Legami chimici forti e deboli

I principali elementi chimici degli organismi viventi sono: l'idrogeno, l'ossigeno, il carbonio, l'azoto , il fosforo e lo zolfo. Questi elementi possono combinarsi tra loro in vari modi per formare molecole d'interesse biologico. Una molecola è costituita dall'unione di uno o più atomi mediante legami chimici. Gli elementi chimici d'interesse biologico sono in grado di formare legami forti, nei quali gli elettroni vengono condivisi in maniera più o meno paritaria tra gli atomi partecipanti. Si parla allora di legami covalenti. Gli elementi chimici d'interesse biologico, comunque, si legano in diverse combinazioni a formare i costituenti delle macromolecole, i cosiddetti monomeri. Le macromolecole, quindi, sono polimeri, cioè composti chimici costituiti dalla ripetizione di unità monomeriche. Oltre ai legami covalenti si trovano anche tipi di legami molto più deboli. Tra questi il principale è costituito dal legame idrogeno che si forma tra atomi di idrogeno e atomi più elettronegativi (capaci di attrarre elettroni), quali l'ossigeno o l'azoto. Ad esempio, l'atomo di ossigeno è piuttosto elettronegativo, mentre l'idrogeno non lo è. Nella molecola viene così a crearsi una parziale separazione di carica che rende l'ossigeno leggermente negativo e l'idrogeno leggermente positivo. Di per sé un singolo legame idrogeno è molto debole, ma quando molti di questi legami si formano tra le varie molecole, può risultare abbastanza resistente. Le molecole d'acqua interagiscono tra loro facilmente mediante legami idrogeno., e ciò contribuisce alla ben nota polarità dell'acqua. Grazie alla loro polarità le molecole dell'acqua tendono molto facilmente ad associarsi tra loro e separarsi da molecole non polari (idrofobiche). Nelle molecole d'interesse biologico sono presenti altri tipi d'interazione debole. Ad esempio, le forze di van der Waals sono forze attrattive deboli che si manifestano tra atomi quando questi si trovano a una distanza inferiore a 3-4 angstrom (Ả), e possono svolgere una funzione fondamentale nel legame substrato-enzima. I legami ionici sono interazioni elettrostatiche deboli che, in soluzione acquosa, vanno incontro a ionizzazione. Le interazioni idrofobiche costituiscono un'altra categoria d'interazioni importanti nelle molecole biologiche. Esse si producono perché in un ambiente polare le molecole apolari (o le regioni apolari di una molecola) tendono ad aggregarsi. Le interazioni idrofobiche possono contribuire significativamente al ripiegamento delle catene proteiche nello spazio, e rivestono un ruolo importante nel legame substrato-enzima.