Нуклеиновые кислоты как природные полимеры. Природный полимер - формула и применение

Слайд 2

Цель урока: Закрепить и углубить представления учащихся о природных полимерах на примере белков и нуклеиновых кислот. Систематизировать знания о составе, строении, свойств и функции белков. Иметь представление о химическом и биологическом синтезе белков, создании искусственной и синтетической пищи. Расширить представление о составе и строении нуклеиновых кислот. Уметь объяснять построение двойной спирали ДНК по принципу комплементарности. Знать роль нуклеиновых кислот в жизнедеятельности организмов. Продолжить развитие навыков самообразования, умения слушать лекцию, выделять главное. Делать записи по составлению плана или тезисов. Развивать познавательный интерес учащихся, устанавливать межпредметные связи (с биологией).

Слайд 3

Первая группа H, O, N, C (макроэлементы) Вторая группа P, S, Ka, Na, Ca, Mg, Fe, Cl Третья группа Zn, Cu, J, F и др. (микроэлементы) Химические элементы,входящие в состав клетки H N O C Са Ва

Слайд 4

Слайд 5

Значения белков

В составе ныне живущих на Земле организмов содержится около тысячи миллиардов тонн белков. Отличаюсь неисчерпаемым разнообразием структуры, которая в то же время строго специфична для каждого из них, белки создают вместе с нуклеиновыми кислотами материальную основу для существования всего богатства организмов окружающего нас мира. Белкам свойственна способность к внутримолекулярным взаимодействиям, поэтому так динамична структура и изменчива форма белковых молекул. Белки вступают во взаимодействие с самыми различными веществами. Объединяясь друг с другом или с нуклеиновыми кислотами, полисахаридами и липидами, они образуют рибосомы, митохондрии, лизосомы, мембраны эндоплазматической сети и другие субклеточные структуры, в которых осуществляются многообразные процессы обмена веществ. Поэтому именно белки играют выдающуюся роль в явлениях жизни.

Слайд 6

Уровни организации белковый молекулы Первичная Вторичная Третичная Четвертичная Одной из трудных задач химии белков была расшифровка последовательности аминокислотных остатков в полипептидной цепи, т. е. первичной структуры белковой молекулы. Впервые она была решена английским ученым Ф. Сангером и его сотрудниками в 1945- 1956 гг. Они установили первичную структуру гормона инсулина – белка, вырабатываемого поджелудочной железой. За это Ф. Сангеру в 1958 г. была присуждена Нобелевская премия.

Слайд 7

определенная последовательность a-аминокислотных остатков в полипептидной цепи Первичная структура -

Слайд 8

Слайд 9

Четвертичная структура– агрегаты нескольких белковых макромолекул (белковые комплексы), образованные за счет взаимодействия разных полипептидных цепей

Слайд 10

Химические свойства белков(видеофильм)

Характерная реакция белков – денатурация: Свертывание белков при нагревании. Осаждение белков концентрированным спиртом. Осаждение белков солями тяжелых металлов. 2. Цветные реакции белков: Ксантопротеиновая реакция Биуретовая реакция Определение содержания серы в составе белковой молекулы.

Слайд 11

Роль белков в процессах жизнедеятельности

Огромный интерес представляет изучение не только структуры, но и роли белков в процессах жизнедеятельности. Многие из них обла-дают защитными (иммуноглобулины) и токсическими (яды змей, холер-ный, дифтерийный и столбнячный токсины, энтеротоксин. В из стафило-кокка, токсин бутулизма) свойствами, важными для медицинских целей. Но главное - белки составляют важнейшую и незаменимую часть пищи человека. В наше время 10-15% населения Земли голодают, а 40% получают неполноценную пищу с недостаточным содержанием белка. Поэтому чело­вечество вынуждено индустриальными путями производить белок – наиболее дефицитный продукт на Земле. Эту задачу интенсивно решают тремя способами: производством кормо­вых дрожжей, приготовлением на заводах белково-витаминных концентратов на базе углеводородов нефти и выделением белков из непищевого сырья растительного происхождения. В нашей стране из углеводородного сырья изготовляют белково-витаминный концентрат. В качестве заменителя белка перспективно также промышленное производство незаменимых аминокислот. Познание структуры и функций белков приближает человечество к овладению сокровенной тайной самого явления жизни.

Слайд 12

НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ

Нуклеиновые кислоты - природные высокомолекулярные органические соединения, полинуклеотиды, обеспечивают хранение и передачу наследственной (генетической) информации в живых организмах. Нуклеиновые кислоты открыл в 1869 г. швейцарский ученый Ф. Мишер как составную часть клеточных ядер, поэтому свое название они получили от латинского слова nucleus - ядро. Nycleus»- ядро. Впервые ДНК и РНК были извлечены из ядра клетки. Поэтому их называют нуклеиновыми кислотами. Строение и выполняемые функции нуклеиновых кислот изучили американский биолог Дж. Уотсон и английский физик Ф. Крик.

Слайд 13

СТРУКТУРЫ ДНК И РНК В 1953 г. американский биохимик Дж. Уотсон и английский физик Ф. Крик построили модель пространственной структуры ДНК; которая имеет вид двойной спирали. Она соответствовала данным английских ученых Р. Франклин и М. Уилкинса, которые с помощью рентгеноструктурного анализа ДНК смогли определить общие параметры спирали, ее диаметр и расстояние между витками. В 1962 г. Уотсону, Крику и Уилкинсу за это важное открытие была присуждена Нобелевская премия.

Слайд 14

НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ МОНОМЕРЫ - НУКЛЕОТИДЫ ДНК – дезоксирибонуклеиновая кислота РНК рибонуклеиновая кислота Состав нуклеотида в ДНК Состав нуклеотида в РНК Азотистые основания: Аденин (А) Гуанин (Г) Цитозин (Ц) Урацил (У): Рибоза Остаток фосфорной кислоты Азотистые основания: Аденин (А) Гуанин (Г) Цитозин (Ц) Тимин (Т) Дезокси- рибоза Остаток фосфорной кислоты Информационная (матричная) РНК (и-РНК) Транспортная РНК (т-РНК) Рибосомная РНК (р-РНК)

Слайд 15

Существует три типа нуклеиновых кислот: ДНК (дезоксирибонуклеиновые кислоты), РНК (рибонуклеиновые кислоты) и АТФ (аденозинтрифосфат). Подобно углеводам и белкам, это полимеры. Как и белки, нуклеиновые кислоты являются линейными полимерами. Однако их мономеры – нуклеотиды – являются сложными веществами, в отличие от достаточно простых сахаров и аминокислот. Строение нуклеиновых кислот

Слайд 16

Сравнительная характеристика ДНК и РНК

ДНК Биологический полимер Мономер – нуклеотид 4 типа азотистых оснований: аденин, тимин, гуанин, цитозин. Комплементарные пары: аденин-тимин, гуанин-цитозин Местонахождение - ядро Функции – хранение наследственной информации Сахар - дезоксирибоза РНК Биологический полимер Мономер – нуклеотид 4 типа азотистых оснований: аденин, гуанин, цитозин, урацил Комплементарные пары: аденин-урацил, гуанин-цитозин Местонахождение – ядро, цитоплазма Функции –перенос, передача наследственной информации. Сахар - рибоза

Слайд 17

Триплет

Триплет – три последовательно расположенных нуклеотида. Последовательность триплетов определяет последовательность аминокислот в белке! Расположенные друг за другом триплеты, обуславливающие структуру одной белковой молекулы, представляют собой ГЕН.

Слайд 18

Репликация –процесс самоудвоения молекулы ДНК на основе принципа комплементарности. Значение репликации: благодаря самоудвоению ДНК, происходят процессы деления клеток.

Слайд 19

Между азотными основаниями пары А и Т образуются 2 водородные связи, а между Г и Ц - 3, поэтому прочность связи Г-Ц выше, чем А-Т: Комплементарные пары

Слайд 20

ДНК В СОСТАВЕ ХРОМОСОМ

Слайд 21

СТРУКТУРЫ ДНК И РНК ДНК

Слайд 22

Значение нуклеиновых кислот

Хранение, перенос и передача по наследству информации о структуре белковых молекул. Стабильность НК- важнейшее условие нормальной жизнедеятельности клеток и целых организмов. Изменение структуры НК- изменение структуры клеток или физиологических процессов- изменение жизнедеятельности.

Слайд 23

Применение НК

Слайд 24

На протяжении жизни человек болеет, попадает в неблагоприятные производственные или климатические условия. Следствие этого – учащение «сбоев» в отлаженном генетическом аппарате. До определенного времени «сбои» себя внешне не проявляют, и мы их не замечаем. Увы! Со временем изменения становятся очевидными. В первую очередь они проявляются на коже. В настоящее время результаты исследований биомакромолекул выходят из стен лабораторий, начиная все активнее помогать врачам и косметологам в повседневной работе. Еще в 1960-х гг. стало известно, что изолированные нити ДНК вызывают регенерацию клеток. Но только в самые последние годы XX столетия стало возможно использовать это свойство для восстановления клеток стареющей кожи.

Слайд 25

Закрепление урока(тестовая контроль)

Вариант 1 1.Двойная полинуклеотидная цепочка характерна для молекул: а) ДНК б) РНК в) оба предыдущих ответа верны. 2. Средняя молекулярная масса, какого типа нуклеиновых кислот больше? а) ДНК б) РНК в) зависит от типа живой клетки 3. Какие вещества не являются составной частью нуклеотида? а) пиримидиновое или пуриновое основание. б) рибоза и дезоксирибоза в) α - аминокислоты г) фосфорная кислота 4. Нуклеотиды ДНК не содержат в качестве оснований остатки: а) цитозина в) гуанина б) урацила г) аденина д) тимина 5. Последовательность нуклеотидов представляет собой структуру нуклеиновых кислот: а) первичную в) третичную б) вторичную г) четвертичную 2 вариант 1. Нуклеиновые кислоты получили свое название от латинского слова: а) ядро в) жизнь б) клетка г) первый 2. Полимерная цепь, какой из нуклеиновых кислот представляет собой последовательность нуклеотидов? а) ДНК б) РНК в) обоих типов нуклеиновых кислот3. Вторичная структура в виде двойной спирали характерна для молекул: а) ДНК в) РНК б) белков г) всех нуклеиновых кислот 4. Пуриновым основанием не является: а) аденин в) гуанин б) тимин г) все являются 5. Молекула нуклеотида не содержит: а) остаток моносахарида в) остаток азотистого основания б) остаток аминокислоты г) остаток фосфорной кислоты

Посмотреть все слайды

ПРИРОДНЫЕ ПОЛИМЕРЫ: полисахариды, белки, нуклеиновые кислоты Молекулы полимеров построены из многократно повторяющихся структурных единиц – элементарных звеньев (мономеров)

Полисахариды Полисахариды представляют собой продукты поликонденсации моносахаридов, которые связаны друг с другом гликозидными связями. Таким образом, по химической природе они являются полигликозидами (полиацеталями). В полисахаридах растительного происхождения в основном присутствуют (1→ 4)- и (1→ 6)-гликозидные связи, а в полисахаридах животного и бактериального происхождения дополнительно имеются (1→ 3)- и (1→ 2)-гликозидные связи.

Гликозидная природа полисахаридов обусловливает их способность к гидролизу в кислой среде. Полный гидролиз приводит к образованию моносахаридов и их производных, а неполный к образованию олигосахаридов, в том числе дисахаридов. В щелочной среде полисахариды обладают высокой устойчивостью и не подвергаются распаду.

Крахмал (резервный гомополисахарид растений) представляет собой белое аморфное вещество, нерастворимое в холодной воде. При быстром нагревании крахмала за счет содержания в нем влаги происходит гидролитическое расщепление полимерной цепи на более мелкие осколки, называемые декстринами. Декстрины растворяются в воде лучше, чем крахмал. Крахмал представляет собой смесь двух полимеров, построенных из D-глюкопиранозных остатков – амилозы (1020%) и амилопектина (80 -90%).

В амилозе D-глюкопиранозные остатки связаны α-(1→ 4)-гликозидными связями, т. е. дисахаридным фрагментом амилозы является мальтоза. Цепь амилозы неразветвленная. Она включает 2001000 глюкозидных остатков. Макромолекула амилозы свернута в спираль. При этом на каждый виток спирали приходится шесть моносахаридных звеньев.

Амилопектин отличается от амилозы высокоразветвленным строением. В линейных участках этого полисахарида D-глюкопиранозные остатки связаны α-(1→ 4)-гликозидными связями, а в точках разветвления имеются дополнительные α-(1→ 6)гликозидные связи. Между точками разветвления располагаются 20 -25 остатков глюкозы.

Гликоген (резевный гомополисахарид животных организмов) является структурным и функциональным аналогом крахмала. По строению подобен амилопектину, но отличается от него большей разветвленностью и более жесткой упаковкой молекулы. Сильное разветвление способствует выполнению гликогеном энергетической функции, поскольку при наличии большого числа концевых остатков обеспечивается быстрое отщепление нужного количества глюкозы.

Целлюлоза или клетчатка представляет собой наиболее распространенный структурный гомополисахарид растений. Она состоит из остатков D-глюкопиранозы, которые связанны β-(1→ 4)-гликозидными связями. Т. о. , дисахаридным фрагментом целлюлозы является целлобиоза. Полимерная цепь целлюлозы не имеет разветвлений. В ней содержится 250012000 остатков глюкозы, что соответствует молекулярной массе от 400000 до 1 -2 млн.

Макромолекула целлюлозы имеет строго линейное строение. Благодаря этому внутри цепи, а также между соседними цепями образуются водородные связи. Такая упаковка молекулы обеспечивает высокую механическую прочность, нерастворимость в воде и химическую инертность. Целлюлоза не расщепляется в желудочно-кишечном тракте, поскольку в организме отсутствует фермент, способный гидролизовать β-(1→ 4)гликозидные связи. Несмотря на это, она является необходимым балластным веществом для нормального питания.

Хитин является структурным гомополисахаридом наружного скелета членистоногих и некоторых других беспозвоночных животных, а также клеточных мембран грибов. хитин Хитин построен из остатков N-ацетил D-глюкозамина, связанных между собой α-(1→ 4)-гликозидными связями. Макромолекула хитина не имеет разветвлений, а его пространственная упаковка подобна целлюлозе.

Аминокислоты - гетерофункциональные соединения, молекулы которых содержат одновременно амино– и карбоксильную группы. Пример:

В твёрдом состоянии -аминокислоты существуют в виде диполярных ионов; в водном растворе – в виде равновесной смеси диполярного иона, катионной и анионной форм (обычно используемая запись строения -аминокислоты в неионизированном виде служит лишь для удобства). анион диполярный ион катион

Положение равновесия зависит от р. Н среды. Общим для всех -аминокислот является преобладание катионных форм в сильнокислых (р. Н 1 -2) и анионных – в сильнощелочных (р. Н 13 -14) средах. Положение равновесия, т. е. соотношение различных форм аминокислоты, в водном растворе при определённых значениях р. Н существенно зависит от строения радикала, главным образом наличия в нём ионогенных групп, играющих роль кислотных и основных центров.

Значение р. Н, при котором концентрация диполярных ионов максимальна, а минимальные концентрации катионных и анионных форм -аминокислоты равны, называется изоэлектрической точкой (p. I).

Специфические свойства аминокислот Образование пептидов. Одновременное присутствие в молекулах α–аминокислот аминной и карбоксильной групп обусловливает их способность вступать в реакции поликонденсации, которые приводят к образованию пептидных (амидных) связей между мономерными звеньями. В результате такой реакции образуются пептиды, полипептиды и белки. пептидные связи

Номенклатура пептидов N-концевой аминокислотный остаток (имеющий свободную аминогруппу) пишут с левой стороны формулы, а С-концевой аминокислотный остаток (имеющий свободную карбоксильную группу) с правой стороны: трипептид глицилаланилфенилаланин

Последовательность расположения аминокислотных остатков в одной или нескольких полипептидных цепях, составляющих молекулу белка, – это первичная структура белка.

Кроме первичной, в белковых молекулах выделяют вторичную, третичную и четвертичную структуры. Под вторичной структурой белка подразумевают конформацию полипептидной цепи, т. е. способ её скручивания или складывания в соответствии с программой, заложенной в первичной структуре, в –спираль или β–структуру.

Ключевую роль в стабилизации этой структуры играют водородные связи, которые в α–спирали образуются между карбонильным атомом кислорода каждого первого и атомом водорода NH –группы каждого пятого –аминокислотных остатков

В отличие от –спирали β–структура образована за счёт межцепочечных водородных связей между соседними участками полипептидной цепи

Под третичной структурой белка (субъединицей) подразумевают пространственную ориентацию или способ укладки полипептидной цепи в определенном объеме, которая включает элементы вторичной структуры. Она стабилизируется за счет различных взаимодействий, в которых участвуют боковые радикалы –аминокислотных остатков, находящихся в линейной полипептидной цепи на значительном удалении друг от друга, но сближенные в пространстве за счет изгибов цепи.

а - электростатическое взаимодействие б - водородная связь в - гидрофобные взаимодействия неполярных групп г - диполь-дипольные взаимодействия д - дисульфидная (ковалентная)связь.

Под четвертичной структурой белка подразумевают ассоциированные между собой две или более субъединиц, ориентированных в пространстве. Четвертичная структура поддерживается за счет водородных связей и гидрофобных взаимодействий. Она характерна для некоторых белков (гемоглобин).

Пространственная структура белковой молекулы способна нарушаться под влиянием изменения p. H–среды, повышенной температуры, облучения УФ–светом и т. д. Разрушение природной (нативной) макроструктуры белка называется денатурацией. В результате денатурации исчезает биологическая активность и снижается растворимость белков. Первичная структура белка при денатурации сохраняется.

Биологические функции белков 1. Строительная (структурная). Белки – основа протоплазмы любой клетки, основной структурный материал всех клеточных мембран. 2. Каталитическая. Все ферменты являются белками. 3. Двигательная. Все формы движения в живой природе осуществляются белковыми структурами клеток.

4. Транспортная. Белки крови транспортируют кислород, жирные кислоты, липиды, гормоны. Специальные белки переносят различные вещества через биомембраны. 5. Гормональная. Ряд гормонов относятся к белкам. 6. Запасная. Белки способны образовывать запасные отложения.

7. Опорная. Белки входят в состав костей скелета, сухожилий, суставов и т. д. 8. Рецепторная. Рецепторные белки играют важную роль в передаче нервного или гормонального сигнала в клетку – мишень.

Классификация белков 1. По форме молекул различают фибриллярные (волокнистые) и глобулярные (корпускулярные) белки. Фибриллярные белки нерастворимы в воде. Глобулярные белки растворимы в воде или водных растворах кислот, оснований или солей. Из-за большого размера молекул образующиеся растворы являются коллоидными.

Молекулы фибриллярных белков вытянуты в длину, нитеобразны и склонны группироваться одна около другой с образованием волокон. В некоторых случаях они удерживаются рядом благодаря многочисленным водородным мостикам. Молекулы глобулярных белков сложены в компактные клубочки. Водородные связи в этом случае внутримолекулярные, и площадь соприкосновения между отдельными молекулами невелика. В этом случае межмолекулярные силы относительно слабы.

Фибриллярные белки служат основным строительным материалом. К их числу относят следующие белки: кератин – в коже, волосах, ногтях, рогах и перьях; коллаген – в сухожилиях; миозин – в мускулах; фиброин – в шёлке.

Глобулярные белки выполняют ряд функций, связанных с поддержанием и регуляцией жизненных процессов, - функций, требующих подвижности и, следовательно, растворимости. К их числу относят следующие белки: все ферменты, многие гормоны, например инсулин (из поджелудочной железы), тироглобулин (из щитовидной железы), адренокортикотропныйгормон (АКТГ) (из гипофиза); антитела, ответственные за аллергические реакции и обеспечивающие защиту от чужеродных организмов; альбумин яиц; гемоглобин, являющийся переносчиком кислорода из лёгких в ткани; фибриноген, который превращается в нерастворимый фибриллярный белок фибрин, что вызывает свёртывание крови.

2. По степени сложности белки разделяют на простые и сложные. При гидролизе простых белков получаются только аминокислоты. Сложные белки (протеиды) помимо собственно белковой части содержат небелковые остатки, называемые коферментами и простетическими группами.

К простым белкам относят: - альбумины – водорастворимые белки, составляют 50% всех белков плазмы крови человека, содержатся в белке яиц, молоке, растениях; - глобулины – нерастворимые в воде белки, составляющие большую часть белков семян растений, особенно бобовых и масличных; - проламины – характерны исключительно для семян злаков. Они играют роль запасных белков. В их составе много пролина и глутаминовой кислоты;

- глютелины – содержатся в семенах злаков и бобовых растений; - гистоны – присутствуют в ядрах клеток животных и растений, преобладают в белках хромосом; - протамины – содержатся в половых клетках человека, животных и растений; - протеиноиды – трудно растворимые белки с высоким содержанием серы – фибриллярные белки (фиброин – белок шёлка, кератины белки волос, рогов, копыт, коллагены – белки соединительной ткани).

К сложным белкам относят: - липопротеины = белок + липид. Образуются за счёт водородных связей и гидрофобного взаимодействия. Обязательные компоненты клетичных мембран, крови, мозга; - фосфопротеины = белок + PO 43(остаток фосфорной кислоты связан с серином и треонином). Играют важную роль в питании молодых организмов (казеин молока, вителлин и фосвитин яичного желтка, ихтулин икры рыб);

- металлопротеины = белок + металл (Cu, Ca, Fe, Mn, Zn, Ni, Mo, Se); - гликопротеины = белок + углевод. К ним относятся фибриноген, протромбин (факторы свёртывания крови), гепарин (антисвёртывающее вещество), гормоны, интерферон (ингибитор размножения вирусов животных).

Полимерные цепи нуклеиновых кислот построены из мономерных единиц – нуклеотидов, в связи с чем нуклеиновые кислоты называют полинуклеотидами.

Мономерное звено представляет собой трёхкомпонентное образование, включающее: - гетероциклическое основание, - углеводный остаток, - фосфатную группу.

Входящие в состав нуклеиновых кислот гетероциклические основания пиримидинового и пуринового рядов называют нуклеиновыми основаниями.

Заместители в гетероциклическом ядре нуклеиновых оснований: оксогруппа аминогруппа одновременно обе эти группы

Азотистое основание и углевод связаны между собой N-гликозидной связью. При этом N-гликозидная связь осуществляется между атомом углерода С-1 рибозы (дезоксирибозы) и атомом азота N-1 пиримидинового и N-9 пуринового оснований.

N-гликозиды нуклеиновых оснований с рибозой или дезоксирибозой – нуклеозиды. В зависимости от природы углеводного остатка различают рибонуклеозиды и дезоксирибонуклеозиды. В составе нуклеиновых кислот обнаруживаются только β-нуклеозиды.

РНК Нуклеиновое Урацил основание Цитозин Аденин Гуанин Углевод Рибоза ДНК Тимин Цитозин Аденин Гуанин Дезоксирибоза

Номенклатура нуклеозидов Цитозин + рибоза цитидин Цитозин + дезоксирибоза дезоксицитидин Аденин + рибоза аденозин Аденин + дезоксирибоза дезоксиаденозин -идин у пиримидиновых, -озин у пуриновых нуклеозидов

Нуклеозиды достаточно устойчивы к гидролизу в слабощелочной среде. В кислой среде они подвергаются гидролизу. При этом пуриновые нуклеозиды гидролизуются легче, чем пиримидиновые.

Нуклеотиды - фосфаты нуклеозидов Реакция этерификации между фосфорной кислотой и нуклеозидом обычно осуществляется при С-5 или С-3 атоме в остатке рибозы (рибонуклеотиды) или дезоксирибозы (дезоксирибонуклеотиды).

Номенклатура нуклеотидов Азотистые основания Нуклеозиды (основание + углевод) Мононуклеотиды (нуклеозиды + Н 3 РО 4) Сокращенное обозначение Пуриновые Аденин Аденозин АМФ Гуанин Гуанозин Аденозинмонофосфат (адениловая кислота) Гуанозинмонофосфат (гуаниловая кислота) Пиримиди- Урацил Уридин новые Цитозин Цитидин Тимидин ГМФ Уридинмонофосфат УМФ (уридиловая кислота) Цитидинмонофосфат ЦМФ (цитидиловая кислота) Тимидинмонофосфат ТМФ (тимидиловая кислота)

Аденозин-5"-монофосфат (АМФ) Аденозин-5"-дифосфат (АДФ) Аденозин-5"-трифосфат (АТФ)

циклический 3", 5"-АМФ (ц. АМФ) является естественно встречающимся рибонуклеотидом (он образуется из АТФ в процессе реакции, катализируемой ферментом аденилатциклазой). ц. АМФ наделен рядом уникальных функций и высокой биологической активностью в регуляции процессов обмена, выполняя роль медиатора внеклеточных сигналов в клетках животных.

ДНК в основном содержится в ядрах клеток, а РНК находится в рибосомах и в протоплазме клеток. 3 вида клеточных РНК (различаются по местоположению в клетке, составу и размерам, а также по функциям): - транспортная (т. РНК) - матричная (м. РНК) - рибосомная (р. РНК)

Дж. Уотсон, Ф. Крик 1953 г. Вторичная структура ДНК в виде двойной спирали Молекула ДНК состоит из двух полинуклеотидных цепей, правозакрученных вокруг общей оси с образованием двойной спирали, имеющей диаметр 1, 8 – 2, 0 нм. Две нуклеотидные цепи антипараллельны другу (противоположные направления образования фосфодиэфирных связей 5’-3’ и 3’-5’). Пуриновые и пиримидиновые основания направлены внутрь спирали. Между пуриновым основанием одной цепи и пиримидиновым основанием другой цепи возникают водородные связи. Эти основания составляют комплементарные пары.

Основания, располагающиеся внутри спирали, прочно упакованы и не контактируют с водой. Вода контактирует лишь с ОН – группами углевода и фосфатными группами. Водородные связи между комплементарными основаниями – один из видов взаимодействий, стабилизирующих двойную спираль. Две цепи ДНК, образующие двойную спираль, не идентичны, но комплементарны между собой.

Т. е. первичная структура (нуклеотидная последовательность) одной цепи предопределяет первичную структуру второй цепи.

Правила Чаргаффа Количество пуриновых оснований равно количеству пиримидиновых оснований Количество аденина равно количеству тимина; количество гуанина равно количеству цитозина Сумма аденина и цитозина равна сумме гуанина и тимина

Роль комплементарных взаимодействий в осуществлении биологической функции ДНК Комплементарность цепей составляет химическую основу важнейшей функции ДНК – хранения и передачи наследственных признаков. Сохранность нуклеотидной последовательности – залог безошибочной передачи генетической информации.

Однако нуклеотидная последовательность ДНК под действием различных факторов может подвергаться изменениям – мутациям. Мутация – изменение наследственности. Наиболее распространённый вид мутации – замена какой-либо пары оснований на другую. Одной из причин может быть сдвиг таутомерного равновесия. Другие причины – воздействие химических факторов или излучений.

Мутагены – вещества, вызывающие мутации: - мутагены прямого действия, - промутагены, которые сами по себе неактивны, но в организме под действием ферментов превращаются в мутагенные продукты. Типичные мутагены – нитриты и азотистая кислота, которые могут образовываться в организме из нитратов.

Третичная структура ДНК У всех живых организмов двухспиральные молекулы ДНК плотно упакованы с образованием сложных трехмерных структур. Двухцепочечные ДНК прокариот и эукариот суперспирализированы. Суперспирализация необходима для компактной упаковки молекулы в небольшом объеме пространства, а также немаловажно для начала процессов репликации (“снятия копии”), а также для процесса биосинтеза белка (транскрипция). Третичная структура ДНК эукариот в отличие от прокариот функционирует только в комплексе с белками хромосом.

Cлайд 1

Cлайд 2

Cлайд 3

Cлайд 4

Cлайд 5

Cлайд 6

Cлайд 7

Cлайд 8

Cлайд 9

Cлайд 10

Cлайд 11

Cлайд 12

Cлайд 13

Cлайд 14

Cлайд 15

Cлайд 16

Cлайд 17

Cлайд 18

Cлайд 19

Cлайд 20

Cлайд 21

Cлайд 22

Cлайд 23

Cлайд 24

Cлайд 25

Нуклеиновые кислоты – природные органические высокомолекулярные органические соединения, обеспечивающие хранение и передачу наследственной (генетической) информации в живых организмах.

Нуклеиновые кислоты - это ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) и РНК (рибонуклеиновая кислота). Они были открыты в 1869 году Ф. Мишером в ядрах лейкоцитов и названы нуклеиновыми, т.к. ядро - нуклеус (nucleus).

Биополимер, мономером которого является нуклеотид . ДНК – полинуклеотид с очень большой молекулярной массой. В одну молекулу могут входить 10 8 и более нуклеотидов. В состав нуклеотида входит пятиатомный сахар дезоксирибоза, остаток фосфорной кислоты и одно азотистое основание. Азотистых оснований всего четыре - это аденин (А), гуанин (Г), цитозин (Ц) и тимин (Т). Таким образом, нуклеотидов всего четыре: адениновый, гуаниновый, цитозиновый и тиминовый (рис. 10).

Рис. 10. Схема строения ДНК Рис. 11. Строение участка молекулы ДНК

Порядок чередования нуклеотидов в ДНК у разных организмов разный.

В 1953 году Д. Уотсон и Ф. Крик построили пространственную модель ДНК. Этому открытию способствовали два экспериментальных достижения:

1) Чаргафф получил чистые образцы ДНК исделал анализ относительно числа оснований в каждом образце. Оказалось, что из какого бы организма не была выделена ДНК количество аденина равно количеству тимина (А = Т ), а количество гуанина равно количеству цитозина (Г = Ц );

2) Уилкинс и Фрэнклин при помощи рентгенограммы получили хороший снимок ДНК (рис. 12).

Молекула ДНК состоит из двух соединенных друг с другом цепей и походит на веревочную лестницу (рис. 11). Боковые стороны лестницы закручены наподобие электрических проводов. Боковые стороны - это чередующийся сахар и фосфорная кислота. Перекладинами этой лестницы являются азотистые основания, соединенные по принципу комплементарности (А = Т; Г = Ц). Между аденином и тимином двойная водородная связь, гуанином и цитозином тройная.

Рис. 13 Строение нуклеотида

Ширина двойной спирали - 1,7 нм, в один виток входит по 10 пар оснований, длина витка – 3,4 нм, между нуклеотидами расстояние = 0,34нм. При соединении с определенными белками – гистонами – степень спирализации молекулы повышается. Молекула утолщается и укорачивается. В дальнейшем спирализация достигает максимума, возникает спираль еще более высокого уровня – суперспираль. При этом молекула становится различима в световой микроскоп как вытянутое, хорошо окрашиваемое тельце – хромосома.

Синтез ДHK

ДНК входит в состав хромосом (комплекс ДНК с белком гистоном составляет 90 % хромосомы. Встает вопрос, почему после деления клетки количество хромосом не уменьшается, а остается таким же. Потому что перед делением клетки, происходит удвоение (синтез) ДНК, а, следовательно, и удвоение хромосом. Под воздействием фермента нуклеазы происходит разрыв водородных связей между азотистыми основаниями на определенном участке ДНК и двойная цепочка ДНК начинает раскручиваться, одна цепь отходит от другой. Из свободных нуклеотидов, которые находятся в ядре клетки под действием фермента ДНК-полимеразы строятся комплементарные нити. Каждая из разделившихся парных нитей молекулы ДНК служат матрицей для образования около неё другой комплементарной её нити. Затем каждая прежняя (материнская) и новая (дочерняя) нити вновь закручиваются в виде спирали. В результате образуются две новые совершенно одинаковые двойные спирали (рис. 14).

Способность к воспроизведению является очень важной особенностью молекулы ДНК.

Рис. 14. «Материнская» ДНК служит матрицей для синтеза комплементарных цепей

Функция ДНК в клетке

Дезоксирибонуклеиновая кислота выполняет чрезвычайно важные функции, необходимые как для поддержания, так и воспроизведения жизни.

Во – первых, - это хранение наследственной информации, которая заключена в последовательности нуклеотидов одной из ее цепей. Наименьшей единицей генетической информации после нуклеотида являются три последовательно расположенных нуклеотида – триплет. Последовательность триплетов в полинуклеотидной цепи определяет последовательность аминокислот в белковой молекуле. Расположенные друг за другом триплеты, обусловливающие структуру одной полипептидной цепи, представляют собой ген.

Вторая функция ДНК – передача наследственной информации из поколения в поколение. Она осуществляется благодаря редупликации (удвоения) материнской молекулы и последующего распределения дочерних молекул между клетками – потомками. Именно двухцепочечная структура молекул ДНК определяет возможность образования абсолютно идентичных дочерних молекул при редупликации.

Наконец, ДНК участвует в качестве матрицы в процессе передачи генетической информации из ядра в цитоплазму к месту синтеза белка. При этом на одной из ее цепей по принципу комплементарности из нуклеотидов окружающей молекулу среды синтезируется молекула информационной РНК.

РНК – так же, как ДНК представляет собой биополимер (полинуклеотид), мономерами которого являются нуклеотиды (рис. 15). Азотистые основания трех нуклеотидов те же самые, что входят в состав ДНК (аденин, гуанин, цитозин), четвертое – урацил – присутствует в молекуле РНК вместо тимина. Нуклеотиды РНК содержат другую пентозу – рибозу (вместо дезоксирибозы). По структуре различают двухцепочечные и одноцепочечные РНК. Двухцепочечные РНК являются хранителями генетической информации у ряда вирусов, т.е. выполняют у них функции хромосом.

РНК переносят информацию о последовательности аминокислот в белках, т.е. о структуре белков, от хромосом к месту их синтеза, и участвуют в синтезе белков.

Существует несколько видов одноцепочечных РНК. Их названия обусловлены выполняемой функцией и местонахождением в клетке. Все виды РНК синтезируются на ДНК, которая служит матрицей.

1. Транспортная РНК (т-РНК) Самая маленькая, в состав входит 76 - 85 нуклеотидов. Имеет вид клеверного листочка, на длинном конце которого находится триплет нуклеотидов (АЦЦ), куда присоединяются активированная аминокислота.На коротком конце находится азотистое основание - гуанин, он не дает разрушаться т-РНК. На противоположном конце находится антикодон, который строго комплементарен генетическому коду на информационной РНК. Основная функция т-РНК – это перенос аминокислот к месту синтезабелка. Из общего содержания РНК в клетке на долю т-РНК приходится 10 %.

2. Рибосомальная РНК (р-РНК) содержаться в рибосомах, состоят от 3 - 5 тыс. нуклеотидов. Из общего содержания РНК в клетке на долю р-РНК приходится 90 %.

3. Информационная (и-РНК) или матричная (м-РНК ) . Содержится в ядре и в цитоплазме, молекулы информационной РНК могут состоять из 300 – 30000 нуклеотидов. Функция её состоит в переносе информации о первичной структуре белка в рибосомы. На долю и-РНК приходится 0,5 - 1 % от общего содержания РНК клетки.

Генетический код

Генетический код - это система записи информации о последовательности расположения аминокислот в белках с помощью последовательности расположения нуклеотидов в ДНК (рис.16).

Рис.16 Генетический код

Свойства генетического кода

1. Код триплетен. Это означает, что каждая из аминокислот зашифрована последовательностью трех нуклеотидов, называемых триплетом или кодоном . Так, аминокислоте цистеину соответствует триплет АЦА, валину – ЦАА, лизину – ТТТ (рис.).

2 Код вырожден . Всего генетических кодов 64, в то время как кодируется 20 аминокислот, когда они идут на и-РНК синтез белка прекращается. Каждая аминокислота шифруется несколькими генетическими кодами, исключение составляют метионин и триптофан. Эта избыточность кода имеет большое значение для повышения надежности передачи генетической информации. Например, аминокислоте аргинину могут соответствовать триплеты ГЦА, ГЦТ, ГЦЦ и т.д. Понятно, что случайная замена третьего нуклеотида в этих триплетах никак не отразиться на структуре синтезируемого белка.

3. Код универсален . Генетический код один для всех живущих на Земле существ (для человека, животных, растений, бактерий и грибов).

4. Генетический код непрерывный . Нуклеотиды в ДНК не наползают друг на друга, между триплетами (кодонами) отсутствуют пробелы и знаки препинания. Каким же образом участок молекулы ДНК, несущей информацию о структуре одного белка, отграничивается от других участков? Существуют триплеты, функцией которых является запуск синтеза полинуклеотидной цепочки, и триплеты (УАА, УАГ, УГА ), которые прекращают синтез.

5. Генетический код специфичный. Нет случаев, когда один и тот жетриплет соответствовал бы более чем одной аминокислоте.

Биосинтез белка в клетке

Биосинтез белков в клетке состоит из двух этапов:

1. Транскрипция.

2. Трансляция.

1. Транскрипция - это переписывание информации о первичной структуре белка с определенного участка ДНК (гена) на и-РНК по принципу комплементарности при помощи фермента РНК - полимеразы.

Считываниенаследственной информации начинается с определенного участка ДНК, который называется промотор. Он располагается перед геном и включает около 80 нуклеотидов. Фермент РНК - полимераза узнает промотор, прочно с ним связывается и расплавляет его, разъединяя, нуклеотиды комплементарных цепей ДНК, затем этот фермент начинает

двигаться вдоль гена и по мере разъединения цепей ДНК на одной из них, которая называется смысловой, синтезируется и-РНК. Готовая и-РНК через поры ядерной оболочки выходит в цитоплазму и пронизывает малую субъединицу рибосомы, а те участки гена, на которых полимераза образовала и-РНК, вновь закручиваются в спираль, и-РНК может пронизывать сразу несколько рибосом и этот комплекс называется полисома. В цитоплазме аминокислоты активизируются ферментом аминоацил-т-синтетаза и присоединяются к длинному концу т-РНК (рис.17). 2. Трансляция - это перевод наследственной информации с языка нуклеотидов на язык аминокислот.

Трансляция начинается со стартового кодона АУГ, к которому своим антикодоном УАЦ присоединяется нагруженная метионином т-РНК. В большой субъединице рибосомы имеется аминоацильный и пептидильный центры. Сначала I аминокислота (метионин) попадает в аминоацильный центр, а затем вместе со своей т-РНК перемешается в пептидильный центр. Аминоацильный центр освобождается и может принять следующую т-РНК со своей аминокислотой. Вторая т-РНК, нагруженная 2-ой аминокислотой, поступает в большую субъединицу рибосомы и своим антикодоном соединяется с комплементарным кодоном и-РНК. Сразу же при помощи фермента пептидил - трансферазы предшествующая аминокислота своей карбоксильной группой (СООН) соединяется с аминогруппой (NH 2) вновь пришедшей аминокислоты. Между ними образуется пептидная связь (-CO-NH-). В результате т-РНК, принесшая метионин, освобождается, а в аминоацильном центре к т-РНК присоединяются две аминокислоты (дипептид). Для дальнейшего процесса роста полипептидной цепи требуется освободить аминоацильный центр. Большая и малая субъединица рибосомы прокручивается относительно друг друга (по типу завода часов) триплет нуклеотидов на и-РНК продвигается вперед, на его место становится следующий триплет нуклеотидов. В освободившийся аминоацильный центр следующая т-РНК приносит в соответствии с кодономи и-РНК аминокислоту, которая при помощи пептидной связи соединяется с предыдущей, а вторая т-РНК уходит из рибосомы. Далее рибосома снова продвигается на один кодон и процесс повторяется. Происходит последовательное присоединение аминокислот к полипептидной цепи в строгом соответствии с последовательностью колонов на и-РНК.

Большая часть современных строительных материалов, лекарственных средств, тканей, предметов быта, упаковочных и расходных веществ является полимерами. Это целая группа соединений, имеющих характерные отличительные признаки. Их очень много, но несмотря на это, число полимеров продолжает расти. Ведь химики-синтетики ежегодно открывают все новые и новые вещества. При этом особенное значение во все времена имел именно природный полимер. Что же собой представляют эти удивительные молекулы? Каковы их свойства и в чем заключаются особенности? Ответим на эти вопросы в ходе статьи.

Полимеры: общая характеристика

С точки зрения химии, полимером принято считать молекулу, имеющую огромную молекулярную массу: от нескольких тысяч до миллионов единиц. Однако, помимо этого признака, существует и еще несколько, по которым вещества можно классифицировать именно как природные и синтетические полимеры. Это:

• постоянно повторяющиеся мономерные звенья, которые соединяются при помощи разных взаимодействий;
• степень полимеразии (то есть число мономеров) должна быть очень высокой, иначе соединение будет считаться олигомером;
• определенная пространственная ориентация макромолекулы;
• набор важных физико-химических свойств, характерных только для данной группы.

В целом вещество полимерной природы отличить от других достаточно легко. Стоит лишь взглянуть на его формулу, чтобы понять это. Типичным примером может служить всем известный полиэтилен, широко применяемый в быту и промышленности. Он является продуктом в которую вступает этен или этилен. Реакция в общем виде записывается следующим образом:

nCH 2 =CH 2 →(-СН-СН-) n , где n - это степень полимеризации молекул, показывающая, сколько мономерных звеньев входит в ее состав.

Также в качестве примера можно привести природный полимер, который всем хорошо известен, это крахмал. Кроме того, к данной группе соединений принадлежат амилопектин, целлюлоза, куриный белок и многие другие вещества.

Реакции, в результате которых могут образоваться макромолекулы, бывают двух типов:

• полимеризации;
• поликонденсации.

Разница в том, что во втором случае продукты взаимодействия являются низкомолекулярными. Строение полимера может быть различным, это зависит от тех атомов, что его образуют. Часто встречаются линейные формы, но есть и трехмерные сетчатые, очень сложные.

Если же говорить о силах и взаимодействиях, которые удерживают мономерные звенья вместе, то можно обозначить несколько основных:

• Ван-Дер-Ваальсовы силы;
• химические связи (ковалентные, ионные);
• электроностатическое взаимодействие.

Все полимеры нельзя объединять в одну категорию, так как они имеют совершенно различную природу, способ образования и выполняют неодинаковые функции. Свойства их также разнятся. Поэтому существует классификация, которая позволяет делить всех представителей этой группы веществ на разные категории. В ее основе может лежать несколько признаков.

Классификация полимеров

Если брать за основу качественный состав молекул, то все рассматриваемые вещества можно определить в три группы.

1. Органические - это те, в состав которых входят атомы углерода, водорода, серы, кислорода, фосфора, азота. То есть те элементы, которые являются биогенными. Примеров можно привести массу: полиэтилен, поливинилхлорид, полипропилен, вискоза, нейлон, природный полимер - белок, нуклеиновые кислоты и так далее.
2. Элементорганические - такие, в состав которых входит какой-то посторонний неорганический и не Чаще всего это кремний, алюминий или титан. Примеры подобных макромолекул: стеклополимеры, композиционные материалы.
3. Неорганические - в основе цепи лежат атомы кремния, а не углерода. Радикалы же могут быть частью боковых ответвлений. Они открыты совсем недавно, в середине XX века. Используются в медицине, строительстве, технике и прочих отраслях. Примеры: силикон, киноварь.

Если разделять полимеры по происхождению, то можно выделить три их группы.

1. Природные полимеры, применение которых широко осуществлялось с самой древности. Это такие макромолекулы, для создания которых человек не прилагал никаких усилий. Они являются продуктами реакций самой природы. Примеры: шелк, шерсть, белок, нуклеиновые кислоты, крахмал, целлюлоза, кожа, хлопок и прочие.
2. Искусственные. Это такие макромолекулы, которые создаются человеком, но на основе природных аналогов. То есть просто улучшаются и изменяются свойства уже имеющегося природного полимера. Примеры: искусственный
3. Синтетические - это такие полимеры, в создании которых участвует только человек. Природных аналогов для них нет. Ученые разрабатывают методы синтеза новых материалов, которые отличались бы улучшенными техническими характеристиками. Так рождаются синтетические полимерные соединения разного рода. Примеры: полиэтилен, полипропилен, вискоза, и прочее.

Есть и еще один признак, который лежит в основе разделения рассматриваемых веществ на группы. Это реакционная способность и термоустойчивость. Выделяют две категории по этому параметру:

• термопластичные;
• термореактивные.

Самым древним, важным и особенно ценным является все же природный полимер. Его свойства уникальны. Поэтому дальше рассмотрим именно эту категорию макромолекул.

Какое вещество является природным полимером?

Чтобы ответить на этот вопрос, сначала оглянемся вокруг себя. Что нас окружает? Живые организмы вокруг нас, которые питаются, дышат, размножаются, цветут и дают плоды и семена. А что они представляют собой с молекулярной точки зрения? Это такие соединения, как:

• белки;
• нуклеиновые кислоты;
• полисахариды.

Так вот, природным полимером является каждое из приведенных соединений. Таким образом, выходит, что жизнь вокруг нас существует только благодаря наличию этих молекул. С самых древних времен люди использовали глину, строительные смеси и растворы для укрепления и создания жилища, ткали пряжу из шерсти, применяли для создания одежды хлопок, шелк, шерсть и кожу животных. Природные органические полимеры сопровождали человека на всех ступенях его становления и развития и во многом помогли ему добиться тех результатов, что мы имеем сегодня.

Сама природа давала все для того, чтобы жизнь людей была максимально комфортной. Со временем был открыт каучук, выяснены его замечательные свойства. Человек научился использовать в пищевых целях крахмал, в технических - целлюлозу. Природным полимером является и камфора, которая также известна с древних времен. Смолы, белки, нуклеиновые кислоты - все это примеры рассматриваемых соединений.

Строение природных полимеров

Не все представители данного класса веществ устроены одинаково. Так, природные и синтетические полимеры могут существенно различаться. Их молекулы ориентируется так, чтобы максимально выгодно и удобно существовать с энергетической точки зрения. При этом многие природные виды способны набухать и структура их в процессе меняется. Можно выделить несколько самых распространенных вариантов строения цепи:

• линейные;
• разветвленные;
• звездчатые;
• плоские;
• сетчатые;
• ленточные;
• гребневидные.

Искусственные и синтетические представители макромолекул имеют очень большую массу, огромное число атомов. Их создают со специально заданными свойствами. Поэтому и строение их изначально планируется человеком. Натуральные же полимеры чаще всего либо линейные, либо сетчатые по своей структуре.

Примеры природных макромолекул

Природные и искусственные полимеры очень близки друг другу. Ведь первые становятся основой для создания вторых. Примеров подобных превращений много. Приведем некоторые из них.

1. Обычная пластмасса молочно-белого цвета - это продукт, получаемый при обработке азотной кислотой целлюлозы с добавлением природной камфоры. Реакция полимеризации приводит к затвердеванию полученного полимера и превращению в нужный продукт. А пластификатор - камфора, делает его способным размягчаться при нагревании и менять свою форму.
2. Ацетатный шелк, медно-аммиачное волокно, вискоза - все это примеры тех нитей, волокон, которые получают на основе целлюлозы. Ткани из и льна не так прочны, не блестящи, легко сминаемы. А вот искусственные аналоги их этих недостатков лишены, что и делает их использование весьма привлекательным.
3. Искусственные камни, строительные материалы, смеси, кожзаменители - это также примеры полимеров, полученных на основе натурального сырья.

Вещество, являющееся природным полимером, может использоваться и в истинном виде. Таких примеров тоже немало:

• канифоль;
• янтарь;
• крахмал;
• амилопектин;
• целлюлоза;
• шерсть;
• хлопок;
• шелк;
• цемент;
• глина;
• известь;
• белки;
• нуклеиновые кислоты и так далее.

Очевидно, что рассматриваемый нами класс соединений очень многочисленный, практически важный и значимый для людей. Теперь рассмотрим более подробно несколько представителей природных полимеров, которые являются очень востребованными в настоящее время.

Шелк и шерсть

Формула природного полимера шелка сложна, ведь его химический состав выражается следующими компонентами:

• фиброин;
• серицин;
• воски;
• жиры.

Сам главный белок - фиброин, насчитывает в своем составе несколько разновидностей аминокислот. Если представить его полипептидную цепочку, то она будет выглядеть примерно так: (-NH-CH 2 -CO-NH-CH(CH 3)-CO-NH-CH 2 -CO-) n. И это лишь ее часть. Если представить, что к данной структуре при помощи сил Ван-Дер-Ваальса присоединяется не менее сложная молекула белка серицина, вместе они смешиваются в единую конформацию с воском и жирами, то понятно, почему сложно изобразить формулу натурального шелка.

На сегодняшний день большую часть данного продукта поставляет Китай, ведь на его просторах существует естественная среда обитания основного производителя - тутового шелкопряда. Раньше, начиная с самых древних времен, натуральный шелк очень ценился. Позволить себе одежду из него могли лишь знатные, богатые люди. Сегодня многие характеристики этой ткани оставляют желать лучшего. Например, он сильно намагничивается и мнется, кроме того, от пребывания на солнце теряет блеск и тускнеет. Поэтому больше в обиходе искусственные производные на его основе.

Шерсть - это тоже природный полимер, так как является продуктом жизнедеятельности кожи и сальных желез животных. На основе этого белкового продукта изготавливают трикотаж, который, как и шелк, является ценным материалом.

Крахмал

Природный полимер крахмал является продуктом жизнедеятельности растений. Они производят его в результате процесса фотосинтеза и накапливают в разных частях тела. Его химический состав:

• амилопектин;
• амилоза;
• альфа-глюкоза.

Пространственная структура крахмала очень разветвленная, неупорядоченная. Благодаря входящему в состав амилопектину, он способен набухать в воде, превращаясь в так называемый клейстер. Этот используется в технике и промышленности. Медицина, пищевая отрасль, изготовление обойных клеев - это также области использования данного вещества.

Среди растений, содержащих максимальное количество крахмала, можно выделить:

• кукурузу;
• картофель;
• пшеницу;
• маниок;
• овес;
• гречиху;
• бананы;
• сорго.

На основе этого биополимера выпекают хлеб, изготавливают макаронные изделия, варят кисели, каши и прочие пищевые продукты.

Целлюлоза

С точки зрения химии, данное вещество - это полимер, состав которого выражается формулой (С 6 Н 5 О 5) n . Мономерным звеном цепи является бета-глюкоза. Основные места содержания целлюлозы - это клеточные стенки растений. Именно поэтому древесина - ценный источник этого соединения.

Целлюлоза - природный полимер, который имеет линейное пространственное строение. Она используется для производства следующих видов изделий:

• целлюлозно-бумажной продукции;
• искусственного меха;
• разных видов искусственных волокон;
• хлопка;
• пластмассы;
• бездымного пороха;
• кинопленок и так далее.

Очевидно, что промышленное значение ее велико. Чтобы данное соединение возможно было использовать в производстве, его следует для начала извлечь из растений. Это делают путем длительной варки древесины в специальных устройствах. Дальнейшая обработка, а также реагенты, используемые для вываривания, различаются. Есть несколько способов:

• сульфитный;
• азотнокислый;
• натронный;
• сульфатный.

После подобной обработки продукт все еще содержит примеси. В основе это лигнин и гемицеллюлоза. Чтобы избавиться от них, массу обрабатывают хлором или щелочью.

В организме человека не существует таких биологических катализаторов, которые сумели бы расщепить этот сложный биополимер. Однако некоторые животные (травоядные) приспособились к этому. В их желудке поселяются определенные бактерии, которые делают это за них. Взамен микроорганизмы получают энергию для жизни и среду обитания. Такая форма симбиоза является крайне выгодной для обеих сторон.

Каучук

Это природный полимер, имеющий ценное хозяйственное значение. Впервые он был описан еще Робертом Куком, который в одном из своих путешествий его обнаружил. Произошло это так. Высадившись на острове, на котором жили неизвестные ему туземцы, он был гостеприимно встречен ими. Его внимание привлекли местные дети, которые играли необычным предметом. Это шарообразное тело отталкивалось от пола и подпрыгивало высоко вверх, затем возвращалось.

Поинтересовавшись у местного населения о том, из чего сделана эта игрушка, Кук узнал, что так застывает сок одного из деревьев - гевеи. Много позже было выяснено, что это и есть биополимер каучук.

Химическая природа данного соединения известна - это изопрен, подвергшийся естественной полимеризации. Формула каучука (С 5 Н 8) n . Его свойства, благодаря которым он так высоко ценится, следующие:

• эластичность;
• износостойкость;
• электроизоляция;
• водонепроницаемость.

Однако есть и недостатки. На холоде он становится хрупким и ломким, а на жаре - липким и тягучим. Именно поэтому появилась необходимость синтеза аналогов искусственной или синтетической основы. Сегодня каучуки широко используются в технических и промышленных целях. Самые главные продукты на их основе:

• резины;
• эбониты.

Янтарь

Является природным полимером, поскольку по своей структуре представляет смолу, ископаемую ее форму. Пространственная структура - каркасный аморфный полимер. Очень горюч, зажечь его можно пламенем спички. Обладает свойствами люминесценции. Это очень важное и ценное качество, которое используется в ювелирном деле. Украшения на основе янтаря очень красивы и востребованы.

Кроме того, этот биополимер используют и в медицинских целях. Из него же изготовляют наждачную бумагу, лаковые покрытия для различных поверхностей.