Un enlace de hidrógeno se forma cuando el extremo positivo de una molécula es atraído por el extremo negativo de otra. El concepto es similar a la atracción magnética donde los polos opuestos se atraen. El hidrógeno tiene un protón y un electrón. Esto hace que el hidrógeno sea un átomo eléctricamente positivo porque tiene una deficiencia de electrones. Busca agregar otro electrón a su capa de energía para estabilizarlo.
Dos términos son importantes para comprender cómo se forma el enlace de hidrógeno: electronegatividad y dipolo. La electronegatividad es la medida de la tendencia de un átomo a atraer electrones hacia sí mismo para formar un enlace. Un dipolo es una separación de cargas positivas y negativas en una molécula. Una interacción dipolo-dipolo es una fuerza de atracción entre el extremo positivo de una molécula polar y el extremo negativo de otra molécula polar.
El hidrógeno es atraído más comúnmente por elementos más electronegativos que él mismo, como flúor, carbono, nitrógeno u oxígeno. Se forma un dipolo en una molécula cuando el hidrógeno retiene el extremo más positivo de la carga mientras su el electrón es atraído hacia el elemento electronegativo donde la carga negativa será más concentrado.
Los enlaces de hidrógeno son más débiles que los enlaces covalentes o iónicos porque se forman y se rompen fácilmente en condiciones biológicas. Las moléculas que tienen enlaces covalentes no polares no forman enlaces de hidrógeno. Pero cualquier compuesto que tenga enlaces covalentes polares puede formar un enlace de hidrógeno.
La formación de enlaces de hidrógeno es importante en los sistemas biológicos porque los enlaces estabilizan y determinan la estructura y forma de grandes macromoléculas como los ácidos nucleicos y las proteínas. Este tipo de enlace ocurre en estructuras biológicas, como el ADN y el ARN. Este enlace es muy importante en el agua porque es la fuerza que existe entre las moléculas de agua para mantenerlas unidas.
Tanto como hielo líquido como sólido, la formación de enlaces de hidrógeno entre las moléculas de agua proporciona la fuerza de atracción para mantener unida la masa molecular. El enlace de hidrógeno intermolecular es responsable del alto punto de ebullición del agua porque aumenta la cantidad de energía necesaria para romper los enlaces antes de que comience a hervir. El enlace de hidrógeno obliga a las moléculas de agua a formar cristales cuando se congela. Dado que los extremos positivo y negativo de las moléculas de agua deben orientarse en una matriz que permita que los extremos positivos atraigan la extremos negativos de las moléculas, la red o estructura del cristal de hielo no está tan estrechamente entrelazada como la forma líquida y permite que el hielo flote en agua.
La estructura tridimensional de las proteínas es muy importante en reacciones biológicas como las que involucran enzimas. donde la forma de una o más proteínas debe encajar en las aberturas de las enzimas como un candado y una llave mecanismo. El enlace de hidrógeno permite que estas proteínas se doblen, plieguen y se adapten a diversas formas según sea necesario, lo que determina la actividad biológica de la proteína. Esto es muy importante en el ADN porque la formación de enlaces de hidrógeno permite que la molécula asuma su formación de doble hélice.