ความสำคัญของพันธะไฮโดรเจน

พันธะไฮโดรเจนมีความสำคัญในกระบวนการทางเคมีหลายอย่าง พันธะไฮโดรเจนมีหน้าที่รับผิดชอบความสามารถในการทำละลายเฉพาะของน้ำ พันธะไฮโดรเจนจับสายคู่สมของ DNA ไว้ด้วยกัน และมีหน้าที่กำหนดโครงสร้างสามมิติของโปรตีนที่ถูกพับ รวมทั้งเอ็นไซม์และแอนติบอดี

วิธีง่ายๆ ในการอธิบายพันธะไฮโดรเจนคือการใช้น้ำ โมเลกุลของน้ำประกอบด้วยไฮโดรเจนสองชนิดที่จับกับออกซิเจนอย่างโควาเลนต์ เนื่องจากออกซิเจนมีอิเล็กโตรเนกาติตีมากกว่าไฮโดรเจน ออกซิเจนจึงดึงอิเล็กตรอนที่ใช้ร่วมกันเข้ามาใกล้ตัวเองมากขึ้น สิ่งนี้ทำให้อะตอมออกซิเจนมีประจุลบมากกว่าอะตอมไฮโดรเจนตัวใดตัวหนึ่งเล็กน้อย ความไม่สมดุลนี้เรียกว่าไดโพล ทำให้โมเลกุลของน้ำมีด้านบวกและด้านลบ เกือบจะเหมือนกับแม่เหล็กขนาดเล็ก โมเลกุลของน้ำจะเรียงตัวกันเพื่อให้ไฮโดรเจนในโมเลกุลหนึ่งเผชิญกับออกซิเจนในอีกโมเลกุลหนึ่ง สิ่งนี้ทำให้น้ำมีความหนืดมากขึ้นและยังช่วยให้น้ำละลายโมเลกุลอื่นๆ ที่มีประจุบวกหรือลบเล็กน้อย

โครงสร้างโปรตีนบางส่วนถูกกำหนดโดยพันธะไฮโดรเจน พันธะไฮโดรเจนสามารถเกิดขึ้นได้ระหว่างไฮโดรเจนบนเอมีนและธาตุอิเล็กโตรเนกาติตี เช่น ออกซิเจนบนสารตกค้างอื่น เมื่อโปรตีนพับเข้าที่ ชุดของพันธะไฮโดรเจนจะ "บีบอัด" โมเลกุลเข้าด้วยกัน โดยยึดไว้ในรูปแบบสามมิติเฉพาะที่ช่วยให้โปรตีนทำหน้าที่เฉพาะ

พันธะไฮโดรเจนยึดสาย DNA เข้าด้วยกัน นิวคลีโอไทด์จับคู่อย่างแม่นยำโดยพิจารณาจากตำแหน่งของผู้ให้พันธะไฮโดรเจนที่มีอยู่ (มีไฮโดรเจนที่เป็นบวกเล็กน้อย) และตัวรับพันธะไฮโดรเจน (ออกซิเจนทางไฟฟ้า) ไทมีนของนิวคลีโอไทด์มีผู้บริจาคหนึ่งแห่งและไซต์ผู้รับหนึ่งแห่งที่จับคู่อย่างสมบูรณ์กับตัวรับและไซต์ผู้บริจาคของนิวคลีโอไทด์ Cytosine จับคู่กับ guanine ได้อย่างลงตัวผ่านพันธะไฮโดรเจนสามพันธะ

แอนติบอดีเป็นโครงสร้างโปรตีนแบบพับซึ่งกำหนดเป้าหมายได้อย่างแม่นยำและพอดีกับแอนติเจนที่จำเพาะ เมื่อแอนติบอดีถูกผลิตขึ้นและได้รูปร่างสามมิติ (ได้รับความช่วยเหลือจากพันธะไฮโดรเจน) แอนติบอดีจะมีลักษณะเป็นกุญแจในการล็อคแอนติเจนที่จำเพาะของมัน แอนติบอดีจะล็อคเข้าสู่แอนติเจนผ่านชุดของอันตรกิริยารวมถึงพันธะไฮโดรเจน ร่างกายมนุษย์มีความสามารถในการผลิตแอนติบอดีที่แตกต่างกันกว่าหมื่นล้านชนิดในปฏิกิริยาภูมิคุ้มกัน

แม้ว่าพันธะไฮโดรเจนแต่ละตัวจะไม่แข็งแรงนัก แต่พันธะไฮโดรเจนหลายชุดก็ปลอดภัยมาก เมื่อไฮโดรเจนโมเลกุลหนึ่งเกิดพันธะผ่านสองตำแหน่งขึ้นไปกับอีกโมเลกุลหนึ่ง โครงสร้างวงแหวนที่เรียกว่าคีเลตจะก่อตัวขึ้น สารประกอบคีเลตมีประโยชน์สำหรับการกำจัดหรือระดมโมเลกุลและอะตอม เช่น โลหะ