Водородные связи во многом опреде­ляют свойства основных биооргани­ческих соединений - углеводов, белков, нуклеиновых кислот.
В соответствии с древним принципом «подобное растворяется в подобном» большинство углеводов прекрасно растворимо в воде, ведь в их молеку­лах полным-полно ОН-групп. Однако целлюлоза - самый распространенный из полисахаридов, да и вообще из при­родных органических соединений - в воде совершенно не растворима и очень устойчива к гидролизу.

С точки зрения обязанностей, кото­рые целлюлоза выполняет в раститель­ных клетках, такие свойства ей совер­шенно необходимы. Ведь это основной строительный материал, формирующий каркас растений (ежегодно растения синтезируют около ста миллиардов тонн целлюлозы). А преимущества нерастворимого и неплавкого строи­тельного материала понятны каждому, кто знает сказку о ледяной избушке лисы и лубяной (целлюлозной!) избуш­ке зайца.

Как же ухитряется стать нераствори­мой целлюлоза? Ведь ее макромоле­кулы состоят из множества одинаковых остатков глюкозы, каждый из которых содержит целых три ОН-группы:
Только за счет внутренних водород­ных связей. Благодаря им лишь 30- 40% гидроксильных групп такого распространенного целлюлозного материа­ла, как хлопковое волокно, способно взаимодействовать с водой (это легко определить по степени изотопного обмена с тяжелой водой D20); осталь­ные же ОН-группы наглухо заблоки­рованы водородными связями, возни­кающими между фрагментами самой целлюлозы. Поэтому перейти в раствор макромолекулы никак не могут - хло­пок не растворяется, а лишь набухает, поглощая до 22-24% воды.

Другие важнейшие полисахариды - амилоза и амилопектин, входящие в состав крахмала,- отличаются от глюкозы лишь тем, что остатки той же D-глюкозы соединены в них чуть-чуть иначе:
Этого «чуть-чуть» оказывается доста­точным, чтобы водородных связей стало значительно меньше, и поэтому амило­за уже растворяется в теплой воде. Да и гидролизуются эти полисахариды значительно легче целлюлозы, что и позволяет им успешно выполнять свою биологическую функцию: служить ра­стениям не строительным материалом, а резервным источником пищи - глю­козы.

Белки отличаются от углеводов тем, что водородные связи в их макромо­лекулах не фиксированы, а подвижны. Последствия этого небольшого, каза­лось бы, отличия оказываются огром­ными.
Так, кератины - фибриллярные бел­ки, составляющие основу волос и шер­сти,- способны без всякого ущерба растягиваться на 120%. Причиной этого служит способность полипептидных цепей обратимо менять вторичную структуру. Сначала это спираль, закреп­ленная внутримолекулярными водо­родными связями: атом водорода каждой группы - NH - образует водо­родную связь с атомом кислорода четвертой (если считать вдоль цепи) группы С=0 той же самой макромоле­кулы, в результате чего она скручивает­ся как бы в винтовую лестницу. Когда же волокно растягивается, спираль распрямляется и водородные связи становятся межмолекулярными. Анало­гичное превращение происходит и при тепловой денатурации любых белков, приводящей к сворачиванию спираль­ных участков макромолекул в клубки.

А вот сокращение мышечного волок­на представляет собой обратный про­цесс: он связан с тем, что макромолеку­лы белка миозина укорачиваются почти вдвое.
Изложенная схема подкупает просто­той и универсальностью. Но насколько жизнь богаче любой, даже самой бле­стящей схемы! Если устойчивость большинства белков связана с жесткой организацией системы водородных связей, то поразительная каталитическая активность ферментов связана, вероят­но, с их способностью эти связи опе­ративно перестраивать, идеально при­спосабливать конфигурацию макромолекулы к индивидуальным особенно­стям молекул реагентов, соединяющих­ся с активным центром.

Но даже и эту тончайшую игру водо­родных связей нельзя признать непрев­зойденной, потому что есть у живых клеток достижения и похлеще. В конце концов, водородные связи в полипеп­тидных цепях не специфичны, так как остатки любых аминокислот вступают в них практически с равной охотой.

Нуклеиновые кислоты - это следую­щий шаг к совершенству: тут водород­ные связи образуются только между строго определенными партнерами. А именно: нити двойной спирали ДНК удерживаются в сплетенном состоянии при помощи водородных связей между пуриновыми и пиримидиновыми осно­ваниями, причем аденин образует связь только с тимином, а гуанин - с цитозином.
Тут остается только восхищаться иде­альной стыковкой структур, выбран­ных природой: эти же пары оснований немедленно образуют комплексы, соединенные водородной связью, не только в составе биополимера, но и при простом смешении их растворов. Именно этим обеспечивается однознач­ное соответствие строения обеих нитей ДНК и надежное закрепление гене­тической информации.

По строгой классификации водородную связь следует относить к ведомству физической химии. Однако может ли преуспеть в своем искусстве «чистый» физик, «чистый» химик, «чистый» био­лог, да и вообще любой «чистый» ис­следователь, не знакомый с повадками водородной связи, которая скрытно вершит великие дела во всех трех земных царствах - минеральном, растительном и животном?