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Lexikon der Biologie: Wasserstoffbrücke

Wasserstoffbrücke, Wasserstoffbrückenbindung, Wasserstoffbindung, H-Brücke, eine nichtkovalente, schwache chemische Bindung (schwache Wechselwirkungen) vorwiegend elektrostatischer Natur zwischen gebundenen Wasserstoffatomen (Wasserstoff) und den freien Elektronenpaaren (Elektron) der Atome von Sauerstoff und Stickstoff ( ü vgl. Abb. ). Von besonderer biologischer Bedeutung sind die Wasserstoffbrücken bei der Ausbildung der Sekundärstrukturen von Nucleinsäuren (Basenpaarung [Abb.], DNA-Doppelhelix; ä Desoxyribonucleinsäuren III ), Proteinen (Alpha-Helix, Beta-Faltblatt; Peptidbindung, Proteine I ) und Polysacchariden. Auch an der Bildung von Enzym-Substrat-Komplexen und deren Übergangszustände (Enzyme) sowie an der Bindung von Liganden an Makromoleküle (Komplexverbindungen) sind häufig Wasserstoffbrücken beteiligt. Wasserstoffbrücken können sich sowohl intramolekular, wie z.B. bei der α-Helix von Proteinen, als auch intermolekular, wie z.B. bei der DNA-Doppelhelix oder bei der Kollagen-Tripelhelix (Kollagen), ausbilden. Die Sekundärstruktur von Cellulose ist durch intra- und intermolekulare Wasserstoffbrücken stabilisiert. Basennachbarschaft, Dipol, Komplementarität, Kooperativität.



Wasserstoffbrücke

Die Wasserstoffbrücke ist eine nicht kovalente Bindung zwischen einem Protonen-Donor X–H und den freien Elektronenpaaren anderer Atome Y (Protonen-Akzeptor), wobei X und Y stark elektronegative Elemente wie Fluor, Sauerstoff oder Stickstoff sein müssen. In abgeschwächter Form können auch Chlor und Schwefel Wasserstoffbrücken eingehen. Die Bindungsenergie von Wasserstoffbrücken liegt meist zwischen derjenigen einer echten kovalenten Bindung und der Energie einer van-der-Waals-Wechselwirkung (schwache Wechselwirkungen). Ähnlich verhält es sich mit den Bindungslängen. In biologischen Systemen ist der H-Donor ein Sauerstoff- oder ein Stickstoff-Atom mit kovalent gebundenem Wasserstoff, und als H-Akzeptoren fungieren ebenfalls ein Sauerstoff- oder Stickstoffatom. Wasserstoffbrücken sind gerichtet und erreichen maximale Stärke, wenn Donor- und Akzeptor- und das H-Atom auf einer Linie liegen. Die Abb. zeigen einige elementare Wasserstoffbrücken.

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