Legaturile chimice ale biomoleculelor

Legaturile chimice ale biomoleculelor

Proprietatile biomoleculelor depind de natura atomilor care le alcatuiesc, de modul cum acestia sunt legati intre ei precum si de influentele reciproce ale unui atom asupra altuia.

Legatura chimica exprima forta care leaga atomii sau gruparile de atomi intr-o molecula. Functionarea sistemelor biochimice implica existenta unor tipuri variate de legaturi chimice intre elementele ce formeaza diferiti compusi chimici.

Elementele chimice nu pot exista in stare libera in natura (cu exceptia gazelor rare), ele tind sa-si stabileasca o configuratie electronica stabila (dublet sau octet).

Legaturile chimice care se intalnesc in biomolecule sunt legaturi covalente, coordinative si electrovalente. De asemenea, se pot stabili si interactiuni intre biomolecule, reprezentate de legaturile de hidrogen si fortele Van der Wals.

Legatura covalenta. Conform teoriei electronice, o legatura covalenta ia nastere prin participarea a doi electroni, cate unul de la fiecare din atomii care pot forma o legatura covalenta. Se realizeaza astfel o configuratie electronica stabila (dublet sau octet). Perechea de electroni apartine ambilor atomi legati prin covalenta. Astfel, doi atomi de clor monovalenti se leaga printr-o covalenta formand molecula de clor stabila.

Doi atomi de hidrogen formeaza molecula H_2.

Acestea sunt legaturi covalente simple.Dar atomii isi pot pune in comun si doua sau trei perechi de electroni, rezultand legaturi covalente duble sau triple.

Prin puncte s-au notat electronii stratului de valenta, care corespund cu numarul grupei din sistemului periodic in care se gaseste elementul respectiv (pentru elementele din grupele principale).

Legaturi covalente se pot forma si intre atomi diferiti :

Daca diferentele de electronegativitate ale atomilor participanti la legatura covalenta este nesemnificativa, (ca si in cazul moleculei de CH₄ si NH₃) legatura este nepolara. Daca aceasta diferenta exista, legatura va fi polara, intrucat perechea de electroni a legaturii va fi atrasa de atomul mai electronegativ, fiind mai apropiata de acesta. In acest fel, atomul mai electronegativ va primi o sarcina partiala negativa (devenind polul negativ al moleculei), in timp ce atomul mai putin electronegativ va avea o sarcina partiala pozitiva (polul pozitiv).

Acest tip de legatura se intalneste in molecula de apa (polul negativ fiind atomul de oxigen, iar cel pozitiv, atomul de hidrogen), acid clorhidric (cu polul negativ la atomul de clor), etc.

Legatura covalenta este o legatura foarte puternica si este intalnita in toate biomoleculele.

Legatura coordinativa. Se formeaza cu ajutorul perechilor de electroni neparticipanti ale unui atom (N, O, S) numit atom central dintr-un compus. Ea este o varianta a legaturii covalente si se realizeaza prin cedarea acestei perechi de electroni de catre un atom (donor) unui alt atom care accepta cei doi electroni (acceptor). Ea se noteaza printr-o sageata indreptata de la donor la acceptor.

Exista molecule in care unul dintre atomi poseda o pereche de electroni neparticipanti:

Aceasta poate fi implicata in formarea unei noi legaturi chimice cu un atom cu deficit de electroni.Unul dintre atomi (donorul) va "dona" perechea de electroni necesari legaturii, celalalt atom (acceptorul) va accepta aceasta pereche.

Legatura nou formata se numeste coordinativa, se noteaza cu o sageata orientata de la donor la acceptor.

Legatura electrovalenta (ionica) se realizeaza prin atractia electrostatica dintre ionii de semn contrar. Un ion este o specie de atomi care a cedat electroni, transformandu-se astfel in ion pozitiv (cation) sau a acceptat electroni, transformandu-se in ion negativ (anion).

Prin cedare sau acceptare de electroni, atomii vor avea o configuratie stabila de dublet (mai rar) sau de octet.

Elementele care au tendinta de-a ceda electroni sunt metalele, in timp ce nemetalele accepta electroni. Numarul de electroni cedati de un metal este egal cu numarul grupei (pentru metalele din grupele principale), iar numarul de electroni acceptati de nemetal este egal cu diferenta dintre opt si numarul grupei.

Legatura ionica este intalnita in saruri, oxizi metalici, hidroxizi, etc. precum si in structura unor proteine.

Legatura de hidrogen Legatura de hidrogen este de natura electrostatica si se stabileste intre molecule continand atomi de H si moleculele care au atomi puternic electronegativi: O, N, F.

Legatura de hidrogen se noteaza cu puncte.

Ea este prezenta intre molecule de apa, de alcooli, de aminoacizi, moleculele de glucide, contribuind de asemenea la structura proteinelor si a acizilor nucleici.

Legatura de H are ca rezultat formarea unor asociatii intre aceste molecule. Astfel apa, poate fi mai corect reprezentata astfel: (H₂O)n; iar alcoolii: (R-OH)_n, etc.

Existenta legaturilor de hidrogen determina o serie de proprietati deosebite ale apei : punctul de fierbere ridicat, caldura de evaporare mare, caldura specifica ridicata. Aceste proprietati au anumite consecinte pentru organism. Astfel, datorita caldurii specifice ridicate si a celei de evaporare, apa din organism se mentine constanta.

Moleculele asociate prin legaturi de H si care au starea de agregare lichida sunt solventi buni pentru compusii organici care contin gruparile functionale: -OH; -COOH; -C=O; -NH₂.