je tako lahko polarno vezan. Elektronegativni prosti atomi so lahko na primer dušik, kisikin fluor. Vodikove vezi so sekundarne valentne vezi, katerih moč je običajno daleč pod kovalentnimi vezmi ali ionskimi vezmi. Molekule v vodikovih vezah sorazmerno visoke tališče glede na njihovo molar masa in podobno visoko vrelišče. Vezi imajo medicinsko pomembnost predvsem glede na peptide in nukleinska kislina znotraj organizma. Vodikove vezi so medmolekularne sile. Brez njihovega obstoja, voda ne bi obstajala v različnih agregatnih stanjih, ampak bi bila plinasta.

Funkcija in naloga

Vodikova vez ima le šibko interakcijo in se pojavlja med dvema delcema ali znotraj molekule. V tem okviru ima oblika vezi vlogo, na primer pri oblikovanju terciarnih struktur v Ljubljani beljakovin. V biokemiji se struktura beljakovin nanaša na različne strukturne ravni beljakovin ali peptidov. Strukture teh naravno prisotnih snovi so hierarhično razdeljene na primarno strukturo, sekundarno strukturo, terciarno strukturo in kvaternarno strukturo. Za primarno strukturo se šteje aminokislinsko zaporedje. Ko je beljakovina omenjena v smislu prostorske ureditve, pogosto obstaja pogovor beljakovinskih konformacij in pojav konformacijske spremembe. Konformacijska sprememba v tem kontekstu ustreza spremembi prostorske strukture. Ureditev beljakovin ima za osnovo peptidno vez. Ta vrsta vezi vedno poveže aminokisline na enak način. V celicah posredujejo peptidne vezi ribosomi. Vsaka peptidna vez ustreza povezavi karboksilnih skupin ene aminokisline in aminokislin druge aminokisline, ki jo spremlja odcepitev voda. Ta postopek je znan tudi kot hidroliza. V vsaki peptidni vezi enojna vez povezuje skupino C = O z skupino NH. The dušik atom ima točno en prosti elektronski par. Zaradi visoke elektronegativnosti kisik, je ta prosti par pod elektronskim odvzemom pod vplivom atomov O2. Na ta način kisik delno potegne prosti elektronski par v vez med dušik atom in ogljika atoma in peptidna vez dobi sorazmerni značaj dvojne vezi. Znak dvojne vezi odstrani prosto vrtljivost skupine NH in C = O. Atomi kisika in vodikovi atomi peptidnih vezi so pomembni za tvorbo strukture vseh peptidov in proteinov brez izjeme. Dve amino kisline se lahko na ta način pritrdijo drug na drugega. Po takšni vezavi se pojavijo vse peptidne vezi dveh verig amino kisline so si nasproti. Vodikovi atomi v peptidni vezi so razmeroma pozitivno polarizirani v primerjavi z atomi kisika peptidnih vezi, ki so si nasproti. Na ta način vodikove vezi tvorijo in povezujejo obe aminokislinski verigi. Vse amino kisline v človeškem telesu so organske spojine, sestavljene iz vsaj ene karboksi skupine in ene amino skupine. Aminokisline so bistveni strukturni gradnik človeškega življenja. Poleg α-aminokislin beljakovin je znanih več kot 400 ne-proteinogenih aminokislin z biološkimi funkcijami, ki jih brez vodikove vezi ne bi mogli oblikovati. Sile, kot je vodikova vez, tako v prvi vrsti stabilizirajo terciarno strukturo aminokislin.

Bolezni in motnje

Ko pride do motenj v tvorbi funkcionalnih beljakovin gen prostorskih struktur, se običajno uporablja izraz bolezen zlaganja proteinov. Ena takih motenj je Huntingtonova bolezen. Ta genetska bolezen je podedovana avtosomno prevladujoče in je posledica genske mutacije v kromosomu 4. Mutacija vodi do nestabilnosti gen izdelka. Motnja je nevrološka bolezen, povezana predvsem z neprostovoljnimi hiperkinezami distalnih okončin in obraza. Vztrajne hiperkineze povzročijo togost prizadetih mišic. Poleg tega pacienti bolezni trpijo zaradi povečane porabe energije. Patološki pojavi, povezani z vodikovo vezjo ali splošno strukturo beljakovin, so prisotni tudi pri prionskih boleznih, kot je bolezen norih krav. Po najbolj razširjeni hipotezi BSE sproži napačno zlaganje beljakovin. Te napačno zložene beljakovine se ne morejo razgraditi s fiziološkimi procesi in se zato kopičijo v tkivih, zlasti v osrednjem živčni sistem. Rezultat je degeneracija živčnih celic. Malformacije strukture beljakovin so obravnavane tudi v vzročnem kontekstu Alzheimerjeva bolezen bolezen. Omenjene bolezni neposredno ne vplivajo na vodikovo vez, temveč se nanašajo na prostorsko strukturo beljakovin, h kateremu vodikova vez pomembno prispeva. Organizem z absolutno nezmožnostjo vodikove vezi ni sposoben preživeti. Mutacija, ki bi povzročila to, bi povzročila zgodnji upad nosečnosti.