Wasserstoffbrückenbindungen sind in vielen chemischen Prozessen wichtig. Die Wasserstoffbindung ist für die einzigartige Lösungsmittelfähigkeit von Wasser verantwortlich. Wasserstoffbrücken halten komplementäre DNA-Stränge zusammen und sind für die Bestimmung der dreidimensionalen Struktur gefalteter Proteine, einschließlich Enzymen und Antikörpern, verantwortlich.
Ein Beispiel: Wasser
Eine einfache Möglichkeit, Wasserstoffbrücken zu erklären, ist mit Wasser. Das Wassermolekül besteht aus zwei Wasserstoffen, die kovalent an einen Sauerstoff gebunden sind. Da Sauerstoff elektronegativer ist als Wasserstoff, zieht Sauerstoff die gemeinsamen Elektronen enger an sich. Dadurch erhält das Sauerstoffatom eine etwas negativere Ladung als jedes der Wasserstoffatome. Dieses Ungleichgewicht wird Dipol genannt, wodurch das Wassermolekül eine positive und eine negative Seite hat, fast wie ein winziger Magnet. Wassermoleküle richten sich so aus, dass der Wasserstoff eines Moleküls dem Sauerstoff eines anderen Moleküls gegenübersteht. Dies verleiht Wasser eine höhere Viskosität und ermöglicht es dem Wasser auch, andere Moleküle aufzulösen, die entweder eine leicht positive oder negative Ladung haben.
Proteinfaltung
Die Proteinstruktur wird teilweise durch Wasserstoffbrücken bestimmt. Wasserstoffbrückenbindungen können zwischen einem Wasserstoff an einem Amin und einem elektronegativen Element, wie beispielsweise Sauerstoff an einem anderen Rest, auftreten. Wenn sich ein Protein zusammenfaltet, "reißt" eine Reihe von Wasserstoffbrücken das Molekül zusammen und hält es in einer spezifischen dreidimensionalen Form, die dem Protein seine besondere Funktion verleiht.
DNA
Wasserstoffbrücken halten komplementäre DNA-Stränge zusammen. Nukleotide paaren sich genau basierend auf der Position verfügbarer Wasserstoffbrückendonoren (verfügbare, leicht positive Wasserstoffatome) und Wasserstoffbrückenakzeptoren (elektronegative Sauerstoffatome). Das Nukleotid Thymin hat eine Donor- und eine Akzeptorstelle, die perfekt mit der komplementären Akzeptor- und Donorstelle des Nukleotid-Adenins gepaart ist. Cytosin paart sich perfekt mit Guanin über drei Wasserstoffbrücken.
Antikörper
Antikörper sind gefaltete Proteinstrukturen, die genau auf ein bestimmtes Antigen abzielen und darauf passen. Sobald der Antikörper produziert ist und seine dreidimensionale Form erreicht hat (unterstützt durch Wasserstoffbrücken), passt sich der Antikörper wie ein Schlüssel in einem Schloss an sein spezifisches Antigen an. Der Antikörper bindet das Antigen durch eine Reihe von Wechselwirkungen, einschließlich Wasserstoffbrücken. Der menschliche Körper hat die Fähigkeit, bei einer Immunreaktion über zehn Milliarden verschiedene Arten von Antikörpern zu produzieren.
Chelatbildung
Während einzelne Wasserstoffbrückenbindungen nicht sehr stark sind, ist eine Reihe von Wasserstoffbrückenbindungen sehr sicher. Wenn ein Molekül Wasserstoff über zwei oder mehr Stellen mit einem anderen Molekül verbindet, wird eine als Chelat bekannte Ringstruktur gebildet. Chelatbildende Verbindungen sind zum Entfernen oder Mobilisieren von Molekülen und Atomen wie Metallen nützlich.