Valintakoe B: Lääketiede ja biotieteet
Mikä on vetysidos?
Vetysidos on heikko vetovoima, joka syntyy, kun typpeen, happeen tai fluoriin kovalenttisesti sitoutunut vetyatomi vetää puoleensa toisen typpi-, happi- tai fluoriatomin vapaata elektroniparia. Se on vahvempi kuin dispersiovoimat ja tavalliset dipoli-dipolivoimat, mutta paljon heikompi kuin kovalenttinen sidos. Vetysidokset selittävät veden korkean kiehumispisteen, DNA:n emäsparit ja proteiinien laskostumisen.
Typpi, happi ja fluori ovat hyvin elektronegatiivisia, joten niihin sitoutunut vety saa selvän positiivisen osittaisvarauksen. Se vetää puoleensa naapurimolekyylin elektronegatiivisen atomin vapaata elektroniparia. Vetysidos on siis erityisen voimakas dipoli-dipolivoima.
Vesimolekyylit muodostavat vetysidosten verkoston. Siksi vesi kiehuu 100 °C:ssa, vaikka raskaampi rikkivety H₂S kiehuu noin −60 °C:ssa. Samasta syystä vedellä on suuri ominaislämpökapasiteetti, ja jää on nestemäistä vettä kevyempää, koska sen kiderakenne on avoin.
DNA:n juosteet pysyvät yhdessä emästen välisten vetysidosten avulla. Adeniinin ja tymiinin välillä on kaksi vetysidosta, guaniinin ja sytosiinin välillä kolme. Proteiinin α-kierre ja β-laskos pysyvät koossa peptidiketjun vetysidoksilla. Koska vetysidos on heikko, lämpö voi avata DNA:n juosteet ja denaturoida proteiinin katkaisematta kovalenttisia sidoksia.
Esimerkki
DNA-jakson toinen juoste on 5'-ATGCGC-3'. Montako vetysidosta emäsparien välillä on, ja miksi GC-rikas jakso erottuu korkeammassa lämpötilassa kuin AT-rikas?
- Emäsparit ovat A-T, T-A, G-C, C-G, G-C ja C-G.
- A-T- ja T-A-pareissa on kummassakin 2 vetysidosta, ja neljässä G-C- tai C-G-parissa kussakin 3.
- Yhteensä 2 + 2 + 3 + 3 + 3 + 3 = 16 vetysidosta.
- GC-parissa on enemmän vetysidoksia, joten GC-rikkaan jakson juosteiden erottaminen vaatii enemmän energiaa. Päällekkäisten emästen väliset vuorovaikutukset vahvistavat GC-rikasta jaksoa lisäksi.
Tyypillinen virhe
Vetysidos ei ole sidos kahden vetyatomin välillä eikä kovalenttinen sidos molekyylin sisällä. Se on vetovoima molekyylien välillä tai saman suuren molekyylin eri osien välillä, kuten DNA:ssa ja proteiinissa.
Valintakokeessa B
Molekyylien väliset voimat kuuluvat lukion kemiaan, ja valintakoe B yhdistää kemian ja biologian samaan osioon. Vetysidos toimii usein siltana: kemiallinen ominaisuus selittää biologisen rakenteen tai ilmiön.
Missä kurssissa tämä opetetaan
SmartVK:n valintakoe B -kurssin luvussa 12: Aineen rakenne ja sidokset. Katso kurssin sisältö.
Kysymyksiä
Miksi jää kelluu vedessä?
Jäässä jokainen vesimolekyyli on vetysidoksin kiinni neljässä naapurissaan, ja ne muodostavat avoimen kuusikulmaisen hilan. Molekyylit ovat siinä kauempana toisistaan kuin nestemäisessä vedessä, joten jään tiheys on pienempi. Siksi järvet jäätyvät pinnalta ja pohjalla oleva vesi pysyy sulana.
Muodostaako metaani vetysidoksia?
Ei muodosta. Metaanin vedyt ovat sitoutuneet hiileen, jonka elektronegatiivisuus on lähellä vedyn elektronegatiivisuutta. C-H-sidos on lähes pooliton, eikä vedylle synny riittävää positiivista osittaisvarausta. Metaanimolekyylien välillä vaikuttavat vain heikot dispersiovoimat, minkä vuoksi metaani kiehuu noin −162 °C:ssa.