Une liaison hydrogène se forme lorsque l'extrémité positive d'une molécule est attirée par l'extrémité négative d'une autre. Le concept est similaire à l'attraction magnétique où les pôles opposés s'attirent. L'hydrogène a un proton et un électron. Cela fait de l'hydrogène un atome électriquement positif car il manque d'électrons. Il cherche à ajouter un autre électron à sa couche d'énergie pour la stabiliser.
Deux termes sont importants pour comprendre comment se forme la liaison hydrogène: l'électronégativité et le dipôle. L'électronégativité est la mesure de la tendance d'un atome à attirer des électrons sur lui-même pour former une liaison. Un dipôle est une séparation des charges positives et négatives dans une molécule. Une interaction dipôle-dipôle est une force d'attraction entre l'extrémité positive d'une molécule polaire et l'extrémité négative d'une autre molécule polaire.
L'hydrogène est le plus souvent attiré par des éléments plus électronégatifs que lui-même, tels que le fluor, le carbone, l'azote ou l'oxygène. Un dipôle se forme dans une molécule lorsque l'hydrogène retient l'extrémité la plus positive de la charge tandis que son l'électron est attiré vers l'élément électronégatif où la charge négative sera plus concentré.
Les liaisons hydrogène sont plus faibles que les liaisons covalentes ou ioniques car elles se forment et se cassent facilement dans des conditions biologiques. Les molécules qui ont des liaisons covalentes non polaires ne forment pas de liaisons hydrogène. Mais tout composé qui a des liaisons covalentes polaires peut former une liaison hydrogène.
La formation de liaisons hydrogène est importante dans les systèmes biologiques car les liaisons stabilisent et déterminent la structure et la forme de grosses macromolécules telles que les acides nucléiques et les protéines. Ce type de liaison se produit dans les structures biologiques, telles que l'ADN et l'ARN. Cette liaison est très importante dans l'eau car c'est la force qui existe entre les molécules d'eau pour les maintenir ensemble.
À la fois sous forme de glace liquide et solide, la formation de liaisons hydrogène entre les molécules d'eau fournit la force d'attraction pour maintenir la masse moléculaire ensemble. La liaison hydrogène intermoléculaire est responsable du point d'ébullition élevé de l'eau car elle augmente la quantité d'énergie nécessaire pour rompre les liaisons avant que l'ébullition puisse commencer. La liaison hydrogène force les molécules d'eau à former des cristaux lorsqu'elle gèle. Étant donné que les extrémités positives et négatives des molécules d'eau doivent s'orienter dans un réseau qui permet aux extrémités positives d'attirer le extrémités négatives des molécules, le réseau ou le cadre du cristal de glace n'est pas aussi étroitement maillé que la forme liquide et permet à la glace de flotter dans l'eau.
La structure 3-D des protéines est très importante dans les réactions biologiques telles que celles impliquant des enzymes où la forme d'une ou plusieurs protéines doit s'insérer dans les ouvertures des enzymes comme une serrure et une clé mécanisme. La liaison hydrogène permet à ces protéines de se plier, de se plier et de s'adapter à diverses formes selon les besoins, ce qui détermine l'activité biologique de la protéine. Ceci est très important dans l'ADN car la formation de liaisons hydrogène permet à la molécule d'assumer sa formation en double hélice.