Noncovalent attractions are associations within and between molecules that influence the shape and structural stability of complexes. These interactions differ from covalent bonding in that they do not involve sharing of electrons.
Four types of noncovalent interactions are hydrogen bonds, van der Waals forces, ionic bonds, and hydrophobic interactions.
Hydrogen bonding results from the electrostatic attraction of a hydrogen atom covalently bonded to a strong-electronegative atom like oxygen, nitrogen, or fluorine by another electronegative atom. The hydrogen atom develops a partial positive charge as the electronegative atom to which it is bonded draws the electron cloud near it. As a result, a weak interaction occurs between the δ+ charge of the hydrogen and the δ– charge on the neighboring electronegative atom. This type of interaction forms regularly between water molecules. Independent hydrogen bonds easily break; however, they occur in large numbers in water and organic polymers, creating a significant force in combination.
A second type of interaction called van der Waals is driven by temporary attractions between electron-rich and electron-poor regions of two or more atoms (or molecules) that are near each other. These interactions can contribute to the three-dimensional structures of proteins essential for their function.
Another type of interaction is ionic bonding that occurs between oppositely charged ions. In biological systems, ionic interactions arising from oppositely charged ions can also help stabilize biomolecules’ structure. Metal ions such as magnesium interact with negatively charged biomolecules such as DNA. The magnesium ion binds to the negative phosphate groups, thereby neutralizing the charge and helping to pack the long DNA polymer into solenoid or toroid structures.
Lastly, the hydrophobic effect is a noncovalent interaction in which hydrophobic molecules aggregate to minimize contact with water in an aqueous environment. As a consequence, the hydrophobic regions of a polypeptide become buried within the structure during protein folding.
공유 결합은 상호 작용하는 원자 간에 전자 쌍이 공유될 때 형성됩니다. 이러한 강한 결합을 끊으려면 많은 양의 에너지가 필요합니다.
공유 결합은 원자를 분자로 연결하는 분자 내 힘이지만, 분자간 및 비공유 인력은 분자 사이 또는 더 큰 분자의 다른 부분 내에서 원자 그룹을 안정화합니다.
비록 개별적으로는 약하지만, 많은 비공유 상호작용이 함께 일어나면 분자가 오랜 시간 동안 연관 상태를 유지할 수 있습니다.
생물학적 시스템에서 발생하는 비공유 인력의 네 가지 주요 유형은 이온 상호 작용, 수소 결합, 반 데르 발스 힘 및 소수성 상호 작용입니다.
이온 상호 작용은 반대 하전을 띤 이온 사이에서 발생합니다.
DNA 골격에는 서로 가까운 많은 음전하를 띤 인산기가 있습니다. 분자를 안정화하기 위해 마그네슘과 같은 양이온은 인산기 그룹과 상호 작용하여 DNA의 순 전하를 중화합니다.
수소 결합은 산소 또는 질소와 같은 고도의 전기 음성 원자에 공유 결합된 수소 원자가 다른 전기 음성 원자에 있는 고독한 전자 쌍과 상호 작용할 때 형성됩니다.
DNA에서 상보적인 가닥은 수소 결합에 의해 함께 쌍을 이룹니다. 한 가닥의 염기는 반대쪽 가닥의 다른 염기에서 질소 또는 산소 원자와 공유 결합 된 수소를 공유합니다.
Van der Waals 상호 작용은 두 분자가 서로 밀접하게 접근할 때 발생합니다.
이러한 비특이적 인력은 분자 전체에 걸친 전자의 빠른 이동에 의해 생성된 일시적인 쌍극자에서 비롯됩니다. 그러나 분자가 너무 가까워지면 정전기 반발이 Van der Waals 상호 작용을 뒤집습니다.
마지막으로, 소수성 상호 작용은 물 분자의 반발력으로 인한 소수성 그룹의 강제 연관입니다.
수성 환경에서는 지질 분자의 소수성 부분이 물 분자 간의 수소 결합을 쉽게 방해할 수 없습니다.
물 분자 간의 상호 작용은 물과 지질 분자 간의 상호 작용보다 강합니다. 따라서 지질의 소수성 부분이 결합되어 지질이 응집됩니다.
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