Eine Wasserstoffbrücke entsteht, wenn das positive Ende eines Moleküls vom negativen Ende eines anderen angezogen wird. Das Konzept ähnelt der magnetischen Anziehung, bei der sich entgegengesetzte Pole anziehen. Wasserstoff hat ein Proton und ein Elektron. Dies macht Wasserstoff zu einem elektrisch positiven Atom, da ihm Elektronen fehlen. Es versucht, seiner Energiehülle ein weiteres Elektron hinzuzufügen, um es zu stabilisieren.
Zwei Begriffe sind wichtig, um zu verstehen, wie sich die Wasserstoffbrücke bildet: Elektronegativität und Dipol. Die Elektronegativität ist das Maß für die Tendenz eines Atoms, Elektronen an sich zu ziehen, um eine Bindung zu bilden. Ein Dipol ist eine Trennung von positiven und negativen Ladungen in einem Molekül. Eine Dipol-Dipol-Wechselwirkung ist eine anziehende Kraft zwischen dem positiven Ende eines polaren Moleküls und dem negativen Ende eines anderen polaren Moleküls.
Wasserstoff wird am häufigsten von elektronegativeren Elementen als sich selbst angezogen, wie beispielsweise Fluor, Kohlenstoff, Stickstoff oder Sauerstoff. Ein Dipol bildet sich in einem Molekül, wenn Wasserstoff das positivere Ende der Ladung behält, während seine Elektron wird in Richtung des elektronegativen Elements angezogen, wo die negative Ladung größer ist konzentriert.
Wasserstoffbrückenbindungen sind schwächer als kovalente oder ionische Bindungen, da sie sich unter biologischen Bedingungen leicht bilden und brechen. Moleküle mit unpolaren kovalenten Bindungen bilden keine Wasserstoffbrücken. Aber jede Verbindung mit polaren kovalenten Bindungen kann eine Wasserstoffbrücke bilden.
Die Bildung von Wasserstoffbrückenbindungen ist in biologischen Systemen wichtig, da die Bindungen die Struktur und Form von großen Makromolekülen wie Nukleinsäuren und Proteinen stabilisieren und bestimmen. Diese Art der Bindung tritt in biologischen Strukturen wie DNA und RNA auf. Diese Bindung ist in Wasser sehr wichtig, da dies die Kraft ist, die zwischen den Wassermolekülen besteht, um sie zusammenzuhalten.
Sowohl als flüssiges als auch als festes Eis liefert die Bildung von Wasserstoffbrücken zwischen den Wassermolekülen die Anziehungskraft, um die Molekülmasse zusammenzuhalten. Intermolekulare Wasserstoffbrückenbindungen sind für den hohen Siedepunkt von Wasser verantwortlich, da sie die Energiemenge erhöhen, die erforderlich ist, um die Bindungen aufzubrechen, bevor das Sieden beginnen kann. Die Wasserstoffbindung zwingt Wassermoleküle, beim Gefrieren Kristalle zu bilden. Da sich die positiven und negativen Enden der Wassermoleküle in einer Anordnung ausrichten müssen, die es den positiven Enden ermöglicht, die negative Enden der Moleküle, das Gitter oder Gerüst des Eiskristalls ist nicht so engmaschig wie die flüssige Form und lässt Eis darin schweben float Wasser.
Die 3-D-Struktur von Proteinen ist bei biologischen Reaktionen, wie z. B. bei Enzymen, sehr wichtig wo die Form eines oder mehrerer Proteine in Öffnungen in Enzymen passen muss, ähnlich wie ein Schloss und ein Schlüssel Mechanismus. Wasserstoffbrücken ermöglichen es diesen Proteinen, sich nach Bedarf zu biegen, zu falten und in verschiedene Formen einzupassen, was die biologische Aktivität des Proteins bestimmt. Dies ist in der DNA sehr wichtig, da die Bildung von Wasserstoffbrücken es dem Molekül ermöglicht, seine Doppelhelix-Bildung anzunehmen.