Propriétés

La liaison hydrogène







 

 

 

 

 

 

 

 


La liaison hydrogène, souvent évoquée dans ce document à propos de l'eau, est une liaison dont peu de monde soupçonnait l'importance, il y a quelques années encore. Pourtant, on pourrait la baptiser "la liaison de la vie", au même titre que l'on pourrait baptiser H2O "la molécule de la vie", tellement toutes deux jouent un rôle central dans les processus biologiques au niveau moléculaire.

On l’a vu, la molécule H2O est capable de développer des liaisons hydrogène. Mais elle n’est pas la seule : la plupart des molécules polaires, en particulier les molécules biologiques, peuvent le faire et se lier ainsi entre elles ou avec des molécules d’eau. Toutes les molécules possédant des groupes carbonyles (C=O) polaires peuvent également se lier par liaisons hydrogène aux molécules d’eau. Mais la petite molécule d’eau est capable d’établir jusqu’à quatre de ces liaisons. Dans l'eau liquide ou la glace, où il n’y a que des molécules d’eau, cela permet d’avoir un nombre de liaisons hydrogène particulièrement élevé : autant que de liaisons de valence. C’est ce qui donne à l'eau ses propriétés physiques exceptionnelles (au voisinage de 0° Celsius, elle se contracte quand on la chauffe et devient plus fluide quand on la comprime), et ses propriétés chimiques non moins exceptionnelles (elle est unique pour dissoudre les sels, acides ou bases en les dissociant en ions positifs et négatifs, etc....).

Quelles propriétés possède donc la liaison hydrogène pour donner de tels effets?
Elle en a deux, plus une troisième, certainement aussi cruciale, mais encore peu connue :

1 - Comme les liaisons de valence, la liaison hydrogène est directionnelle : elle s’aligne dans l’axe de la liaison de valence qui lui est associée. Par exemple, dans l’eau, les 3 atomes O, H et O de la liaison O-H.......O sont alignés. Cette propriété permet d'avoir des architectures moléculaires très bien définies, comme dans la glace ou dans l'eau à courte distance, ou encore dans les molécules biologiques telles que les protéines, ou l'ADN dont les deux brins sont liés entre eux par liaisons hydrogène.

2 - L’énergie de formation de la liaison hydrogène est de l'ordre des énergies mises en jeu dans les fluctuation thermiques à la température ambiante (27° Celsius). Aussi, de telles liaisons peuvent-elles se tordre, se rompre ou se restaurer à cette température. Cette propriété donne aux architectures moléculaires assemblées par liaisons hydrogène, souplesse et possibilité d'évoluer à la température ambiante, ce que ne peuvent faire les liaisons de valence, beaucoup trop énergétiques et donc complètement rigides à cette même température. Or, cette souplesse et ces possibilités d'évolution sont indispensables aux molécules biologiques. C'est aussi cette souplesse de la liaison hydrogène et la grande polarité de la molécule d’eau qui vont, par exemple, permettre à l'eau de construire autour d'un ion un écran de molécules H2O souple, résistant et couvrant tout l'espace autour de cet ion, l’empêchant de se combiner à nouveau avec des ions de signe opposé et le maintenant "dissous" au sein de l'eau. Beaucoup de molécules constituantes d'autres liquides sont aussi polaires. Mais incapables d'établir suffisamment de liaisons hydrogène entre elles dans tout l'espace, pour former un réseau souple et résistant, elles sont incomparablement moins efficaces que l’eau pour dissoudre sels, acides ou bases.

3 - Enfin, la liaison hydrogène est capable de transférer des ions H+ entre les molécules qu'elle lie. Cette propriété est très importante car elle est à l’origine de la réactivité des milieux aqueux. Sans elle, ceux-ci seraient inertes et la vie ne serait pas possible, car les molécules biologiques doivent en permanence réagir pour rester actives. On soupçonne que ce sont les molécules H2O qui autorisent ces transferts d’ions H+ en établissant certaines liaisons hydrogène spécifiques, en d'autres termes qu'elles donnent le feu vert pour que des molécules telles que des protéines puissent réagir. C'est peut-être là leur rôle fondamental, et ce serait grâce à cela que la vie est née dans l'eau et s'y poursuit !


Yves Maréchal
CEA Grenoble



 

   

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