Химическая связь образуется тогда и только тогда, когда при сближении атомов потенциальная энергия электронов и ядер понижается. В основном, взаимодействия в молекулах определяются электрическими зарядами, в меньшей степени – магнитными силами, В основе образования химической связи в молекуле лежит баланс межъядерного отталкивания и притяжения электрона одновременно обоими ядрами.

Ковалентная связь - такая (и только такая) химическая связь между двумя атомами, в образование которой каждый из атомов внес по одному электрону.

Если ковалентной связи присущ дипольный момент, то говорят, что связь имеет частично ионный характер. Степень ионности связи определяется различием электроотрицательностей атомов, образующих связь.

Донорно-акцепторная - химическая связь, в которую один атом дает полностью вакантную валентную орбиталь, а другой – пару электронов.

Надмолекулярные структуры называют «сборками», это подчеркивает нековалентную природу их структуры.

Макромолекулярные цепи образуются с помощью ковалентных связей, которые достаточно прочны, чтобы поддерживать последовательность субъединиц макромолекулы в течение длительного времени. Но заключенная в этой последовательности информация выражается с помощью значительно более слабых нековалентных связей. Такие слабые связи возникают между разными частями одной и той же макромолекулы и между разными макромолекулами. В совокупности эти связи определяют и пространственную структуру макромолекулярных цепей, и то, как эти структуры взаимодействуют друг с другом.

Нековалентные связи в биологических молекулах обычно подразделяют на три типа:

• ионные взаимодействия,
• водородные связи,
• вандерваальсовы взаимодействия.

Еще одно важное слабое взаимодействие создается пространственной структурой воды, которая стремится свести вместе гидрофобные группы и тем самым ослабить их разрушительное действие на сеть водородных связей молекул воды. Такое выталкивание из водного раствора иногда считают четвертым типом слабой нековалентной связи.

Многоцентровые связи – делокализованные химические связи, в том числе в электроноизбыточных или электронодефицитных молекулах и супермолекулах ( в частности, в кристаллах).

Водородная связь – частный случай многоцентровых связей. Об образовании водородной связи говорят тогда, когда атом водорода связан одновременно с двумя и более другими атомами.

Ван-дер-ваальсовы взаимодействия и связи Ван- дер-Ваальса - взаимодействия, обусловленные так называемыми ориентационными, индукционными, дисперсионными силами. Связи Ван-дер-Ваальса – это связи с участием внешних орбиталей, в отличие от “химических” связей, в которых участвуют валентные орбитали. Ненаправленные.

Структуры, в которых основным видом скрепляющих связей являются ван-дер-ваальсовы, строятся по принципу плотнейших упаковок, в которых ядра стремятся расположиться как можно ближе к электронам других атомов, подобно тому, как это имеет место в электрон-дефицитных соединениях. При этом свободные внешние орбитали не влияют на пространственное расположение своих соседей.

В водном растворе каждая нековалентная связь в 30-300 раз слабее, чем типичные ковалентные связи, удерживающие вместе биологические молекулы и лишь ненамного превышает среднюю энергию столкновения молекул, обусловленную тепловым движением при 37 °С. Одна нековалентная связь в отличие от одной ковалентной слишком слаба, чтобы противостоять тепловому движению, стремящемуся раздвинуть молекулы в разные стороны, поэтому, чтобы скрепить поверхности двух молекул требуется большое количество нековалентных связей. Большое число нековалентных связей может образоваться между двумя поверхностями только тогда, когда большое число атомов поверхностей точно соответствуют друг другу. Именно этим объясняется специфичность биологического узнавания, которое происходит, например, между ферментом и его субстратами.

Слабые нековалентные связи определяют, как различные участки одной молекулы располагаются друг относительно друга, кроме того, они определяют, как такая макромолекула взаимодействует с другими молекулами. В принципе длинная подвижная цепь, такая, как молекула белка, может складываться огромным числом способов, при которых каждая кон-формация будет иметь разный набор слабых взаимодействий между цепями. Однако на деле большинство клеточных белков стабильно складывается только одним способом; в ходе эволюции была отобрана такая последовательность аминокислотных субъединиц, одна конформация которой способна образовывать значительно более благоприятные взаимодействия между цепями, чем любая другая.

Процессы образования крупных упорядоченных сборок происходят путем нековалентного связывания более простых строительных блоков по принципу «от меньшего к большему». При использовании этого подхода из простых блоков строятся сложные сверхмолекулы и сборки, обладающие особой морфологией, функциями и, часто, уникальными физико-химическими свойствами.